[发明专利]一种涵道式垂直起降飞行器低噪音机匣及舵面

说明书

技术领域

本发明属于无人飞行器领域，涉及一种涵道式飞行器低噪音机匣及舵面，具体涉及一种具有锯齿尾缘结构并进行了机匣处理的涵道式垂直起降飞行器机匣和一种含有锯齿尾缘结构的尾部方向舵。

背景技术

涵道式垂直起降飞行器是一种将螺旋桨与动力装置包裹在横截面具有一定厚度与形状的涵道机匣内部的小型无人飞行器，因其机匣的包裹性使得该种飞行器拥有高于常见多轴飞行器的安全性与稳定性，但其工作时产生的噪声问题仍需进一步解决。

涵道式垂直起降飞行器工作时的噪声来源有三部分，分别是螺旋桨旋转产生的噪声、涵道底部出射尾流对周围静止空气冲击和剪切产生的喷流噪音，以及尾流冲刷尾部方向舵产生的湍流噪声。涵道机匣的存在对螺旋桨产生的噪声起到了一定的阻隔作用，因此喷流噪声与湍流噪声成为整个飞行器主要的噪声源。速度剪切层的发展对噪声的影响非常明显，通过改变速度剪切层的结构，控制湍流结构的发展、变化和消失，可以有效地控制速度剪切层的湍流特性，从而降低射流噪声。同时为了进一步从源头吸收螺旋桨噪声而不仅靠阻隔降低噪音，需要设计低噪声吸声机匣。另外，涵道飞行器常用来改变飞行姿态的尾部方向舵，常常在尾流的冲刷下工作，因此它的噪声也需要关注并进行低噪声设计。

一般通过主动控制技术和被动控制技术来实现噪声的降低。主动控制技术主要通过吹气、吸气等措施控制射流噪声，而被动控制技术通过隔声、吸声、使用结构增强掺混等措施控制噪声。在涵道飞行器机匣上采用机匣处理、在机匣出口边缘和尾部导向舵面尾缘采用锯齿结构是一种十分高效的控制措施，但是目前并没有针对涵道飞行器机匣采取的降噪措施，现有对于机匣降噪及锯齿尾缘的研究主要集中于轴流风扇叶片与航空发动机喷口，例如，专利CN106704229公开了“一种用于轴流风扇的自调节锯齿尾缘结构”，通过在风机叶片吸力面上设置弹簧、锯齿滑块结构，利用风扇不同转速下的离心力控制锯齿滑块的伸长尺寸，从而实现不同转速下风扇叶片的降噪。但该专利设计的锯齿结构控制复杂，且无法用于涵道飞行器机匣。又如，专利CN101809272公开了一种设置在涡轮发动机尾喷口的V形尾缘，以减弱发动机喷口处的射流噪音。但是航空发动机尾流流速很高，而涵道式飞行器出口尾流为低马赫数，射流速度从临界马赫数附近降低到可将空气看为不可压缩状态的马赫数条件，这种条件的改变对于锯齿形尾缘喷嘴的气动性能有着很大的影响，不能直接将在航空尾喷管上取得的研究成果应用于涵道机匣，需重新对锯齿各参数进行设计和验证。专利CN105620727A提到了一种低噪声无人机旋翼/螺旋桨，在螺旋桨的前缘与后缘处设计了不同形状的锯齿结构，以消除螺旋桨工作时产生的噪音。但螺旋桨与本发明提到的尾部导向舵面的工作方式和工作环境都相差甚远，在螺旋桨上效果很好的降噪结构不能直接应用于本发明提出的尾部导向舵面，因此对于本发明提到的导向舵面，需重新设计降噪锯齿。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为弥补现有技术的不足，有效降低涵道式垂直起降飞行器的射流噪声与湍流噪声，使其能够完成一些特殊任务，本发明提出一种涵道式飞行器低噪音机匣及舵面。

本发明的技术方案是：一种涵道式垂直起降飞行器低噪音机匣及舵面结构，包括唇口环(1)、若干舵机安装架(9)、机匣主体(2)和若干尾部导向舵面(4)；所述唇口环(1)为环状体；机匣主体(2)为两端开口的柱状空腔体，一端与唇口环(1)固连，另一端周向均布有若干连接装置，且连接装置和连接装置之间周向开有锯齿；机匣主体(2)内壁上开有若干球形槽；尾部导向舵面(4)整体为板状，数量和连接装置的数量相同，尾部导向舵面(4)远离机匣主体(2)的一侧开有锯齿；四个尾部导向舵面(4)靠近飞行器中心的一端与连接装置连接，构成旋转副，另一端分别与对应的舵机连接。

本发明的进一步技术方案是：所述舵机安装架(9)为板状体，一端与机匣主体(2)固连，另一端开有凹槽，凹槽轴线指向机匣主体(2)的内径方向。

本发明的进一步技术方案是：所述尾部导向舵面(4)为四个，呈十字状分布。

本发明的进一步技术方案是：所述机匣主体(2)采用发泡率为20％～40％的EPP泡沫材料制成。

本发明的进一步技术方案是：所述若干球形槽在机匣主体(2)内壁上周向分布一圈为一组，共有若干组，且每组和每组之间为交错排列。

本发明的进一步技术方案是：每个球形槽的球心到机匣主体内壁面的距离为s₁，球形槽的外径为d，s₁为0.4d～0.45d。