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申请/专利权人：中国航空研究院

摘要：本发明提供的涡轮风扇和供气系统，涉及航空气动技术领域。该涡轮风扇包括壳体、驱动件和叶扇。驱动件安装在壳体上，叶扇与驱动件连接。壳体的一侧具有容置叶扇的环形空腔，另一侧安装驱动件。叶扇设于环形空腔内，叶扇包括第一固定板、第二固定板和叶片，第一固定板和第二固定板相对设置，叶片设于第一固定板和第二固定板之间。第一固定板相对第二固定板靠近驱动件，第一固定板上设有吸气口。壳体连接有排气管，排气管与环形空腔连通。该涡轮风扇体积小，质量轻，结构紧凑，散热性能好，供气效率高。

主权项：1.一种涡轮风扇，其特征在于，包括壳体、驱动件、盖板和叶扇；所述驱动件安装在所述壳体上，所述叶扇与所述驱动件连接；所述壳体的一侧具有容置所述叶扇的环形空腔，另一侧安装驱动件；所述叶扇设于所述环形空腔内，所述叶扇包括第一固定板、第二固定板和叶片，所述第一固定板和所述第二固定板相对设置，所述叶片设于所述第一固定板和所述第二固定板之间；所述第一固定板相对所述第二固定板靠近所述驱动件，所述第一固定板上设有吸气口；所述壳体连接有排气管，所述排气管与所述环形空腔连通；所述第一固定板设有第一安装孔，用于与所述驱动件连接；或者，所述第一固定板和所述第二固定板均设有第一安装孔，用于与所述驱动件连接；所述壳体的中部凸设有安装部，所述安装部上开设通孔，所述通孔与所述环形空腔连通，所述通孔内安装所述驱动件；所述驱动件采用电机，所述通孔远离所述环形空腔的一端设有固定座，所述电机安装在所述固定座上，所述电机的输出轴伸入所述第一安装孔中，与所述叶扇连接；所述盖板与所述壳体连接，并盖设所述叶扇。

全文数据：涡轮风扇和供气系统技术领域本发明涉及航空气动技术领域，具体而言，涉及一种涡轮风扇和供气系统。背景技术在航空事业中，飞机的起降性是飞机设计必须考虑的关键指标，增升供气系统设计是影响起降性的主要因素，它不仅决定着载荷的大小、操纵系统设计、飞机结构设计和飞机重量，而且直接影响增升供气系统的气动效率，是决定设计成败的重要因素。现有的供气系统，由于结构的复杂性，引起重量增加，从而使飞行器的安全性降低，供气不稳定，供气效率不高。有鉴于此，设计制造出一种涡轮风扇，能够适应于飞行器的供气系统，稳定供气，是目前航空供气系统技术领域中急需改善的技术问题。发明内容本发明的目的包括提供一种涡轮风扇，质量轻，结构紧凑，体积小，供气高效稳定，适用于环量控制的供气系统。本发明的目的还包括提供一种供气系统，包括上述的涡轮风扇，质量轻，体积小，能有效改善飞行器的气动性能。本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。本发明提供的一种涡轮风扇，包括壳体、驱动件和叶扇。所述驱动件安装在所述壳体上，所述叶扇与所述驱动件连接。所述壳体的一侧具有容置所述叶扇的环形空腔，另一侧安装驱动件。所述叶扇设于所述环形空腔内，所述叶扇包括第一固定板、第二固定板和叶片，所述第一固定板和所述第二固定板相对设置，所述叶片设于所述第一固定板和所述第二固定板之间。所述第一固定板相对所述第二固定板靠近所述驱动件，所述第一固定板上设有吸气口。所述壳体连接有排气管，所述排气管与所述环形空腔连通。进一步地，所述第一固定板、所述第二固定板和所述叶片一体成型。进一步地，所述第一固定板和所述第二固定板中至少一个设有第一安装孔，用于与所述驱动件连接。进一步地，所述叶片的数量为多个，多个所述叶片均匀间隔设于所述第一固定板和所述第二固定板之间，并且以所述第一安装孔为中心环向设置。进一步地，所述壳体的中部凸设有安装部，所述安装部上开设通孔，所述通孔与所述环形空腔连通，所述通孔内安装所述驱动件。进一步地，所述驱动件采用电机，所述通孔远离所述环形空腔的一端设有固定座，所述电机安装在所述固定座上，所述电机的输出轴伸入所述第一安装孔中，与所述叶扇连接。进一步地，还包括盖板，所述盖板设于所述第二固定板上。进一步地，所述排气管沿所述壳体的切线方向设置，所述排气管上开设有相互连通的连接孔和出气口，所述连接孔与所述环形空腔连通，所述出气口位于所述排气管远离所述壳体的端部。本发明提供的一种供气系统，包括导流装置和上述的涡轮风扇，所述导流装置与所述涡轮风扇的排气管连接。进一步地，所述导流装置包括导流管和喷流部，所述导流管的一端与所述排气管连接，另一端与所述喷流部连接。本发明提供的涡轮风扇和供气系统具有以下几个方面的有益效果：本发明提供的涡轮风扇，包括壳体、驱动件和叶扇。壳体的一侧具有容置叶扇的环形空腔，另一侧安装驱动件。叶扇设于环形空腔内，结构紧凑，体积小，叶扇包括第一固定板、第二固定板和叶片，第一固定板和第二固定板相对设置，叶片设于第一固定板和第二固定板之间。第一固定板相对第二固定板靠近驱动件，第一固定板上设有吸气口。壳体连接有排气管，排气管与环形空腔连通，具有良好的供气稳定性。该涡轮风扇体积小，质量轻，结构紧凑，供气稳定，并且效率高。本发明提供的一种供气系统，适用于飞行器等领域，包括导流装置和上述的涡轮风扇，质量轻，体积小，能将涡轮风扇喷出的气体引流到特定喷口处，以便于能有效改善飞行器的气动性能。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本发明具体实施例提供的涡轮风扇的一种分解结构示意图；图2为本发明具体实施例提供的涡轮风扇的叶扇的结构示意图；图3为本发明具体实施例提供的涡轮风扇的壳体的一种视角的结构示意图；图4为本发明具体实施例提供的涡轮风扇的壳体的另一种视角的结构示意图；图5为本发明具体实施例提供的供气系统的应用场景结构示意图。图标：100-涡轮风扇；110-壳体；111-环形空腔；112-安装部；113-安装孔；114-固定座；1141-固定孔；115-排气管；117-出气口；120-吸入部；121-吸气口；123-第一安装孔；130-叶扇；131-第一固定板；132-第二固定板；133-叶片；150-盖板；200-供气系统；210-导流管；220-喷流部；230-机翼。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。随着航空事业的不断发展，人们对于具有更优气动性能的无人飞行器需求越来越大。传统的机械增升已经不能满足现有航空事业的发展。因此，动力增升、无舵面操控等新型技术逐渐发展起来。增升供气系统设计是影响飞机起降性的主要因素，它不仅决定着载荷的大小、操纵系统设计、飞机结构设计和飞机重量，而且直接影响增升供气系统的气动效率。现有的传统供气系统，由于增加了结构的复杂性，引起重量增加，从而使飞行器的安全性降低，出气不稳定，散热系统不完整甚至没有。最终，很大程度上限制了涡轮风扇的供气效率。为了克服现有技术中的缺陷，本申请提供了一种涡轮风扇，能够用于环量控制的供气系统，体积小，质量轻，散热良好。图1为本发明具体实施例提供的涡轮风扇100的一种分解结构示意图，图2为本发明具体实施例提供的涡轮风扇100的叶扇130的结构示意图，请参照图1和图2。本实施例提供的一种涡轮风扇100，包括壳体110、驱动件、叶扇130和盖板150。驱动件安装在壳体110上，壳体110的一侧具有容置叶扇130的环形空腔111，另一侧安装驱动件。叶扇130设于环形空腔111内，叶扇130包括第一固定板131、第二固定板132和叶片133，第一固定板131和第二固定板132相对设置，叶片133设于第一固定板131和第二固定板132之间。第一固定板131相对第二固定板132靠近驱动件，第一固定板131上设有吸气口121。壳体110连接有排气管115，排气管115与环形空腔111连通。叶扇130与驱动件连接，驱动件带动叶扇130转动，形成气流，气流从排气管115喷出。优选地，在本实施例中，第一固定板131、第二固定板132和叶片133一体成型。当驱动件带动叶扇130转动时，第一固定板131、第二固定板132和叶片133同时转动，在环形空腔111内形成环形气流，环形气流从排气管115内排出，实现供气。驱动件可以采用电机。当然，并不仅限于此，第一固定板131、第二固定板132和叶片133也可以分体成型，固定连接在一起。可选地，第一固定板131上设有第一安装孔123，用于与驱动件连接。或者，第一固定板131和第二固定板132上均设有第一安装孔123，优选地，第一固定板131和第二固定板132上均同轴地设有第一安装孔123，电机的输出轴插入第一安装孔123中，实现电机和叶扇130的固定连接，电机转动，驱动叶扇130旋转，在壳体110的环形空腔111内形成环形气流。叶片133的数量为多个，多个叶片133均匀间隔设于第一固定板131和第二固定板132之间，并且以第一安装孔123为中心环向设置。可选地，叶片133的数量为5个至20个。优选地，在本实施例中，第一固定板131和第二固定板132均为圆形板，且两者中心处开设有第一安装孔123，每个叶片133的一端连接在第一安装孔123的孔壁外侧，另一端沿第二固定板132的径向延伸至第二固定板132的边缘。也即，每个叶片133远离第一安装孔123的一端沿第一固定板131的径向延伸至第一固定板131的边缘。第一固定板131与第二固定板132之间的距离即叶片133的高度。优选地，第一固定板131远离第二固定板132的一侧凸设有吸入部120，吸入部120上开设有吸气口121，吸气口121处的叶片133沿吸入部120相应延伸，即吸气口121处的叶片133高度高于第一固定板131或第二固定板132边缘处的叶片133的高度。优选地，本实施例中，叶片133的数量为15个，15个叶片133沿第一安装孔123的周向均匀间隔分布，并沿第一固定板131或第二固定板132的径向延伸，延伸至第一固定板131和第二固定板132的边缘。吸气口121的直径约为15毫米，优选为15.02mm。由叶扇130吸进的气流，在环形空腔111中形成科恩达效应发生偏转，产生高压气体，再集中的从排气管115排出。需要说明的是，科恩达效应，又称作附壁作用，是指流体有离开本来的流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向。图3为本发明具体实施例提供的涡轮风扇100的壳体110的一种视角的结构示意图，图4为本发明具体实施例提供的涡轮风扇100的壳体110的另一种视角的结构示意图，请参照图3和图4。排气管115沿壳体110的切线方向设置，排气管115上开设有相互连通的连接孔和出气口117，连接孔与环形空腔111连通，出气口117位于排气管115远离壳体110的端部。排气管115的方向控制气流喷出的方向，排气管115的出气口117的大小控制气流喷出量的多少。壳体110的中部凸设有安装部112，安装部112上开设通孔，通孔与环形空腔111连通，通孔内用于安装驱动件，即安装电机。优选地，通孔远离环形空腔111的一端设有固定座114，电机安装在固定座114上，电机的输出轴伸入第一安装孔123中，与叶扇130连接。本实施例中，固定座114的数量为四个，均匀间隔设置在通孔的环向，即两两相对设置，相邻两个固定座114之间的夹角为90度。每个固定座114上设有固定孔1141，在固定孔1141内插入连接件以实现电机与固定座114的固定连接。连接件包括但不限于螺钉、螺栓等。当然，并不仅限于此，固定座114的数量也可以是两个、三个或五个等。此外，壳体110与电机还可以采用螺纹连接或卡接等，这里不作具体限定。盖板150与壳体110连接，盖设于第二固定板132上，盖板150也呈圆盘状，盖板150的尺寸略大于第二固定板132的尺寸，即叶扇130设于壳体110和盖板150之间。优选地，盖板150与壳体110可以采用粘接等连接方式。本实施例提供的涡轮风扇100，在电机的驱动下，叶扇130高速旋转，在壳体110的环形空腔111内由于科恩达效应形成稳定的环向高压气流，再集中的从排气管115的出气口117排出。由于电机高速运转时会产生大量的热能，叶扇130吸入的流体会大部分从排气管115的出气口117排出，少部分从壳体110的安装部112上的通孔排出，吹向电机，从而达到散热的效果。散热效果的实现，使壳体110不易变形，保证了壳体110的形状，减少了气流与环形空腔111的摩擦，从而增大了涡轮风扇100的喷气效率。该涡轮风扇100结构简单，体积占用小，能够存放于机翼230，且喷气稳定性好，效率高。图5为本发明具体实施例提供的供气系统200的应用场景结构示意图，请参照图5。本实施例提供的一种供气系统200，能够适用于飞行器或其它领域的供气。以飞行器为例，供气系统200设置在机翼230内，供气系统200包括导流装置和上述的涡轮风扇100，导流装置包括导流管210和喷流部220，导流管210的一端与排气管115连接，另一端与喷流部220连接。喷流部220设置在机翼230尾缘，涡轮风扇100排出的气体经导流管210、喷流部220后，在机翼230尾缘喷出，用于提高飞行器的环量。优选地，机翼230尾缘设置后缘喷口。喷流部220包括导流片，导流片设于后缘喷口内。导流片的数量为多个，导流片具有预设的曲率，多个导流片均匀间隔设置在后缘喷口内，使离心风机产生的气流从相邻两个导流片之间喷出。本实施例中，导流片的数量为七个，导流片为弧形。每个导流片的厚度为0.5mm至1.5mm，优选为约1mm。当然，并不仅限于此，导流片的数量以及厚度并不仅限于上述列举值，数量还可以是三个、四个、五个等，厚度也可以是0.8mm、1.2mm等，这里不作具体限定。七个导流片将后缘喷口的出气缝长度平均分为六个区域，环量效果更好，致使气流经过弧形导流片后，气体的速度会稍有上升，压力和温度会降低，气体才能较均匀地从后缘喷口射出，提高出气量，增加飞行器的平稳性。此外，供气系统200还包括电调接收机、信号发生器、电源，电调与驱动件连接，信号发生器与电调连接。具体的，电调包括输入线、输出线和信号线，输入线与电源连接，输出线与驱动件连接，信号线的一端与信号发生器连接，另一端与接收机连接。优选地，驱动件采用电机，电调用于为电机供电和提供控制信号。在本实施例中，电机长度约为30mm，电机的转子直径约为27.5mm，电机含线的质量约为57g，电机的最大连续功率约为450w。在空载情况下，每增加1V的电压，电机转速增加2450rpm。电调的额定电流约为30A，控制电机完成规定速度、动作。电源可以采用锂电池或其它电池，信号发生器采用PWM舵机信号发生器，电调上设置控制开关，比如旋钮式的开关，通过旋钮对电机的控制，从而控制了涡轮风扇100的喷气大小。该供气系统200中，涡轮风扇100的体积小，质量轻，喷气可精确控制，并且操作便捷，响应快速。本发明提供的涡轮风扇100和供气系统200，其工作原理和应用原理如下：叶扇130设于壳体110的环形空腔111内，在电机的驱动下，叶扇130高速旋转，在壳体110的环形空腔111内由于科恩达效应形成稳定的环向高压气流，高压气流再集中地从排气管115的出气口117排出。由于电机高速运转时会产生大量的热能，叶扇130吸入的流体会大部分从排气管115的出气口117排出，少部分从壳体110的安装部112上的通孔排出，吹向电机，从而达到良好的散热效果，使用寿命更长。本实施例提供的涡轮风扇100用于飞行器的供气系统200，喷气襟翼使飞行器动力增升，从排气管115的出气口117引出气体，经布置在机翼230上的导流管210、喷流部220在机翼230尾缘喷出气幕，喷气气幕在机翼230弦向的有效伸展，保持其上、下表面的压差，同时也带动外流使流线发生较大的偏转，起到增加机翼230有效面积的作用。并且，喷气气幕推动边界层分离点后移，增加了附体流动的流线距离，改变了翼型前后缘的驻点，提高了环量。环量控制技术一般由固定的几何升力面和圆形后缘组成，在升力面和圆形后缘之间开设喷流口，涡轮风扇100产生的喷流在翼型内部空腔形成高压气流，通过喷流口沿着物面切向产生射流，射流与外流混合沿着弯曲的圆形后缘表面形成科恩达效应产生“裹携”作用。而圆形后缘的翼型完全依赖于壁面效应和超环量来增加升力体的升力。壁面效应是指壁面附近的空隙率总是大于床层内部，因为阻力比较小，流体在近壁处的流速必大于床层内部。机翼230上表面的空气与机翼230间的有利干扰作用提高了飞行器的升阻比。另一方面，喷气的反作用力在垂直方向的分力也使机翼230升力大大增加。研究表明，除吹气和喷气襟翼外，其它襟翼的增升能力均低于95％，而吹气襟翼增升可达140％，喷气襟冀的增升能力最高可达2至3倍。本实施例提供的涡轮风扇100正是通过喷气襟翼有效提高升力体的升力，以及整机的气动性能。同时，该涡轮风扇100也作为飞行器的推动装置，在排气口处形成了较大的压差区产生了附加的向前的拉力。在不改变机械增升装置的结构前提下，在飞行器的垂起和降落的过程中，通过调节涡轮风扇100的电机功率，从而控制涡轮风扇100的风量大小，涡轮风扇100通过对机翼230的作用使飞行器产生环量增升，为飞行器起降提供了第一升力。并且涡轮风扇100产生的喷流使其在零来流速度条件下的垂直起飞阶段仍然能够对飞行器诱导出一定的升力，从而最终减小全机起飞、悬停状态所需要的功率。综上所述，本发明提供的涡轮风扇100和供气系统200具有以下几个方面的有益效果：本发明提供的涡轮风扇100，体积小，质量轻，结构紧凑，大大扩展了涡轮风扇100的使用范围，尤其在飞行器领域有着更为显著的作用。涡轮风扇100用于飞行器的供气系统200，散热效果好，能明显增大飞行器的环量，通过喷气襟翼有效提高飞行器的升力，以及整机的气动性能。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种涡轮风扇，其特征在于，包括壳体、驱动件和叶扇；所述驱动件安装在所述壳体上，所述叶扇与所述驱动件连接；所述壳体的一侧具有容置所述叶扇的环形空腔，另一侧安装驱动件；所述叶扇设于所述环形空腔内，所述叶扇包括第一固定板、第二固定板和叶片，所述第一固定板和所述第二固定板相对设置，所述叶片设于所述第一固定板和所述第二固定板之间；所述第一固定板相对所述第二固定板靠近所述驱动件，所述第一固定板上设有吸气口；所述壳体连接有排气管，所述排气管与所述环形空腔连通。2.根据权利要求1所述的涡轮风扇，其特征在于，所述第一固定板、所述第二固定板和所述叶片一体成型。3.根据权利要求1所述的涡轮风扇，其特征在于，所述第一固定板设有第一安装孔，用于与所述驱动件连接；或者，所述第一固定板和所述第二固定板均设有第一安装孔，用于与所述驱动件连接。4.根据权利要求3所述的涡轮风扇，其特征在于，所述叶片的数量为多个，多个所述叶片均匀间隔设于所述第一固定板和所述第二固定板之间，并且以所述第一安装孔为中心环向设置。5.根据权利要求4所述的涡轮风扇，其特征在于，所述壳体的中部凸设有安装部，所述安装部上开设通孔，所述通孔与所述环形空腔连通，所述通孔内安装所述驱动件。6.根据权利要求5所述的涡轮风扇，其特征在于，所述驱动件采用电机，所述通孔远离所述环形空腔的一端设有固定座，所述电机安装在所述固定座上，所述电机的输出轴伸入所述第一安装孔中，与所述叶扇连接。7.根据权利要求1所述的涡轮风扇，其特征在于，还包括盖板，所述盖板与所述壳体连接，并盖设所述叶扇。8.根据权利要求1所述的涡轮风扇，其特征在于，所述排气管沿所述壳体的切线方向设置，所述排气管上开设有相互连通的连接孔和出气口，所述连接孔与所述环形空腔连通，所述出气口位于所述排气管远离所述壳体的端部。9.一种供气系统，其特征在于，包括导流装置和权利要求1至8中任一项所述的涡轮风扇，所述导流装置与所述涡轮风扇的排气管连接。10.根据权利要求9所述的供气系统，其特征在于，所述导流装置包括导流管和喷流部，所述导流管的一端与所述排气管连接，另一端与所述喷流部连接。

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