本發(fā)明涉及飛行器推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳。

背景技術(shù)：

目前，隨著航空宇航科學(xué)技術(shù)和航海技術(shù)的發(fā)展和超音速飛行的需要，螺旋槳的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入瓶頸階段。常規(guī)螺旋槳的推力調(diào)節(jié)多依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)改變其攻角實(shí)現(xiàn)，也就是通常說的變距。變距機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，極易出現(xiàn)故障，影響飛行安全。

當(dāng)下，雖然民用有人或無人飛行器依舊大范圍使用螺旋槳，但對(duì)于其的改進(jìn)多停留在變距系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，缺少對(duì)其推力改變的原理設(shè)計(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述問題提供一種可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳，它通過延伸式擾流片的伸縮來改變螺旋槳葉片的推力系數(shù)以及螺旋槳葉片的弦長(zhǎng)，來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)螺旋槳產(chǎn)生的推力。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳，它包括空心轉(zhuǎn)軸以及固定安裝在空心轉(zhuǎn)軸上的空心葉片，所述空心葉片的前緣設(shè)有可伸縮的擾流片來改變螺旋槳葉片的推力系數(shù)以及螺旋槳葉片的弦長(zhǎng)以實(shí)現(xiàn)螺旋槳產(chǎn)生的推力調(diào)節(jié)。所述擾流片下部滑動(dòng)設(shè)置于空心葉片內(nèi)。

為了更好的控制擾流片的伸縮，所述空心葉片中設(shè)有與擾流片連接并可使擾流片伸縮的活塞，所述活塞與用來提供高壓氣源的供氣裝置相連接以通過高壓氣體的壓力驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)使擾流片伸縮。所述供氣裝置為發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)、氣瓶或氣泵的一種。

為了便于給每個(gè)空心葉片提供氣源，所述空心轉(zhuǎn)軸與空心葉片連接處為可使高壓氣源進(jìn)入空心葉片的腔體并驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)擾流片伸縮的多通結(jié)構(gòu)。

為了更好實(shí)現(xiàn)螺旋槳產(chǎn)生的推力的調(diào)節(jié)和控制，所述空心葉片上的擾流片為多個(gè)并排設(shè)置。所述擾流片包括與活塞固定連接的下部連接桿以及與連接桿一體連接的上部弧形片。

為了保護(hù)空心轉(zhuǎn)軸，所述空心轉(zhuǎn)軸的上端套置有空心整流罩。

進(jìn)一步所述空心葉片上設(shè)有流動(dòng)控制突片以使流動(dòng)控制突片隨螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)形成的分離區(qū)作為流動(dòng)控制邊界阻止螺旋槳表面的氣流由中心向四周流動(dòng)。所述流動(dòng)控制突片為三角形尖劈狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明是在空心螺旋槳基礎(chǔ)上，在螺旋槳葉片前緣設(shè)置可以伸縮的擾流片，擾流片由高壓氣源控制和調(diào)節(jié)。當(dāng)擾流片需要伸出時(shí)，通過提高高壓氣體的壓力通過推動(dòng)活塞將延伸式擾流片推出；反之，當(dāng)擾流片需要縮回時(shí)，通過降低高壓氣體的壓力來實(shí)現(xiàn)。所述高壓氣源從螺旋槳空心轉(zhuǎn)軸中間的孔進(jìn)入，通過槳空心轉(zhuǎn)軸和螺旋槳連接處中心的多通結(jié)構(gòu)分至各個(gè)螺旋槳空心葉片內(nèi)部的腔體，再驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于擾流片伸縮的控制。

當(dāng)擾流片未伸出的時(shí)候，擾流片與螺旋槳葉片緊密貼合；當(dāng)擾流片伸出后，擾流片與螺旋槳葉片之間形成一個(gè)新的氣體通道，流過新的氣體通道的氣體對(duì)螺旋槳葉片表面氣流進(jìn)行了重整和調(diào)整，改變了此時(shí)螺旋槳葉片的升力系數(shù)，同時(shí)增加了螺旋槳的弦長(zhǎng)，提高了螺旋槳的推力。

較之現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳在螺旋槳空心葉片前緣設(shè)置了可以伸縮的擾流片，在高壓氣源的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)伸縮的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)螺旋槳產(chǎn)生推力的調(diào)整和控制。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)較傳統(tǒng)螺旋槳的變距機(jī)構(gòu)，本發(fā)明可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能更加可靠，重量輕；

(2)本發(fā)明所述擾流片可以在定距螺旋槳上使用，也可以應(yīng)用在變距螺旋槳上；

(3)本發(fā)明所述擾流片可以在類似本發(fā)明的螺旋槳或風(fēng)扇上產(chǎn)生特定方向的升力或推力。

(4)本發(fā)明所述擾流片可以在葉片上疊加使用，即一個(gè)螺旋槳葉片上使用多組擾流片，多次改變螺旋槳葉片表面的流場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)螺旋槳表面產(chǎn)生升力的寬范圍變化。

(5)本發(fā)明在葉片上設(shè)置的流動(dòng)控制突片可以明顯提高螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的推力和效率，提高飛行器或船舶的航程。

附圖說明

下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1為本發(fā)明所述可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明所述可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳沿軸線的剖面示意圖。

圖3為本發(fā)明所述可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳的擾流片未伸出的單個(gè)空心葉片的剖面示意圖。

圖4為本發(fā)明所述可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳的擾流片未伸出的單個(gè)空心葉片及擾流片部分的局部放大截面示意圖。

圖5為本發(fā)明所述可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳的擾流片伸出的單個(gè)空心葉片的截面示意圖。

圖6為本發(fā)明所述可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳的擾流片伸出的單個(gè)空心葉片及擾流片部分的局部放大截面示意圖。

圖7為本發(fā)明所述可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳的擾流片伸出的單個(gè)空心葉片的活塞與擾流片部分剖面示意圖。

圖8為本發(fā)明所述可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳的空心葉片上設(shè)有流動(dòng)控制突片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中符號(hào)說明：1、空心轉(zhuǎn)軸；2、空心葉片；3、擾流片；4、活塞；5、空心整流罩；6、內(nèi)部流道；7、流動(dòng)控制突片；31、連接桿；32、弧形片。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施例如下：

請(qǐng)參照?qǐng)D1-8所示，一種可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳，它包括空心轉(zhuǎn)軸1以及固定安裝在空心轉(zhuǎn)軸1上的空心葉片2，所述空心葉片2的前緣設(shè)有可伸縮的擾流片3來改變螺旋槳葉片的推力系數(shù)以及螺旋槳葉片的弦長(zhǎng)以實(shí)現(xiàn)螺旋槳產(chǎn)生的推力調(diào)節(jié)。所述擾流片3下部滑動(dòng)設(shè)置于空心葉片2內(nèi)。

所述空心葉片2中設(shè)有與擾流片3連接并可使擾流片3伸縮的活塞4，所述活塞4與用來提供高壓氣源的供氣裝置相連接以通過高壓氣體的壓力驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)使擾流片3伸縮。所述供氣裝置為發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)、氣瓶或氣泵的一種。

所述空心轉(zhuǎn)軸1與空心葉片2連接處為可使高壓氣源進(jìn)入空心葉片2的腔體并驅(qū)動(dòng)活塞4運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)擾流片3伸縮的多通結(jié)構(gòu)。

所述空心葉片2上的擾流片3為多個(gè)并排設(shè)置。所述空心轉(zhuǎn)軸1的上端套置有空心整流罩5。所述擾流片3包括與活塞4固定連接的下部連接桿31以及與連接桿31一體連接的上部弧形片32。

所述空心葉片2上設(shè)有流動(dòng)控制突片7以使流動(dòng)控制突片7隨螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)形成的分離區(qū)作為流動(dòng)控制邊界阻止螺旋槳表面的氣流由中心向四周流動(dòng)。所述流動(dòng)控制突片7為三角形尖劈狀結(jié)構(gòu)。所述流動(dòng)控制突片7的突片脊線在螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的投影在以空心轉(zhuǎn)軸1為圓心以及以流動(dòng)控制突片7頭部到空心轉(zhuǎn)軸1為半徑的圓上。所述流動(dòng)控制突片7的周向長(zhǎng)度小于等于所在螺旋槳位置的弦長(zhǎng)。流動(dòng)控制突片7頭部的脊線與螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面所夾角度α滿足：

α≥tan^-1v/(rΩ)

對(duì)于常見螺旋槳構(gòu)型，α優(yōu)選的取值范圍為：

tan^-1v/(rΩ)+3°≤α≤tan^-1v/(rΩ)+7.5°

其中，v是使用本發(fā)明螺旋槳的飛行器前進(jìn)速度，r為流動(dòng)控制突片到螺旋槳中心軸線的距離，Ω為螺旋槳旋轉(zhuǎn)的角速度。

為了減小螺旋槳旋轉(zhuǎn)的阻力，所述流動(dòng)控制突片7的根部寬度d小于流動(dòng)控制突片的高度h；最優(yōu)為d≤0.3h。所述流動(dòng)控制突片7可以為很薄的三角片。

為了使得流動(dòng)控制突片7根部與螺旋槳表面應(yīng)力較小，流動(dòng)控制突片7與螺旋槳葉片連接處為導(dǎo)圓或?qū)Ы恰?/p>

本發(fā)明所述擾流片3可以使用在本發(fā)明類似的螺旋槳或風(fēng)扇上，能夠產(chǎn)生特定方向的升力或推力。本發(fā)明所述擾流片3可以在定距螺旋槳上和變距螺旋槳上使用。本發(fā)明所述擾流片3可以多個(gè)疊加使用，即螺旋槳空心葉片3前端設(shè)置多層擾流片，根據(jù)實(shí)際情況控制多個(gè)擾流片一起伸縮或單獨(dú)某一個(gè)擾流片伸縮，實(shí)現(xiàn)螺旋槳產(chǎn)生的升力的改變。

本發(fā)明的具體實(shí)施方式如下：如圖1-8所述，一種可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳，它包括空心轉(zhuǎn)軸1以及固定安裝在空心轉(zhuǎn)軸1上的空心葉片2，所述空心葉片2的前緣設(shè)有可伸縮的擾流片3。所述空心葉片2上設(shè)有三角形尖劈狀結(jié)構(gòu)的流動(dòng)控制突片7以使流動(dòng)控制突片7隨螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)形成的分離區(qū)作為流動(dòng)控制邊界阻止螺旋槳表面的氣流由中心向四周流動(dòng)。所述空心轉(zhuǎn)軸1的上端套置有保護(hù)空心轉(zhuǎn)軸1的空心整流罩5。所述空心葉片2中設(shè)有與擾流片3連接并可使擾流片3伸縮的活塞4，所述活塞4與用來提供高壓氣源的發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)(圖中未示)相連接以通過高壓氣體的壓力驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)使擾流片3伸縮。所述空心轉(zhuǎn)軸1與空心葉片2連接處為可使高壓氣源進(jìn)入空心葉片2的腔體并驅(qū)動(dòng)活塞4運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)擾流片3伸縮的多通結(jié)構(gòu)，多通結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)著每個(gè)空心葉片2上的內(nèi)部流道6。所述擾流片3包括與活塞4固定連接的下部連接桿31以及與連接桿31一體連接的上部弧形片32，所述擾流片3未伸出時(shí)弧形片32貼合在空心葉片2上，所述擾流片3伸出時(shí)弧形片32向上伸出使擾流片3與螺旋槳空心葉片2之間形成一個(gè)新的氣體通道。

本發(fā)明可以推力調(diào)節(jié)的螺旋槳的工作原理如下：本發(fā)明是在常用空心螺旋槳基礎(chǔ)上，在螺旋槳空心葉片前緣設(shè)置可以伸縮的擾流片，擾流片由高壓氣源控制和調(diào)節(jié)。當(dāng)擾流片需要伸出時(shí)，通過提高高壓氣體的壓力通過推動(dòng)活塞將延伸式擾流片推出；反之，當(dāng)擾流片需要縮回時(shí)，通過降低高壓氣體的壓力來實(shí)現(xiàn)。所述高壓氣源從螺旋槳空心轉(zhuǎn)軸中間的孔進(jìn)入，通過槳空心轉(zhuǎn)軸和螺旋槳連接處中心的多通結(jié)構(gòu)分至各個(gè)螺旋槳空心葉片內(nèi)部的腔體，再驅(qū)動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于擾流片伸縮的控制。

本發(fā)明擾流片的伸縮由后部連接的活塞驅(qū)動(dòng)，通過從螺旋槳空心軸內(nèi)注入高壓空氣，通過螺旋槳內(nèi)部流路，高壓氣體最終作用在活塞上，推動(dòng)擾流片伸縮。當(dāng)高壓氣體的壓力不斷提高，擾流片伸出；當(dāng)高壓氣體壓力降低，擾流片在外界阻力的作用下縮回。當(dāng)擾流片未伸出的時(shí)候，擾流片與螺旋槳葉片緊密貼合；當(dāng)擾流片伸出后，擾流片與螺旋槳葉片之間形成一個(gè)新的氣體通道，流過新的氣體通道的氣體對(duì)螺旋槳葉片表面氣流進(jìn)行了重整和調(diào)整，改變了此時(shí)螺旋槳葉片的升力系數(shù)，同時(shí)增加了螺旋槳的弦長(zhǎng)，提高了螺旋槳的推力。

本發(fā)明又一優(yōu)點(diǎn)為通過螺旋槳旋轉(zhuǎn)，空氣在流動(dòng)控制突片7的后緣產(chǎn)生分離區(qū)，分離區(qū)不斷向下游發(fā)展，再加上螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)，二者共同作用，使得分離區(qū)橫亙?cè)诼菪龢骋话霃轿恢锰?，形成抑制螺旋槳表面氣流由中心向四周流?dòng)，提高了螺旋槳對(duì)空氣做功的效率，提高了螺旋槳的推力。本發(fā)明在空心葉片上設(shè)置的流動(dòng)控制突片可以明顯提高螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的推力和效率，提高飛行器或船舶的航程；

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。