涵道風扇的案例
涵道風扇電推進系統關鍵應用技術探討
其次，涵道風扇和機翼或機身融合設計時，翼身結構會改變涵道風扇的進口流場，使得涵道風扇的氣動效率有所降低，并且涵道風扇抽吸效應和滑流也會改變翼身表面的流場和壓力分布，對航空器氣動性能產生擾動。例如，在
S8036翼型上安裝5個涵道風扇后（占機翼展長70.3%），涵道風扇的推力以及機翼的氣動力和不帶涵道風扇的機翼有明顯變化，這種變化隨飛行攻角和襟翼偏轉角呈現非線性
。雖然設計良好的連接結構可以產生附加升力，但在不同飛行高度、速度、姿態下這種附加升力難以精確控制，因此，實用中想通過涵道風扇和翼身融合來增加升力、提高效率并不容易，設計不佳的涵道風扇翼身融合體非但不能獲得附加升力，還可能增加阻力、降低整機氣動性能、增加消極質量。此外，對于分布式涵道風扇
eVTOL航空器，前后布置的涵道風扇還存在尾流影響，后部涵道風扇受前涵道風扇尾流干擾后流場不穩定，容易出現拉力驟降并導致航空器姿態失穩
。
對此在技術方法上：一是需要以某特定飛行器構型，深入研究涵道風扇抽吸效應與滑流對涵道風扇本身和翼身氣動特性的影響規律，重點包括涵道尺寸/型面/進氣入口開關與機翼的翼身外形融合、不同速度/攻角/側滑角對涵道風扇和翼身氣動影響、相鄰涵道風扇的抽吸干擾、涵道風扇地面效應、前后涵道風扇尾流干擾等；二是結合CFD仿真、靜態拉力試驗和風洞試驗，探索復雜干擾特性的快速預示方法，從工程角度減輕航空器早期概念設計和方案設計的計算工作量；三是基于前述研究獲得的規律簡化建立涵道風扇與翼身融合設計的多學科優化模型，對不同構型方案快速分析和迭代設計。對于縱列式傾轉涵道風扇eVTOL航空器，可通過增大軸向和縱向涵道風扇的間距可以減小平飛時的尾流干擾，并研究專門的涵道風扇傾轉控制策略，避免傾轉過程中前后涵道風扇尾流干擾導致姿態失控。
展開 垂直起降飛機新進展：貝爾公司一傾轉涵道風扇新構型專利獲批
該專利于2018年6月提交，采用傾轉式涵道風扇構型，以及曾在FCX-001概念機上首次披露的混合流動風扇系統。傾轉涵道風扇支撐在前機身上，可在垂直起飛和前飛兩個狀態下旋轉方向。
混合流動風扇系統在機身后部，包括有單、雙風扇以及尾部安裝的涵道風扇等多種方案。其中，在單風扇頂部安裝構型中，該系統能在垂直起飛、降落和過渡狀態下實現槳距可調。在雙風扇方案中，另一個風扇安裝在機身側面，可以控制偏航方向。
據稱，貝爾公司一直在研究一種電驅動垂直起降的空中出租車，但目前尚未公布該飛行器總體布局的任何細節。
來源：兩機動力控制
展開 貝爾公司申請可用于電動“空中的士”的構型設計方案專利
在直升機模式下，涵道風扇轉至垂直狀態以產生垂直方向的升力。通過改變機翼翼尖2個涵道風扇的總距和轉速來實現滾轉操縱，這兩個風扇的旋轉方向相反，以平衡反扭矩。尾部風扇則提供抵消翼尖風扇扭矩的反扭矩。
俯仰控制是通過調整尾部風扇的轉速來實現，偏航控制是通過改變2個翼尖風扇傾角和扭矩實現，或通過在涵道中的支柱上加裝副翼來實現。專利申請書中稱，該方案的旋翼不需要周期變距操縱，并且在一些實例中甚至不需要總距控制，只需要控制轉速即可。
在飛機模式下，涵道風扇轉至水平方向以提供前向推力。飛行控制則由垂尾上的方向舵和前后風扇涵道支柱上的副翼提供。專利文件中表示，該飛機的飛行速度可超過150節（278千米/時）。
該飛機的尺寸與傳統輕型直升機大致相當。涵道風扇的尺寸則設計為最大限度減少垂直起降時的動力需求和下洗流，以避免在起飛和著陸過程中吹起地面大量的碎片或灰塵，對乘客造成危害。
該專利申請書中還包括了一旦飛機進入著陸區域、或在著陸后監測到著陸輪上的重量變化時就對電池進行無線充電的功能。無線充電系統將位于著陸區上或嵌入在著陸區內，并擁有安全聯鎖裝置可以防止電池電量不足而起飛。
（航空工業發展研究中心 李昊）
展開 貝爾公司申請可用于電動空中的士的構型設計方案專利
三、專利提出采用新型飛行控制模式和無線充電技術
在直升機模式下，涵道風扇轉至垂直狀態以產生垂直方向的升力。通過改變機翼翼尖2個涵道風扇的總距和轉速來實現滾轉操縱，這兩個風扇的旋轉方向相反，以平衡反扭矩。尾部風扇則提供抵消翼尖風扇扭矩的反扭矩。
俯仰控制是通過調整尾部風扇的轉速來實現，偏航控制是通過改變2個翼尖風扇傾角和扭矩實現，或通過在涵道中的支柱上加裝副翼來實現。專利申請書中稱，該方案的旋翼不需要周期變距操縱，并且在一些實例中甚至不需要總距控制，只需要控制轉速即可。
在飛機模式下，涵道風扇轉至水平方向以提供前向推力。飛行控制則由垂尾上的方向舵和前后風扇涵道支柱上的副翼提供。專利文件中表示，該飛機的飛行速度可超過150節（278千米/時）。
該飛機的尺寸與傳統輕型直升機大致相當。涵道風扇的尺寸則設計為最大限度減少垂直起降時的動力需求和下洗流，以避免在起飛和著陸過程中吹起地面大量的碎片或灰塵，對乘客造成危害。
該專利申請書中還包括了一旦飛機進入著陸區域、或在著陸后監測到著陸輪上的重量變化時就對電池進行無線充電的功能。無線充電系統將位于著陸區上或嵌入在著陸區內，并擁有安全聯鎖裝置可以防止電池電量不足而起飛。
航空工業發展中心 李昊
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輪轂靈動 VS 涵道強勁，誰主沉浮？
2、涵道風扇電機：構造與運作機制
涵道風扇電機將電動機和風扇巧妙融合，通過涵道設計提高空氣流動效率。其工作原理是利用電動機帶動風扇旋轉，加速空氣流動，產生推力推動eVTOL飛行。涵道設計優化了氣流路徑，提高了風扇效率和電機冷卻效果。
主要優點包括：
1）大流量高壓強：提供更大的推力，滿足eVTOL的飛行需求。
2）低噪音運行：優化氣流，減少噪音，適合城市環境。
3）高效能轉化：提高電機運行效率，降低能耗，延長續航里程。
4）結構精巧緊湊：集成設計節省空間，減輕飛行器重量。
5）維護便捷輕松：結構簡單，維護成本低，降低運營成本。
主要缺點包括：
1）制造成本高昂：高精度工藝和研發投入大，限制大規模應用。
2）材料要求嚴苛：需承受高速旋轉和高溫，對材料性能要求高。
3、涵道風扇電機：構造與運作機制
無論是輪轂電機還是涵道風扇電機，都面臨著安全性、可靠性、環境適應性和成本控制等共同挑戰。輪轂電機還需應對惡劣工作環境和非簧載質量增加的問題；涵道風扇電機則需解決風道設計、葉尖間隙控制和高轉速振動抑制等難題。主要技術突破方向有：1）提高功率密度：優化電磁設計，采用新型材料，提升電機性能；2）優化散熱設計：研發高效散熱技術，如液冷、風冷和熱管冷卻；3）研發新型材料：采用高強度、輕量化材料，提高電機性能和可靠性。
綜上所述，輪轂電機和涵道風扇電機作為eVTOL的關鍵動力部件，各具優勢與挑戰。隨著技術的不斷進步，它們有望在功率密度、散熱性能和材料應用等方面取得突破，推動eVTOL在城市空中交通、物流配送和旅游觀光等領域的發展。
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展開 你在一個女生心中的地位，取決于她是否會為了見你而專門洗頭
有一天吃飯的時候，閑來無事刷論文，講到垂直起降飛行器的涵道風扇的唇口是增加升力的關鍵部件，理想情況下甚至可以提供50%的升力。
這倒提醒了我。當空氣流經涵道風扇唇口的凸起表面，會產生低壓區，和飛機機翼升力及帆船動力原理類似，理論解釋可以看這期視頻。此低壓區相當于對唇口產生了向上的“吸力”，在不增加功率的前提下，提高了涵道風扇的升力，那么進而它是否可以迫使更多的空氣流到風扇里，增流量呢？
如果行，我的吹風機豈不是有救了？于是，我建了涵道的三維模型，用AICFD軟件做了流體仿真。涵道進出口定個壓差500Pa，算出的結果，涵道加唇口后，流量增加了23.7%。效果還是很明顯的。
那么，這吹風機就可以改裝改裝了。量一下吹風機入口的尺寸，建一個唇口模型，3D打印，成型！不出意外的話，它應該可以增加吹風機的風量！
不加唇口時，吹風機出口風速是10m/s，加了之后，這個世界為什么總是有這么多意外
速度變化非常小，甚至擔心是誤差所致。
原因出在哪了呢？尾部這些結構影響空氣流通？拆了它。目前風速約是14.5米每秒，給它加上唇口，風速是14.9，雖然增加幅度還是不大，但變化還是很明顯的。
考慮到唇口直接放上會漏風影響效果，給它簡單密封一下，再測風速，15.5米每秒. 與未加唇口比，增大了6.9%。
總結：唇口可以增加涵道風扇進出口的壓差和流量，在高流速的情況下有很好的應用，比如可以大幅提升無人機的升力，但在生活中大多數低流速場景，效果不明顯。比如某UP試圖以此提升吹風機風量達到快點把頭發吹干的效果上，作用是微乎其微的。
胡說，6.9%怎么能是微乎其微。原來5分鐘才吹干的頭發，現在只需要4分39秒，省下的21秒，還能刷兩篇論文。
展開 【電動飛機】Zunum選擇賽峰渦軸發動機作為其混合動力支線飛機發電系統的核心
●涵道風扇和電機將取代渦輪指揮官的渦槳發動機，由電池和機身內的渦輪發電機驅動。
可耐普稱：“明年夏天首飛，開始只由電池供電。賽峰將在地面試驗渦輪發電機，然后我們將發電機裝入飛機，在渦輪指揮官上進行飛行試驗。飛行試驗平臺將在2019年底前搭載渦輪發電機和電機首飛。”
賽峰直升機發動機公司的前身透博梅卡在70年代曾使用渦輪指揮官進行Astafan小型渦扇發動機的飛行試驗。目前選擇其繼續試飛的原因之一是機翼較高，方便下一階段在翼下安裝涵道風扇。安裝混合動力系統后，試驗平臺將進行一系列小范圍改裝的同時，Zunum將升級其控制軟件。可耐普稱在首飛真機前，動力系統將在飛行試驗平臺上進行數月的確認試驗。
Zunum將ZA01飛機稱為“混動-電動”飛機，因為其推進系統為模塊化設計。電池包可隨著技術進步定期升級，隨著能量密度提升，航程可由2020年的700英里提高至2030年的1000英里。
最開始，電池和渦輪發電機各提供大概50%的動力。隨著電池能力的提升，運營商可實現更遠航程或拆除渦輪發電機以安裝更多電池，以純電模式的低成本開展運營。
●渦輪發電機安裝在后機身，涵道風扇之間，機身、機翼和機艙內置電池。
Zunum建造了涵道風扇的全尺寸試驗臺，正將電機整合到一起并開發控制律。
展開 貝爾公司公布Nexus空中出租車設計方案
該方案使用了6個可傾轉的涵道式風扇，使用了一套混合動力系統提供動力和全電操縱系統，還可能使用無人駕駛艙，這一設計方案與之前傳統的直升機有很大的不同。
01 貝爾在CES2019展覽上展出了Nexus樣機
此外，貝爾公司也沒有像以前一樣首先在航宇工業界的活動上公布這一方案，而是選擇了在科技產業界的年度展會CES2019（2019國際消費電子展）上公布了這一方案。
盡管Nexus項目的供應商包括高明、穆格、泰萊斯、賽峰等傳統航宇工業界的企業，但貝爾公司認為科技產業界的“早期使用者”對于Nexus項目的初始服務的順利啟動來說至關重要。公司預計Nexus將在2020年代中期投入使用。
貝爾公司創新業務主管斯科特·德雷南（Scott Drennan）稱，新技術的開發將使“安全、安靜、高效、經濟的規模化城市空中機動運輸業務”成為可能。這一目標則需要“小型、高度自主的電動/混合電動飛行器”的支持。
02 Nexus應用于城市空運的想象圖
Nexus將使用一臺賽峰公司的渦輪軸發動機驅動一臺發電機產生電力，由電力驅動6個涵道風扇運行，每個涵道風扇的直徑為2.43米。機身的前部、中部和后部將各布置2副涵道風扇，其中中部的涵道風扇通過一副2.4米長的短翼連接到機身上。
發動機輸出的剩余功率則將儲存在一組由電力系統公司（Electrical Power Systems，EPS）提供的電池中。
展開 荷蘭團隊研究認為采用分布式電推進布局的A320沒有優勢
HS1：基于并聯混合電推進的渦扇概念布局，該方案帶有電池和電動機/發電機，可為起飛和爬升時驅動風扇提供額外動力。這個方案允許采用較小的渦扇發動機以在更有效的恒定操作點運行。（注：我們沒有找到HS1方案的示意圖，根據描述推測HS1布局應與現有的A320相同，只是通過并聯電推進系統在起降所需的大功率階段為風扇提供額外動力，因此風扇直徑相比現有A320發動機可以更小）
HS2，一種基于前緣分布式螺旋槳的串聯混合電推進概念布局，螺旋槳由機翼下方的兩個渦輪發電機提供動力。利用螺旋槳的滑流作用增加機翼升力、載荷和動力負荷，從而提高效率。
04 HS2高速布局由前緣翼下渦輪發電機驅動的螺旋槳拉動
HS3，一種基于分布式涵道風扇的串聯混合電推進概念布局，涵道風扇布置于機翼后緣的襟翼上，機翼下方的兩個渦輪發電機為風扇提供動力，還有一個帶有兩個涵道推進槳的“環形”推進尾翼取代了傳統尾翼。
05 HS3有機翼后緣涵道風扇，翼下渦輪發電機和尾部涵道推進槳葉。
三、第一階段評估表明：基于A320的分布式混合電推進沒有優勢
根據胡格里夫的介紹，評估中使用了“相當大”的假設，包括500Wh/Kg能量密度的電池組。NASA認為這一假設“是可以實現的，并非不可能，但超出了汽車和其他工業應用驅動電池的水平”。
展開 航空航天業或將迎來電推進變革
其中，俄羅斯企業統計在“其他”類別中），飛機動力源（電池、混合和太陽能），推進類型（螺旋槳、涵道風扇、螺旋槳+涵道風扇、推進器+風扇），投資方（創業企業&獨立投資人，航空航天巨頭（包括空客、塞斯納、巴西航空工業公司、波音），其他現有航空航天企業，大學/政府，大型非航空航天企業（包括卡拉什尼科夫康采恩集團、西門子和健將（workhorse））。
從100個項目投資方來看，約有60%的項目是由創業公司和獨立人士投資，現有航空航天公司占了30%（其中航空航天巨頭占一半），其他10%左右的是由學術和政府機構，如NASA，以及包括西門子和卡拉什尼科夫康采恩在內的大型非航空航天公司。這些數據突顯出來自傳統航空航天和國防領域外的興趣與航空航天業內相比是更強的。而在2017年年底，羅蘭貝格公司第一次報道了電推進領域的研究成果（當時統計了不到70個項目）。當時的數據顯示，航空航天巨頭企業占18%，而其他現有航空航天企業占31%，創業公司和獨立投資人占46%，非航空航天大型企業占5%。兩組數據對比足以看出創業企業對電推進領域興趣的快速增長。
從使用模式來看，大多數電動飛機都在朝著通用航空（GA）或城市空中出租車（UAM）方向發展；從項目來源地區看，大部分的開發都發生在傳統的航空市場，即歐洲（45%）和美國（40%）。但在其他地方也有一些值得注意的動向，特別是中國的億航電動垂直起降飛機，以色列Eviation支線飛機，巴西航空工業公司與優步合作提出的空中出租車概念；從技術上來說，大多數項目都是全電動的，電池是唯一的動力來源，主要目標是GA和UAM市場。
展開 為未來飛機準備：NASA與美國航空巨頭推出的黑科技
T型尾翼下部有一個涵道風扇發動機，這也是NASA重點資助的項目。
它是單通道150座級別（波音737或空客320）。機翼下的傳統發動機提供起飛階段80%、巡航階段55%的推力，其余推力由尾部的涵道風扇發動機提供，電力驅動。可比傳統飛機節油10%以上，這個數據又能讓航空公司老板血壓升高了。
富豪的新玩具：可乘坐20人。噴氣式公務機已經很普遍了，其實渦槳也是很不錯的選擇哦！便宜、皮實、安全、省油。如果富豪不是經常跨洲際飛行，在1-2千公里半徑內，這玩意還是很不錯的。另外商用價值也不低：小團體包機旅游、微支線固定航班都行。
除此之外，NASA還對分系統及子項目進行科研資助：
給你一個更加安靜的夜晚：NASA與GE、波音、ANA、古德里奇合作的雪佛龍（Chevrons）降噪技術。當來自發動機核心的熱空氣與流經風扇的較冷空氣混合時，通過內外兩套V型鋸齒噴嘴分離有助于減少產生噪音的湍流。目前波音787、747-8和777X都應用了這項技術。
研究人員在一個午餐會上討論雪佛龍（Chevrons）的技術方案。
普惠公司與NASA合作開發齒輪傳動渦輪風扇PW1217G發動機，它比其他傳統發動機更節能、更安靜。
霍尼韋爾的發動機在NASA格倫研究中心的推進系統實驗室測試。
冰是好東西。比如在炎熱夏季里的一杯飲料，或是在冬奧會的賽場上。但是當它在飛機引擎內形成時，結果可能是有害的。如果高海拔地區的冰晶進入發動機核心，并結合在一起，可能會導致發動機推力損失、失速、喘振以及其他危害。NASA格倫研究中心與霍尼韋爾合作，以探索運行中發動機內的積冰特征。
計算機模擬飛機起落架的空氣動力學特征。雖然飛機的效率越來越高，但噪音仍然是一個問題。
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混合動力系統仍將是城市空中交通飛行器的首選？
貝爾公司在今年發布了eVTOL飛行器Nexus，該機采用了賽峰開發的混合動力系統（HEPS），裝有6個傾轉式涵道風扇，功率可達600kW，其渦輪發動機和電池系統安裝在后機身上部，為飛機提供混合動力。
貝爾公司Nexus飛行器及采用的賽峰的混合動力系統。
在2018年年中，賽峰開始測試100kW級的混合動力分布式推進系統，最近還公布了500kW級的電動機；并提供了一款基于改進型“阿蒂丹”3（Ardiden 3）渦軸發動機的混合動力系統，為Zunum公司的12座ZA10混合動力飛機提供動力。
賽峰的100kW級混合動力系統在進行地面測試。
在2018年英國范堡羅航展上，羅羅公司推出一種電動垂直起降（eVTOL）飛機，并為其配備基于M250發動機的混合動力系統。該飛行器將利用M250渦軸發動機帶動發電機，為6個電動機供動力，并為電池充電。基于M250的混合動力系統功率從500kW到1MW不等，具備有串聯混動、并聯混動和混聯混動三種形式。這三種形式的混合動力系統都已于今年3月份成功通過地面測試，將為2021年上天試飛奠定基礎。
羅羅開發的VTOL飛行器，采用基于M250發動機的混合動力系統 。
在當初還沒有被波音收購時，極光飛行科學公司應DARPA的需求開發了一款名為XV-24A飛行器。XV-24A雖然也屬于VTOL飛行器，但比一般城市空中交通領域出現的型號要大許多，例如貝爾的Nexus最大起飛重量約2.7t，但XV-24A的最大起飛重量可達5.5t。XV-24也采用混合動力系統，用羅羅AE1107渦軸發機來驅動3臺霍尼韋爾的1MW級發電機，輸出總功率可達3MW，用來驅動24臺電動涵道風扇。
展開 奧迪/空客聯合團隊試飛模塊化垂直起降載具
Pop.Up下一代概念載具的飛行模塊有四個涵道風扇，與空客的城市空客電動垂直起降驗證機類似。該模型的8副螺旋槳共軸安裝在四支旋翼臂尾端。地面模塊在飛行模塊的較長的起落架之間運行，在聯結飛行模塊時使用交叉臂將乘員艙抬起，自動將乘員艙與飛行模塊底部相連。
來源：航空工業發展中心 蔡琰
通用原子“雀鷹”小型空射無人機
在通用原子公司早先的“雀鷹”無人機概念圖中，該機在后機身部分裝有2具涵道風扇。這顯示該機的動力在研制過程中發生了變化。
“雀鷹”的通信通過戰地MeshONE數據鏈實現，該鏈路支持平臺之間的協助自主功能。此外，通用原子航空系統公司在“雀鷹”上配備了Collins公司研制的能夠使用戰術目標網絡技術波形的QNT—200D系統電臺。通用原子航空系統公司發言人表示，QNT—200D系統目前已投入使用，并展示了其能夠在多個節點間及時、準確快速分發大量數據的能力。
測試中，“雀鷹”的總飛行時間約10小時，根據高度的不同，飛機的平均巡航速度在110—120節之間，最高速度達到了150節。
“雀鷹”等小型空射無人機代表了未來美軍無人機應用的一種發展方向，即網絡化、低成本、可損耗、多功能，即可保證主戰平臺有效生存，又可實現對敵偵察壓制等目的。
目前，美軍公開報道的此類無人機已有“雀鷹”、X-61與“空射效應”3種，且其中兩種已明確與“先進戰斗管理系統”有關。美軍未來將如何在“全域指控”概念下應用此類裝備，值得繼續觀察研究。
展開 超音速eVTOL可行性幾何？
它由Pratt & Whitney F135 加力渦輪風扇發動機提供動力，可產生超過 40,000 磅的推力，它通過燃燒大量化石燃料來實現。
F35垂直起降
這種快速的推力產生方法不適用于電動飛機，而且合適的替代方案可能是什么樣子也并不明顯。
它看起來不像Lilium Jet等當前 eVTOL 飛機上的涵道風扇，因為當它們進入接近 1.0 馬赫的可壓縮狀態時，它們的槳尖速度會超音速并失去效率。
渦輪噴氣發動機（以及更普遍的低旁通渦扇發動機）一直是超音速領域的發展方向，依靠噴氣發動機核心中的壓縮和燃燒來產生超音速所需的出口速度。在電動推進情況下，意味著必須使用電動機驅動的風扇/壓縮機在不燃燒的情況下實現類似的壓縮和流動成形——類似于在超音速風洞中所做的。
這樣的推進系統尚不存在，但最終可能會存在。前 NASA工程師和 eVTOL布道者 Mark Moore 正在他位于田納西州的初創公司 Whisper Aero 朝這個方向前進，該公司于今年7月開始進入大眾視野。Moore 和 Whisper Aero 首席運營官Villa 仍未分享有關他們新型電動推進器技術的任何細節，但他們聲稱該技術將能夠驅動全電動4到19座的“Whisper Jet”以高達每小時 300 英里（每小時 480 公里）速度巡航，并且具有“極低的噪音”和“令人難以置信的低運營成本”。
Moore表示Whisper正朝著Elon談論的方向前進，并比整個電動飛機行業的任何人都領先。
其認為當我們擁有足夠好的電池時，飛行器上升到一定高度，由于空氣非常稀薄，將能以非常低的功率進行高速巡航，而傳統渦輪風扇因為需要依靠空氣中的氧氣進行燃燒而無法發揮作用。
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