垂直起降动力之一:多环分级升力风扇

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/03 11:00:18
    以旋转运动方式从空气中获取动力的风扇结构简单,便于制造,广泛应用于生产生活中。但传统风扇存在诸多问题,特别是风扇的旋转线速度不均匀,所以要对传统升力风扇进行改革,这就是多环分级升力风扇。
1、多环分级升力风扇原理简介
    我们想,旋转的主要不足是线速度不均匀,如果让扇叶从尖到根每一部分线速度都差不多,不就提高效率了吗?这就是圆形的多环分级式强力风扇设想。

    其主要实现方式就是把传统风扇的扇叶片按一定的半径比例截成一段段形成一圈圈的风扇环,然后在同一根驱动轴齿轮的驱动下使每一级风扇环的外缘(每一级风扇环的外缘半径最大)的线速度都相同,这样就改善了传统风扇的线速度从外缘到圆心严重递减的不足,风扇的升力大增。
2、多环分级升力风扇结构简介、
    多环分级式强力风扇从直观上看就像一个小风扇外边套着几层环形扇叶圈,再用一根传动轴上的几个齿轮以相同的速度分别驱动每一层的环形扇叶圈的外缘。
  
    具体设想是把风扇扇叶设计成几级环形扇叶圈,视情况而定,比方说小涵道比的涡扇发动机的风扇为二级的,而大涵道比的涡扇发动机的风扇和升力风扇一般都为三级或以上,分得越细,线速度就越均匀,效率就越高。但也不是越多越好,要有个综合的尺度。分级多了,每级的非扇叶部分(轴承、齿轮、支架等)会占用有效空间,减少通气面积,结构更复杂,同时安全可靠性也会下降。

    每一级的环形扇叶圈都由众多的宽度一致的扇叶片组成,扇叶片的外缘固定在环形轴承圈上,这样的安装方式与传统风扇的扇叶安装方式正好相反,是一种顶扇叶的结构。每一级环形扇叶圈的扇叶片数量是不相同的,但扇叶片的外缘宽度基本相同。最外层级的扇叶片数量多,越往内越少,提高了面积有效利用率。

    每一级环形扇叶圈之间有安装“环形扇叶圈支架”(黄色),这个支架来固定环形扇叶圈,让环形扇叶圈能稳定地在其位置上旋转。

    环形扇叶圈支架再用支架横梁串接起来,这样就形成了一个多环风扇整体。
  
    环形扇叶圈外缘有环形轴承和从动齿轮,环形轴承镶嵌在环形扇叶圈支架内,扇叶片安装在环形轴承上,这样环形轴承就带动风扇叶片在环形扇叶圈支架内旋转了。

    从动齿轮安装在环形轴承上,与驱动轴上的主动驱动齿轮咬合。风扇分几级,驱动轴上的主动驱动齿轮就有几个。由于是同一根驱动轴,所以同时驱动每一级风扇环的外缘,这样,每一级的环形扇叶圈外缘的转速都一样了,就改善了传统风扇的线速度不均的问题。
3、性能总结
    多环分级式的强力风扇就是针对传统风扇的不足而设计的,与相同面积的传统同风扇相比,有重大的进步。
(1)、整个风扇径向每部分旋转线速度相差不大了,力争从风扇外缘到圆心的通气效果都差不多,效率大大提高,面积利用率也高;
   
(2)、在整个圆形面积中利用分级的有利条件充分排布扇叶片,让整个圆形面每一处的面积利用率都差不多,提高了面积利用效率,改变了传统风扇那样根密梢疏布局的不足。
(3)、扇叶片与传统安装形式相反,传统风扇扇叶的根固定,是拉扇叶的结构,而本风扇的扇叶梢固定,是顶扇叶片的结构,这样受到的离心力影响减小,扇叶片受力情况改善,更加安全可靠。
  
(4)、结构上可以把风扇做得很薄,可以埋植在飞机的机翼上做升力风扇进行垂直起降,向下快速扇动空气,产生强大的升力而能使飞机垂直起降。
(5)、由于能产生空气压力差,这样以驱动风扇旋转很小的力就会产生垂直方向较大的升力,是一种省力的风扇。
综上所述,多环分级式的强力风扇与同样面积的传统风扇相比通气量更大,产生的(升)力更大,而需要的力更小,所以在军用和民用上会大有作为。

    以旋转运动方式从空气中获取动力的风扇结构简单,便于制造,广泛应用于生产生活中。但传统风扇存在诸多问题,特别是风扇的旋转线速度不均匀,所以要对传统升力风扇进行改革,这就是多环分级升力风扇。
1、多环分级升力风扇原理简介
    我们想,旋转的主要不足是线速度不均匀,如果让扇叶从尖到根每一部分线速度都差不多,不就提高效率了吗?这就是圆形的多环分级式强力风扇设想。

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2012-4-1 20:31 上传


    其主要实现方式就是把传统风扇的扇叶片按一定的半径比例截成一段段形成一圈圈的风扇环,然后在同一根驱动轴齿轮的驱动下使每一级风扇环的外缘(每一级风扇环的外缘半径最大)的线速度都相同,这样就改善了传统风扇的线速度从外缘到圆心严重递减的不足,风扇的升力大增。
2、多环分级升力风扇结构简介、
    多环分级式强力风扇从直观上看就像一个小风扇外边套着几层环形扇叶圈,再用一根传动轴上的几个齿轮以相同的速度分别驱动每一层的环形扇叶圈的外缘。

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    具体设想是把风扇扇叶设计成几级环形扇叶圈,视情况而定,比方说小涵道比的涡扇发动机的风扇为二级的,而大涵道比的涡扇发动机的风扇和升力风扇一般都为三级或以上,分得越细,线速度就越均匀,效率就越高。但也不是越多越好,要有个综合的尺度。分级多了,每级的非扇叶部分(轴承、齿轮、支架等)会占用有效空间,减少通气面积,结构更复杂,同时安全可靠性也会下降。

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    每一级的环形扇叶圈都由众多的宽度一致的扇叶片组成,扇叶片的外缘固定在环形轴承圈上,这样的安装方式与传统风扇的扇叶安装方式正好相反,是一种顶扇叶的结构。每一级环形扇叶圈的扇叶片数量是不相同的,但扇叶片的外缘宽度基本相同。最外层级的扇叶片数量多,越往内越少,提高了面积有效利用率。

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    每一级环形扇叶圈之间有安装“环形扇叶圈支架”(黄色),这个支架来固定环形扇叶圈,让环形扇叶圈能稳定地在其位置上旋转。

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    环形扇叶圈支架再用支架横梁串接起来,这样就形成了一个多环风扇整体。

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    环形扇叶圈外缘有环形轴承和从动齿轮,环形轴承镶嵌在环形扇叶圈支架内,扇叶片安装在环形轴承上,这样环形轴承就带动风扇叶片在环形扇叶圈支架内旋转了。

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    从动齿轮安装在环形轴承上,与驱动轴上的主动驱动齿轮咬合。风扇分几级,驱动轴上的主动驱动齿轮就有几个。由于是同一根驱动轴,所以同时驱动每一级风扇环的外缘,这样,每一级的环形扇叶圈外缘的转速都一样了,就改善了传统风扇的线速度不均的问题。
3、性能总结
    多环分级式的强力风扇就是针对传统风扇的不足而设计的,与相同面积的传统同风扇相比,有重大的进步。
(1)、整个风扇径向每部分旋转线速度相差不大了,力争从风扇外缘到圆心的通气效果都差不多,效率大大提高,面积利用率也高;

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(2)、在整个圆形面积中利用分级的有利条件充分排布扇叶片,让整个圆形面每一处的面积利用率都差不多,提高了面积利用效率,改变了传统风扇那样根密梢疏布局的不足。
(3)、扇叶片与传统安装形式相反,传统风扇扇叶的根固定,是拉扇叶的结构,而本风扇的扇叶梢固定,是顶扇叶片的结构,这样受到的离心力影响减小,扇叶片受力情况改善,更加安全可靠。

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(4)、结构上可以把风扇做得很薄,可以埋植在飞机的机翼上做升力风扇进行垂直起降,向下快速扇动空气,产生强大的升力而能使飞机垂直起降。
(5)、由于能产生空气压力差,这样以驱动风扇旋转很小的力就会产生垂直方向较大的升力,是一种省力的风扇。
综上所述,多环分级式的强力风扇与同样面积的传统风扇相比通气量更大,产生的(升)力更大,而需要的力更小,所以在军用和民用上会大有作为。

首先升力分布并不是内外相等才好,另外优化升力分布通过扇叶扭转和变后掠就可以实现

你这个方法需要上万轴马力的多机齿轮系统和多个超大直径的双轴受力的轴承系统,地球人的科技实现起来还有困难
直接用同直径涵道风扇推重比都要比这个设想高很多
有看到楼主了,虽然军衔不高,但是钻研的态度非常端正,值得学习。。。对于这个东东装在机翼上的设想,我实在不太敢恭维,不过还是要顶你。
看不懂,好像很厉害的样子...
这有个转速问题,相当于小齿轮带动大齿轮,而又要求大齿轮达到非常高的转速。用同直径同推力的升力风扇的线速反算一下楼主设想的那个驱动轴要达到何等转速才行。。。
死重问题难解决,安装在机翼上将影响气动,最后机动性差、航程小无实战价值
这玩意内环要达到和外环一样的线速度,那么轴的转速必须比外环快,而两者其实在安装在一根轴上的,唯一的办法就是你的轴是用一个个空心的套筒套起来,不同的套筒有不同的转速,不同的套筒对应不同转速的风扇。可是,这样的空心轴,你用什么材料才能达到你想要的强度呢?再者,如此复杂的机构,你猜故障率会比一般的单轴高多少?又会增重多少?为了利用这么一点升力,有必要这样吗?这玩意听起来好像有点道理,其实真正做起来就会发现根本不可能实现,即使勉强实现了,也绝对是得不偿失的。
工程的东西如果真的这么想当然,F22早就上舰了,不就是加强一下结构,再加个尾钩而已。可是,真的是这么简单的吗?
楼主的研究精神值得我们学习
这种设计可以用来把各级转速都降低到同一水平,但无法都提高。

还一堆复杂结构。
兰州的想法很奇特哦
我记得枪械设计里有个说法是给你一些数据,想做一把很复杂的枪很容易,可是你要是想造一把简单的就很难。工程学应该都是这样,想往复杂的设计很容易,但是要简单实用的话就很难。楼主的设计太复杂了~~~顶是必须的~
请问除了中心环以外的外部环是如何支撑的?
冰封天国 发表于 2012-4-1 14:45
我记得枪械设计里有个说法是给你一些数据,想做一把很复杂的枪很容易,可是你要是想造一把简单的就很难。工 ...
所有工程学设计都是一样的
为了满足同样指标,设计出复杂的东西很容易,但做出简单的东西来很难
难点应该就在不同级数风扇之间的连接吧!
这个加工难度比较大,材料的要求也高吧。
感觉楼主的这个设计非常有前途,相比以往的老设计确实优点十足。
尤其是改善风扇受力情况上应该是非常明显的。
至于其他的方面就需要实验或者理论计算来说明会取得多大进步了。
顶楼主,这确实是一个非常好的想法。
设计好扇叶的形状比较好,省重但是效率可能比不上多环。那不如两者并用,环级可以少一点两三级就够了,不然可能增加死重


这个用在地上爬的的或者水里游的不错
机翼弯曲的情况下风扇怎么办,这样改动以后机翼强度下降怎么办,还有这样改动后风扇工作时会不会影响机翼的升力,并且边条涡好像也不能利用了吧?
去车间当一年学徒在来画图吧


流体方面至少用欧拉法算算,要不就用fluent模拟,当然可能不那么准。
高转速时那根轴是绝对不可能做不成那么小,超静定轴材料力学算算应力,再了解一点工程材料知识,你就知道了。
轴承的安放都成问题,还会干扰流体运动,那齿轮...(三角形~)是什么模数?为了保证轴又小,轮齿受力问题,必须模数大点,但必然齿数少,用渐开线齿轮加工时会根切,用摆线齿轮?加工难度成本高。
工程上的问题会比你想象的更多,工程上是很难讲最优,我们只讲现阶段下合不合理。

流体方面至少用欧拉法算算,要不就用fluent模拟,当然可能不那么准。
高转速时那根轴是绝对不可能做不成那么小,超静定轴材料力学算算应力,再了解一点工程材料知识,你就知道了。
轴承的安放都成问题,还会干扰流体运动,那齿轮...(三角形~)是什么模数?为了保证轴又小,轮齿受力问题,必须模数大点,但必然齿数少,用渐开线齿轮加工时会根切,用摆线齿轮?加工难度成本高。
工程上的问题会比你想象的更多,工程上是很难讲最优,我们只讲现阶段下合不合理。
虽然看得不是很懂,但楼猪认真钻研的态度值得同志们学习
一百个天才想出一个办法做成一件事,只要一个傻叉就能证明这件事为什么做不成。
本小白都不說LS提出的工程上實現困難了, 要保証升力均衡, 直接做一個徑向漸變螺距風扇葉片不就成了.
化外 发表于 2012-4-2 03:28
一百个天才想出一个办法做成一件事,只要一个傻叉就能证明这件事为什么做不成。
Vice versa
避开效率不谈,这种设计,有可能做出小功率的验证机,但基本不可能做出大功率实物.

楼主的设计,以小直径"传动轴""传动齿轮"这种受力截面比单片叶片还小,应力非常集中的部件驱动几十几百叶片,总负荷达到惊人的量级,如非天顶星材料,做不出大东西.

如果通过增加传动轴的数量减轻单轴负荷,相应的,类似"各轴动力如何在磨损不一致的情况下平均分配"这种工程问题也会随之而来,整套系统复杂度亦会大大增加.
这样的话结构复杂多了,自重也上去了,可靠性也势必下降很多。

我觉得不如改变螺旋桨的倾斜度,越靠近轴心的位置倾斜度越高,这样也能达到升力平均分布的效果啊
风扇装机翼可能是个好想法
2012-4-2 08:30 上传



实在是不需要这么复杂的机械结构来实现

更重要的是LZ的设想达到的升力分布并不一定会是理想情况,升阻比很可能比现有结构低得多
更不用说装机后的推重比了
就一个强度刚度和震动的问题,就可以把这个设想枪毙了。
楼主的设计忽略了一个重要的问题,除了最内圈和最外圈的涡轮以外,其余中间的涡轮靠什么固定?一旦涡轮高速旋转起来,那么产生的应力将集中在传动轴及上支架上,要靠这么简单的结构支撑起整架飞机的重量吗?
本人认为,这个结构用在楼主设想的机翼内置风扇上,机翼的厚度要很夸张才行。不过这个结构用来作为超大涵道比涡轮风扇发动机的改进方向有一定的借鉴意义
楼主没看见过螺旋桨的灰机吗?不同半径上桨叶的角度也可以不一样的哦。只是受力的分布还不是很理想,比楼主的机构简单得太多鸟。
好帖,顶上
没法制造啊,费脑筋
这个设计很新颖,但是我最大的疑惑就是,为什么线速度不一样就意味着不好呢·······
LZ很有才,可惜无法实现
这个,不太懂了,顶一个吧,鼓励你的思维。
理论上很对。。但二楼也说了解决方法了。简单得多。