[實用新型]一種涵道式垂直起降飛行器低噪音機匣及舵面

有效

• 申請號: 201721773457.1
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN207683772U
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 劉漢儒;楊皓琦;王海童;王掩剛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64C11/00
• 分類號: B64C11/00;B64C9/00;B64C9/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本實用新型公開了一種涵道式垂直起降飛行器低噪音機匣及舵面，機匣分唇口環、機匣主體及鋸齒底環，三者依次從上向下排列，通過四個螺孔使用長螺栓與螺母連接和固定；尾部導向舵面安裝在鋸齒底環內側，尾緣處有三角形鋸齒。鋸齒底環尾部鋸齒為正弦型，鋸齒端面與機匣內側圓柱面垂直。進行了機匣處理后的機匣主體能更有效的吸收螺旋槳產生的噪聲；鋸齒底環通過影響速度剪切層結構，能有效降低涵道飛行器的射流噪音；尾部導向舵面尾緣處的鋸齒結構加寬了尾跡區域并加快了尾渦的破碎，有效降低了舵面后的湍流噪聲。與傳統多旋翼和涵道飛行器相比，使用本實用新型提出的機匣及舵面的飛行器飛行時更安靜，能夠讓飛行器執行有高隱蔽性需求的任務，有著廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于無人飛行器領域，涉及一種涵道式飛行器低噪音機匣及舵面，具體涉及一種具有鋸齒尾緣結構并進行了機匣處理的涵道式垂直起降飛行器機匣和一種含有鋸齒尾緣結構的尾部方向舵。

背景技術

涵道式垂直起降飛行器是一種將螺旋槳與動力裝置包裹在橫截面具有一定厚度與形狀的涵道機匣內部的小型無人飛行器，因其機匣的包裹性使得該種飛行器擁有高于常見多軸飛行器的安全性與穩定性，但其工作時產生的噪聲問題仍需進一步解決。

涵道式垂直起降飛行器工作時的噪聲來源有三部分，分別是螺旋槳旋轉產生的噪聲、涵道底部出射尾流對周圍靜止空氣沖擊和剪切產生的噴流噪音，以及尾流沖刷尾部方向舵產生的湍流噪聲。涵道機匣的存在對螺旋槳產生的噪聲起到了一定的阻隔作用，因此噴流噪聲與湍流噪聲成為整個飛行器主要的噪聲源。速度剪切層的發展對噪聲的影響非常明顯，通過改變速度剪切層的結構，控制湍流結構的發展、變化和消失，可以有效地控制速度剪切層的湍流特性，從而降低射流噪聲。同時為了進一步從源頭吸收螺旋槳噪聲而不僅靠阻隔降低噪音，需要設計低噪聲吸聲機匣。另外，涵道飛行器常用來改變飛行姿態的尾部方向舵，常常在尾流的沖刷下工作，因此它的噪聲也需要關注并進行低噪聲設計。

一般通過主動控制技術和被動控制技術來實現噪聲的降低。主動控制技術主要通過吹氣、吸氣等措施控制射流噪聲，而被動控制技術通過隔聲、吸聲、使用結構增強摻混等措施控制噪聲。在涵道飛行器機匣上采用機匣處理、在機匣出口邊緣和尾部導向舵面尾緣采用鋸齒結構是一種十分高效的控制措施，但是目前并沒有針對涵道飛行器機匣采取的降噪措施，現有對于機匣降噪及鋸齒尾緣的研究主要集中于軸流風扇葉片與航空發動機噴口，例如，專利CN106704229公開了“一種用于軸流風扇的自調節鋸齒尾緣結構”，通過在風機葉片吸力面上設置彈簧、鋸齒滑塊結構，利用風扇不同轉速下的離心力控制鋸齒滑塊的伸長尺寸，從而實現不同轉速下風扇葉片的降噪。但該專利設計的鋸齒結構控制復雜，且無法用于涵道飛行器機匣。又如，專利CN101809272公開了一種設置在渦輪發動機尾噴口的V形尾緣，以減弱發動機噴口處的射流噪音。但是航空發動機尾流流速很高，而涵道式飛行器出口尾流為低馬赫數，射流速度從臨界馬赫數附近降低到可將空氣看為不可壓縮狀態的馬赫數條件，這種條件的改變對于鋸齒形尾緣噴嘴的氣動性能有著很大的影響，不能直接將在航空尾噴管上取得的研究成果應用于涵道機匣，需重新對鋸齒各參數進行設計和驗證。專利CN105620727A提到了一種低噪聲無人機旋翼/螺旋槳，在螺旋槳的前緣與后緣處設計了不同形狀的鋸齒結構，以消除螺旋槳工作時產生的噪音。但螺旋槳與本發明提到的尾部導向舵面的工作方式和工作環境都相差甚遠，在螺旋槳上效果很好的降噪結構不能直接應用于本發明提出的尾部導向舵面，因此對于本發明提到的導向舵面，需重新設計降噪鋸齒。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為彌補現有技術的不足，有效降低涵道式垂直起降飛行器的射流噪聲與湍流噪聲，使其能夠完成一些特殊任務，本發明提出一種涵道式飛行器低噪音機匣及舵面。