一種類三角布局高空螺旋槳的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種類三角布局高空螺旋槳，包括兩個(gè)螺旋槳葉片和一個(gè)連接軸，兩個(gè)螺旋槳葉片對(duì)稱安裝在連接軸上，螺旋槳葉片的一端為根部，另一端為梢部，連接軸與螺旋槳葉片的根部固定連接，螺旋槳葉片最大弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片總長(zhǎng)度的19.7％；螺旋槳葉片最大受載翼剖面弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片總長(zhǎng)度的11.5％；螺旋槳葉片的翼尖形狀為小翼尖；螺旋槳葉片主承載區(qū)位于螺旋槳葉片的中部，螺旋槳葉片主承載區(qū)的面積是螺旋槳葉片總面積的56％。本實(shí)用新型克服了傳統(tǒng)螺旋槳在高空長(zhǎng)航時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中效率與推力不足的缺陷，并且兼顧了高低空性能，實(shí)現(xiàn)了在臨近空間各個(gè)飛行高度的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種類三角布局高空螺旋槳
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種類三角布局高空螺旋槳，屬于臨近空間長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人飛行器螺旋槳技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，高空無(wú)人長(zhǎng)航時(shí)飛行器的相關(guān)研究正在以空前的速度發(fā)展，其在軍用和民用領(lǐng)域的應(yīng)用前景將十分廣泛。
[0003]由于高空無(wú)人長(zhǎng)航時(shí)飛行器的工作環(huán)境為臨近空間，受低密度空氣等各種因素影響，常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)的效率會(huì)顯著降低。根據(jù)當(dāng)前國(guó)際上推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展水平，以及此類飛行器的長(zhǎng)時(shí)間滯空停留和太陽(yáng)能利用等多方面要素的綜合考慮，螺旋槳仍然是低速臨近空間飛行器的主要推進(jìn)動(dòng)力方式，成為高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人飛行器研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，其性能的優(yōu)劣對(duì)研制成敗具有極其重要的影響。
[0004]復(fù)雜而特殊的環(huán)境特性是形成螺旋槳設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)的主要原因之一，低速臨近空間飛行器升降過(guò)程高度變化范圍是從地面至20km或更高的空間，大氣密度變化大，雷諾數(shù)較低，螺旋槳雷諾數(shù)約5E4?5E5，高低空氣動(dòng)特性、可用推力和功率都發(fā)生很大變化。20km左右高空的平流層空氣密度約為海平面處的1/14，壓強(qiáng)約1/18，呈高空低雷諾數(shù)效應(yīng)。由此，普通螺旋槳翼型在小攻角下可能出現(xiàn)層流分離，升力系數(shù)隨攻角增大緩慢增加，并出現(xiàn)靜態(tài)滯回，而阻力系數(shù)迅速增大，導(dǎo)致螺旋槳?dú)鈩?dòng)效率嚴(yán)重下降。同時(shí)，為了彌補(bǔ)平流層大氣密度降低引起的螺旋槳推力和功率損失，保證推進(jìn)系統(tǒng)有足夠的抗風(fēng)和推進(jìn)能力，常見(jiàn)的高空螺旋槳直徑和轉(zhuǎn)速都比較大，而高空聲速比地面又有所降低，就會(huì)導(dǎo)致葉梢局部馬赫數(shù)較高甚至出現(xiàn)激波，進(jìn)一步加劇了氣流分離損失。因而要求螺旋槳具有良好的適應(yīng)性，如果臨近空間飛行器的螺旋槳槳葉直徑大，相對(duì)厚度薄，截面扭轉(zhuǎn)角較大，則能夠?qū)崿F(xiàn)飛行器輕質(zhì)高強(qiáng)高效的設(shè)計(jì)目標(biāo)，有利于進(jìn)一步完善臨近空間飛行器的性能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種類三角布局高空螺旋槳，該螺旋槳葉片采用小翼尖構(gòu)型，通過(guò)調(diào)整螺旋槳葉片各個(gè)位置的弦長(zhǎng)、厚度、主承載區(qū)的比例關(guān)系以及扭轉(zhuǎn)角的變化范圍，實(shí)現(xiàn)無(wú)人飛行器在臨近空間低雷諾數(shù)條件下推力與效率的指標(biāo)要求。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:
[0007]—種類三角布局高空螺旋槳，包括兩個(gè)螺旋槳葉片和一個(gè)連接軸，兩個(gè)螺旋槳葉片對(duì)稱安裝在連接軸上，螺旋槳葉片的一端為根部，另一端為梢部，連接軸與螺旋槳葉片的根部固定連接，每個(gè)螺旋槳葉片均采用小翼尖構(gòu)型，螺旋槳葉片根部至梢部的弦長(zhǎng)分布呈先增大后減小的趨勢(shì)，螺旋槳葉片的最大受載翼剖面、最大弦長(zhǎng)和主承載區(qū)均位于螺旋槳葉片的中部。
[0008]在上述的一種類三角布局高空螺旋槳中，螺旋槳葉片的最大弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片總長(zhǎng)度的19.7%,螺旋槳葉片的最大受載翼剖面弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片總長(zhǎng)度的11.5%，螺旋槳葉片主承載區(qū)位于沿螺旋槳葉片展向30%?80%之間，螺旋槳葉片主承載區(qū)的面積為螺旋槳葉片總面積的56 %。
[0009]在上述的一種類三角布局高空螺旋槳中，螺旋槳葉片的最大受載翼剖面位于沿螺旋槳葉片展向60%處，螺旋槳葉片主承載區(qū)呈三角形分布，螺旋槳葉片主承載區(qū)的弦長(zhǎng)大，雷諾數(shù)高，馬赫數(shù)低，升阻特性好。
[0010]在上述的一種類三角布局高空螺旋槳中，螺旋槳葉片的根部扭轉(zhuǎn)角大于梢部扭轉(zhuǎn)角，螺旋槳葉片的根部扭轉(zhuǎn)角與梢部扭轉(zhuǎn)角相差52°。
[0011]在上述的一種類三角布局高空螺旋槳中，螺旋槳葉片的最大弦長(zhǎng)位于沿槳葉展向30%處。
[0012]在上述的一種類三角布局高空螺旋槳中，沿螺旋槳葉片展向不同剖面位置其翼型的最大相對(duì)厚度不同，呈先減小后增大的趨勢(shì)。
[0013]在上述的一種類三角布局高空螺旋槳中，螺旋槳葉片的剖面翼型采用高升力薄后緣翼型，該類翼型采取凹的Stratford-1 ike壓力分布和后加載技術(shù)，該類翼型上下翼面不再對(duì)稱，上翼面厚度增加，下翼面厚度減小，并在后緣處凹入，前緣半徑相對(duì)較大，最大厚度和最大彎度位置靠前。
[0014]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0015]1、本實(shí)用新型的螺旋槳葉片的最大弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片總長(zhǎng)度的19.7%，顯著增加了螺旋槳的有效受載面積，進(jìn)一步提高了螺旋槳所產(chǎn)生的有效推力。
[0016]2、本實(shí)用新型的螺旋槳葉片的最大弦長(zhǎng)位于沿螺旋槳葉片展向30%處，螺旋槳葉片主承載區(qū)位于沿螺旋槳葉片展向30%?80%之間，使得螺旋槳葉片受載扭矩小，變形小，流固親合影響小。
[0017]3、本實(shí)用新型的螺旋槳葉片根部扭轉(zhuǎn)角與梢部扭轉(zhuǎn)角相差52°，能夠保證在不同工作高度以及雷諾數(shù)的條件下，不同螺旋槳葉片剖面翼型的有效攻角對(duì)應(yīng)的升阻特性良好，滿足推力與效率性能的相關(guān)技術(shù)要求。
[0018]4、本實(shí)用新型的螺旋槳葉片主承載區(qū)受載均勻，不存在局部受載集中的現(xiàn)象，避免了結(jié)構(gòu)遭受破壞和失效問(wèn)題的發(fā)生。
[0019]5、本實(shí)用新型的螺旋槳葉片采用小翼尖構(gòu)型，能夠有效減小槳尖渦流，降低槳尖的誘導(dǎo)阻力，減少能量損失，提高螺旋槳性能。
[0020]6、本實(shí)用新型的螺旋槳葉片基礎(chǔ)剖面翼型采用高升力薄后緣翼型，該類翼型的特點(diǎn)是在較大的迎角范圍內(nèi)都有較好的升阻特性，失速特性緩和，能夠高低空兼顧，在低空、次高空(15km左右)或雷諾數(shù)大于E05的情況下屬于高升阻比層流翼型，升阻比大于60，在高空雷諾數(shù)5E04環(huán)境下出現(xiàn)層流分離現(xiàn)象，升阻比降低，但也能達(dá)到20左右，易于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)需求。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)圖
[0022]圖2為本實(shí)用新型主視圖
[0023]圖3為本實(shí)用新型俯視圖
[0024]圖4為本實(shí)用新型側(cè)視圖
[0025]圖5為本實(shí)用新型連接軸結(jié)構(gòu)圖
[0026]圖6為本實(shí)用新型不同工作高度下的推力與效率圖
[0027]圖7為本實(shí)用新型螺旋槳沿展向不同剖面位置雷諾數(shù)分布曲線圖
[0028]圖8為本實(shí)用新型螺旋槳沿展向不同剖面位置拉力系數(shù)分布曲線圖
[0029]圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例二結(jié)構(gòu)圖
[0030]圖10為本實(shí)用新型實(shí)施例二20km高度下推力與效率圖
[0031]其中:I螺旋槳葉片;2連接軸；
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0033]實(shí)施例一:
[0034]如圖1所示，一種類三角布局高空螺旋槳，包括兩個(gè)螺旋槳葉片I和一個(gè)連接軸2，兩個(gè)螺旋槳葉片I對(duì)稱安裝在連接軸2上，螺旋槳葉片I的一端為根部，另一端為梢部，連接軸2與螺旋槳葉片I的根部固定連接，螺旋槳葉片I的最大受載翼剖面位于沿螺旋槳葉片I展向60%處，螺旋槳葉片I主承載區(qū)位于螺旋槳葉片I中部，呈三角形分布。
[0035]如圖2所示，每個(gè)螺旋槳葉片I均采用小翼尖構(gòu)型，螺旋槳葉片I的最大弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片I總長(zhǎng)度的19.7%，螺旋槳葉片I的最大受載翼剖面弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片I總長(zhǎng)度的
11.5%。
[0036]如圖3所示，螺旋槳葉片I根部至梢部的弦長(zhǎng)分布呈先增大后減小的趨勢(shì)，螺旋槳葉片I的最大弦長(zhǎng)位于沿螺旋槳葉片I展向30 %處。
[0037]如圖4所示，螺旋槳葉片I的根部扭轉(zhuǎn)角大于梢部扭轉(zhuǎn)角，螺旋槳葉片I的根部扭轉(zhuǎn)角與梢部扭轉(zhuǎn)角相差52°，螺旋槳葉片I的剖面翼型采用高升力薄后緣翼型。
[0038]如圖5所示，連接軸2由頭體和支承座組成，連接軸2頭體上設(shè)有用于安裝螺旋槳葉片I的孔。
[0039]如圖6所示，在不同工作高度下，螺旋槳葉片I的效率均能達(dá)到80%以上，推力也能滿足技術(shù)要求。
[0040]如圖7所示，螺旋槳葉片I的最大雷諾數(shù)剖面位于沿螺旋槳葉片I展向40%處，該剖面弦長(zhǎng)大，馬赫數(shù)低。
[0041]如圖8所示，螺旋槳葉片I的主承載區(qū)可通過(guò)拉力系數(shù)反映，螺旋槳葉片I的主承載區(qū)位于螺旋槳葉片I的中部，螺旋槳葉片I主承載區(qū)面積為螺旋槳葉片I總面積的56%。
[0042]實(shí)施例二:
[0043]如圖9所示，一種類三角布局高空螺旋槳，包括兩個(gè)螺旋槳葉片I和一個(gè)連接軸2，兩個(gè)螺旋槳葉片I對(duì)稱安裝在連接軸2上，螺旋槳葉片I的一端為根部，另一端為梢部，連接軸2與螺旋槳葉片I的根部固定連接，每個(gè)螺旋槳葉片I均采用小翼尖構(gòu)型，此實(shí)施例主要針對(duì)弦長(zhǎng)與扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行局部調(diào)整，螺旋槳葉片I最大受載翼剖面位于沿螺旋槳葉片I展向20%處，螺旋槳葉片I最大受載翼剖面弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片I總長(zhǎng)度的21.4%，螺旋槳葉片I的根部扭轉(zhuǎn)角與梢部扭轉(zhuǎn)角相差56°。
[0044]如圖10所示，在20km高度下，實(shí)施例二的推力與效率同樣能夠滿足技術(shù)指標(biāo)的要求。
[0045]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0046]依據(jù)儒科夫斯基渦流理論和普朗特機(jī)翼理論，把繞過(guò)螺旋槳葉片I的氣流看作是由各個(gè)單獨(dú)螺旋槳葉片I激起的渦流場(chǎng)和相應(yīng)的誘導(dǎo)速度場(chǎng)組成，將翼型繞流視為無(wú)限翼展繞流疊加下洗流動(dòng)，通過(guò)計(jì)算翼型氣動(dòng)力，積分得到全槳?dú)鈩?dòng)力。因此，既考慮了螺旋槳葉片I的軸向效應(yīng)和旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，又計(jì)入了螺旋槳葉片I的下洗效應(yīng)和槳葉之間的干擾。
[0047]本實(shí)用新型說(shuō)明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種類三角布局高空螺旋槳，包括兩個(gè)螺旋槳葉片(I)和一個(gè)連接軸(2)，兩個(gè)螺旋槳葉片(I)對(duì)稱安裝在連接軸(2)上，螺旋槳葉片(I)的一端為根部，另一端為梢部，連接軸(2)與螺旋槳葉片(I)的根部固定連接，其特征在于:每個(gè)螺旋槳葉片(I)均采用小翼尖構(gòu)型，螺旋槳葉片(I)根部至梢部的弦長(zhǎng)分布呈先增大后減小的趨勢(shì)，螺旋槳葉片(I)的最大受載翼剖面、最大弦長(zhǎng)和主承載區(qū)均位于螺旋槳葉片(I)的中部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種類三角布局高空螺旋槳，其特征在于:所述螺旋槳葉片(I)的最大受載翼剖面位于沿螺旋槳葉片(I)展向60 %處。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種類三角布局高空螺旋槳，其特征在于:所述螺旋槳葉片(I)的最大弦長(zhǎng)位于沿螺旋槳葉片(I)展向30 %處。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種類三角布局高空螺旋槳，其特征在于:所述螺旋槳葉片(I)主承載區(qū)位于沿螺旋槳葉片(I)展向30 %?80 %之間。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種類三角布局高空螺旋槳，其特征在于:所述螺旋槳葉片(I)的根部扭轉(zhuǎn)角大于梢部扭轉(zhuǎn)角。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種類三角布局高空螺旋槳，其特征在于:所述螺旋槳葉片(I)的剖面翼型采用高升力薄后緣翼型。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種類三角布局高空螺旋槳，其特征在于:所述螺旋槳葉片(I)的最大受載翼剖面弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片(I)總長(zhǎng)度的11.5%。8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種類三角布局高空螺旋槳，其特征在于:所述螺旋槳葉片(I)的最大弦長(zhǎng)為螺旋槳葉片(I)總長(zhǎng)度的19.7%。9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種類三角布局高空螺旋槳，其特征在于:所述螺旋槳葉片(I)主承載區(qū)呈三角形分布，螺旋槳葉片(I)主承載區(qū)面積為螺旋槳葉片(I)總面積的56%。10.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種類三角布局高空螺旋槳，其特征在于:所述螺旋槳葉片(I)的根部扭轉(zhuǎn)角與梢部扭轉(zhuǎn)角相差52°。
【文檔編號(hào)】B64C11/20GK205418070SQ201620182056
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】劉芳, 杜綿銀, 余奕甫
【申請(qǐng)人】中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院