CN102963522A - 临近空间螺旋桨 - Google Patents

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Abstract

临近空间螺旋桨，包括桨叶和桨毂；2片桨叶通过桨毂连接，形成整体结构；桨叶叶型为：在0.3展长位置的弦长160～180mm、攻角β为31～34度；在0.35展长位置的弦长140～160mm、攻角β为25～28度；在0.45展长位置的弦长115～135mm、攻角β为18～21度；在0.6展长位置的弦长95～110mm、攻角β为1618度；在0.7展长位置的弦长85～95mm、攻角β为14～16度；在0.75展长位置的弦长65～75mm、攻角β为13～14度；在0.9展长位置的弦长45～55mm、攻角β为12～13度。

Description

临近空间螺旋桨
技术领域
本发明涉及一种空气螺旋桨，可作为临近空间低速飞行器的推进动力，所采用的技术涉及旋翼空气动力学、低雷诺数空气动力学、实验空气动力学等领域。
背景技术
长航时临近空间低速飞行器可具有高达海拔20km～30km飞行高度、超长时间(几个月)的巡航能力，使得长航时临近空间低速飞行器在资源调查、环境监测、军事预警、灾害监测、边境巡逻、空中和地面交通管理、通讯中继等方面有着广泛用途，近年来逐渐受到各国的重视。推进螺旋桨作为该类飞行器的核心部件，直接关系到飞行器的飞行性能。
常规螺旋桨的使用范围一般是海拔0km～10km飞行高度，当超出该范围时，随着飞行高度的增加，雷诺数急剧降低，螺旋桨流动会出现层流分离，造成当地升阻比降低，使得螺旋桨的效率低下，乃至无法使用。
现有的浮空器用高空螺旋桨虽然解决了螺旋桨在临近空间(大于海拔20km高度)使用的效率低下的问题，但其仅仅考虑在临近空间(海拔20km高度以上)使用的工况，无法满足低空(海拔15km以下高度)以及特殊工况(如飞行机动、复杂大气环境)的使用要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种适应大工况变化的临近空间低雷诺数螺旋桨，该螺旋桨适用于飞行高度海拔0km～30km范围，可在大空域范围复杂工况条件下使用。
本发明的技术解决方案是：临近空间螺旋桨，包括桨叶和桨毂；2片桨叶通过桨毂连接，形成整体结构；桨叶叶型为：
在0.3展长位置的弦长160～180mm、攻角β为31～34度；
在0.35展长位置的弦长140～160mm、攻角β为25～28度；
在0.45展长位置的弦长115～135mm、攻角β为18～21度；
在0.6展长位置的弦长95～110mm、攻角β为16～18度；
在0.7展长位置的弦长85～95mm、攻角β为14～16度；
在0.75展长位置的弦长65～75mm、攻角β为13～14度；
在0.9展长位置的弦长45～55mm、攻角β为12～13度。
所述桨叶的翼型为低雷诺数翼型。
本发明与现有技术相比有益效果为：
本发明构型在高空低雷诺数(雷诺数小于10e6)条件下，螺旋桨桨叶表面气流流动的层流分离，提高了当地升阻比，使螺旋桨在临近空间工况点的效率提高到70％以上；螺旋桨能够适应0～30km高度范围大空域变化复杂工况的使用。
附图说明
图1为本发明低雷诺数翼型图；
图2a、2b、2c分别为本发明临近空间螺旋桨的正视、左视和轴侧图；
图3为本发明临近空间螺旋桨的数值模拟计算数据结果-推力特性曲线；
图4为本发明临近空间螺旋桨的数值模拟计算数据结果-工作效率曲线。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本发明做详细介绍。
如图1、图2(2a、2b、2c)所示，一种临近空间螺旋桨，包括桨叶和桨毂；2片桨叶通过桨毂连接，形成整体结构；桨叶和桨毂为超轻质结构，采用复合材料一体成型制造；例如碳纤维材料。
桨叶叶型采用本领域的技术术语展长(螺旋桨旋转轴心至螺旋桨半径方向的长度与螺旋桨半径的比值)、弦长(翼型前后缘在弦线上的投影距离)、攻角β(在桨叶任意半径处，剖面弦线与螺旋桨旋转平面之间的夹角，亦称为桨距)进行表征。具体要求为：
在0.3展长位置的弦长(160～180mm)、攻角β(31～34度)；
在0.35展长位置的弦长(140～160mm)、攻角β(25～28度)；
在0.45展长位置的弦长(115～135mm)、攻角β(18～21度)；
在0.6展长位置的弦长(95～110mm)、攻角β(16～18度)；
在0.7展长位置的弦长(85～95m)、攻角β(14～16度)；
在0.75展长位置的弦长(65～75mm)、攻角β(13～14度)；
在0.9展长位置的弦长(45～55mm)、攻角β(12～13度)。
上述相邻展长位置之间平滑过渡。
通过上述要求，使桨叶在展向具有不同的气动特性。
桨叶翼型采用低雷诺数翼型，例如(E387、SD8000-PT等)。
实施例：
一种可用的翼型图见图1，该螺旋桨可以在低雷诺数(雷诺数小于10e6)条件下工作。下面给出一种可用翼型的翼型数据，见表1：
表1翼型数据表(单位：mm)
Figure BSA00000798225800031
根据上述桨叶叶型的表征，调整不同展长位置翼型的弦长、攻角β，得出一种临近空间螺旋桨桨叶叶型。具体为：
在0.3展长位置的弦长(170mm)、攻角β(32.52度)；
在0.35展长位置的弦长(150mm)、攻角β(26.21度)；
在0.45展长位置的弦长(125mm)、攻角β(20.50度)；
在0.6展长位置的弦长(104mm)、攻角β(17.07度)；
在0.7展长位置的弦长(92mm)、攻角β(15.50度)；
在0.75展长位置的弦长(68mm)、攻角β(13.70度)；
在0.9展长位置的弦长(51mm)、攻角β(12.27度)。
表2为该桨叶叶型的三维数据表，该桨叶旋转半径(螺旋桨半径)为1m，坐标原点为螺旋桨旋转轴线与桨叶轴线交点，翼型弦长方向为X轴，螺旋桨旋转轴线为Y轴，桨叶轴线为Z轴。
表2桨叶三维数据表
Figure BSA00000798225800041
Figure BSA00000798225800051
对上述螺旋桨进行数值模拟计算，CFD计算数据结果显示如图3、4所示，该螺旋桨在0～25km高度范围飞行条件下，单桨效率峰值达到80％(25km高度)～85％(0km高度)，推力满足设计输入值，该螺旋桨满足临近空间低速飞行器在飞行包线内全工况飞行使用要求
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.临近空间螺旋桨，包括桨叶和桨毂；其特征是：2片桨叶通过桨毂连接，形成整体结构；桨叶叶型为：
在0.3展长位置的弦长160～180mm、攻角β为31～34度；
在0.35展长位置的弦长140～160mm、攻角β为25～28度；
在0.45展长位置的弦长115～135mm、攻角β为18～21度；
在0.6展长位置的弦长95～110mm、攻角β为1618度；
在0.7展长位置的弦长85～95mm、攻角β为14～16度；
在0.75展长位置的弦长65～75mm、攻角β为13～14度；
在0.9展长位置的弦长45～55mm、攻角β为12～13度。
2.根据权利要求1所述的临近空间螺旋桨，其特征在于：所述桨叶的翼型为低雷诺数翼型。
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