CN103587684A - 一种低雷诺数下的二维翼型及采用该翼型的旋翼 - Google Patents

Abstract

一种低雷诺数下的二维翼型及采用该翼型的旋翼，涉及空气动力学和流体力学领域，解决了现有的翼型及旋翼存在的升力小、气动性能差的问题。该翼型由前缘、第一上表面曲线、第一过渡曲线、凸起曲线、第二过渡曲线、第二上表面曲线、后缘、下表面曲线和加强筋安装孔组成，按照前缘、第一上表面曲线、第一过渡曲线、凸起曲线、第二过渡曲线、第二上表面曲线、后缘、下表面曲线、前缘的顺序依次连接形成闭合曲线，加强筋安装孔设置在凸起曲线与下表面曲线之间。本发明的二维翼型及采用该翼型的旋翼同时具有高升力系数、低气动噪声、高结构强度以及便于制造等特点。

Description

一种低雷诺数下的二维翼型及采用该翼型的旋翼

技术领域

本发明涉及空气动力学和流体力学技术领域，具体涉及一种低雷诺数下的二维翼型及采用该翼型的旋翼。

背景技术

微小型旋翼飞行器具有垂直起降、空中悬停和低速飞行等能力，特别适合在狭窄环境下完成指定任务，受到各国研究机构和公司的广泛关注。旋翼既是飞行器的升力面，也是操纵面和推进力面，旋翼的性能直接影响整个飞行器的性能。翼型是旋翼的二维剖面，是体现旋翼上下表面产生压力差的根源，它对旋翼升力或推力的大小、气动噪声大小乃至飞行器性能具有重要影响。微小型旋翼尺寸小、速度低，导致旋翼工作在较低的雷诺数气动环境下，雷诺数一般在10⁴～10⁶，甚至更低。在低雷诺数气动环境下，常规翼型的升力系数急剧下降，气动特性变坏，不适用于低雷诺数气动环境下旋翼使用。采用低雷诺数翼型如平板翼型，具有弯度的平板翼型、NACA0002、0012系列薄翼型制作旋翼，由于翼型厚度较小，导致旋翼的结构强度低，旋翼高速旋转时会产生不良的气动变形，旋翼不同站位处攻角无规律变化，旋翼升力减小、气动性能变差。另外，由于旋翼越靠近翼根部位材料受到的力和力矩越大，为保证一定的刚度，通常旋翼从翼尖到翼根的翼型厚度越来越大，由于提供升力的主要部分是靠近翼尖的位置，因此，这种做法不但增加了旋翼的质量而且使得旋翼的旋转噪声较大，不利于微小型旋翼飞行器的低噪声工作环境的要求。因此，研制出一种同时具有高的升力系数、低气动噪声以及高的结构强度的低雷诺数下旋翼对提高微小型旋翼飞行器的总体性能、扩大微小型旋翼飞行器的应用至关重要。

发明内容

为了解决现有的翼型及旋翼存在的升力小、气动性能差的问题，本发明提供一种同时具有高升力系数、低气动噪声、高结构强度以及便于制造的低雷诺数下的二维翼型及采用该翼型的旋翼。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种低雷诺数下的二维翼型，该翼型由前缘、第一上表面曲线、第一过渡曲线、凸起曲线、第二过渡曲线、第二上表面曲线、后缘、下表面曲线和加强筋安装孔组成，按照前缘、第一上表面曲线、第一过渡曲线、凸起曲线、第二过渡曲线、第二上表面曲线、后缘、下表面曲线、前缘的顺序依次连接形成闭合曲线，加强筋安装孔设置在凸起曲线与下表面曲线之间；

所述前缘的顶点与后缘的顶点的连线为弦线；

所述第一上表面曲线、第二上表面曲线和下表面曲线均为二次曲线；

所述第一过渡曲线、第二过渡曲线和凸起曲线均为二次曲线或者三次曲线，所述第一过渡曲线和第二过渡曲线的曲率半径均大于等于凸起曲线的曲率半径。

所述前缘和后缘均由包括一个锐角的两条边组成，前缘和后缘的顶点均为该锐角的顶点，或者，所述前缘和后缘均由包括一个长半轴端点的部分椭圆形组成，前缘和后缘的顶点分别为该部分椭圆形的长半轴两个端点；

所述前缘分别与第一上表面曲线和下表面曲线之间通过小半径的圆角形成光滑的过渡；

所述后缘分别与第二上表面曲线和下表面曲线之间通过小半径的圆角形成光滑的过渡。

当所述第一上表面曲线、第二上表面曲线和下表面曲线均为圆弧曲线时：所述第一上表面曲线和第二上表面曲线的曲率半径以及各自所在圆的圆心完全相同，所述第一上表面曲线与下表面曲线的曲率半径之差t满足：0.4mm≤t≤1.1mm，所述第一上表面曲线所在圆、第二上表面曲线所在圆和下表面曲线所在圆的圆心重合。

所述凸起曲线的曲率半径R₁满足：5mm≤R₁≤14mm；当所述凸起曲线为圆弧曲线时：凸起曲线的曲率半径R₁小于第一上表面曲线和第二上表面曲线的曲率半径；

所述凸起曲线与第一上表面曲线所在圆的圆心的最大距离和第一上表面曲线的曲率半径之差l满足：0.15mm≤l≤0.4mm，所述凸起曲线与第二上表面曲线所在圆的圆心的最大距离和第二上表面曲线的曲率半径之差也为l。

所述弦线的长度c满足：6mm≤c≤100mm；

所述前缘在弦线方向上的投影长度m与弦线的长度c关系满足：0.08≤m/c≤0.15；

所述后缘在弦线方向上的投影长度n与弦线的长度c关系满足：0.04≤n/c≤0.1；

所述后缘在弦线方向上的投影长度n与第一上表面曲线和下表面曲线的曲率半径之差t关系满足：2≤n/t≤4；

所述弦线的长度c和第一上表面曲线与下表面曲线的曲率半径之差t关系满足：0.01≤t/c≤0.06，所述弦线的长度c和第二上表面曲线与下表面曲线的曲率半径之差t的关系与上述相同且比值t/c相等；

所述凸起曲线所在圆的圆心和第一上表面曲线所在圆的圆心连线后与弦线的交点到前缘的距离与弦线的长度c的比值k₁满足：0.15≤k₁≤0.75，所述凸起曲线所在圆的圆心和第二上表面曲线所在圆的圆心连线后与弦线的交点到前缘的距离与弦线的长度c的比值k₂满足：0.15≤k₂≤0.75；

所述凸起曲线与弦线之间的最大距离与弦线的长度c的比值h满足：0.015≤h≤0.08。

采用上述的二维翼型的旋翼，该旋翼包括2～7个叶片，所述叶片由翼尖、翼身、翼根和翼毂按照顺序光滑连接组成，所述叶片（6）的半径为R；

所述翼尖采用第一二维翼型按照一定规律沿展向延伸形成，第一二维翼型的站位r₁为0.95R～R，第一二维翼型由二维翼型中的前缘、第一上表面曲线、第二上表面曲线、后缘和下表面曲线组成，按照前缘、第一上表面曲线、第二上表面曲线、后缘、下表面曲线、前缘的顺序依次连接形成闭合曲线；

所述翼身采用第二二维翼型按照一定规律沿展向延伸形成，第二二维翼型的站位r₂为0.25R～0.95R，第二二维翼型由二维翼型中的前缘、第一上表面曲线、第一过渡曲线、凸起曲线、第二过渡曲线、第二上表面曲线、后缘、下表面曲线和加强筋安装孔组成，按照前缘、第一上表面曲线、第一过渡曲线、凸起曲线、第二过渡曲线、第二上表面曲线、后缘、下表面曲线、前缘的顺序依次连接形成闭合曲线，并在加强筋安装孔中固定有第一加强筋，第一加强筋采用单向碳纤维、玻纤或钛合金材料制成，第一加强筋的宽度随第二二维翼型的站位r₂的增大而减小；

所述翼根采用第三二维翼型按照一定规律沿展向延伸形成，第三二维翼型的站位r₃为0.15R～0.25R，第三二维翼型由二维翼型中的前缘、第一上表面曲线、第一过渡曲线、凸起曲线、第二过渡曲线、第二上表面曲线、后缘、下表面曲线和加强筋安装孔组成，按照前缘、第一上表面曲线、第一过渡曲线、凸起曲线、第二过渡曲线、第二上表面曲线、后缘、下表面曲线、前缘的顺序依次连接形成闭合曲线，并在加强筋安装孔中固定有第二加强筋，第二加强筋采用单向碳纤维、玻纤或钛合金材料制成，第二加强筋的宽度随第三二维翼型的站位r₃的增大而减小；

所述翼毂的下表面为平面，翼毂站位为0～0.15R，翼毂上设置有用于旋翼与驱动电机或油机的连接的安装孔；

所述每个叶片中的翼毂按照同一方向固定连接或者一体化连接形成连接结构，连接结构的中心设置有中心安装孔。

所述第一二维翼型在不同站位处的最大厚度相同而其弦线长度不同；

所述第一二维翼型中的第一上表面曲线与下表面曲线之间的距离和第二上表面曲线与下表面曲线之间的距离相同；

所述第一二维翼型的安装角θ₁与第一二维翼型的站位r₁的关系满足：线性方程、反比例曲线方程、二次曲线方程、三次曲线方程或者四次曲线方程。

所述第二二维翼型在不同站位处的最大厚度相同而其弦线长度不同，且第二二维翼型在不同站位处的最大厚度与弦线的长度之比小于等于12%，该比值随第二二维翼型的站位r₂的增大而增大；

所述第二二维翼型中的第一上表面曲线与下表面曲线沿弦方向一一对应位置的厚度与第二上表面曲线与下表面曲线沿弦线方向一一对应位置的厚度相同，且该厚度与弦线的长度之比小于等于8%。

所述第二二维翼型在不同站位处的弦线的长度呈线性变化，且越靠近第一二维翼型处第二二维翼型的弦线长度越小；

所述第二二维翼型的安装角θ₂与第二二维翼型的站位r₂的关系满足：线性方程、反比例曲线方程、二次曲线方程、三次曲线方程或者四次曲线方程。

所述第三二维翼型在不同站位处的最大厚度相同而弦线长度不同，且第三二维翼型在不同站位处的最大厚度与弦线的长度之比小于等于12%，该比值随第三二维翼型的站位r₃的增大而减小；

所述第三二维翼型中的第一上表面曲线与下表面曲线之间的距离和第二上表面曲线与下表面曲线之间的距离相同；

所述第三二维翼型中的第一上表面曲线与下表面曲线沿弦线方向一一对应位置的厚度与第二上表面曲线与下表面曲线沿弦线方向一一对应位置的厚度相同，且该厚度与弦线的长度之比小于等于8%；

所述第三二维翼型在不同站位处的弦线的长度呈非线性变化，弦线的长度与第三二维翼型的站位r₃的关系满足：二次曲线、反比例曲线或者四次曲线，且越靠近第二二维翼型处第三二维翼型的弦线长度越大；

所述第三二维翼型的安装角θ₃与第三二维翼型的站位r₃的关系满足：线性方程、反比例曲线方程、二次曲线方程、三次曲线方程或者四次曲线方程。

该旋翼的制作方法如下：

（1）制作模具：根据旋翼的形状，采用铝合金材料，利用CNC加工出凹模和凸模；

（2）抛光清洗：对凹模和凸模的内表面进行抛光处理，并用洁模水清洗去除油污，然后用封孔剂封堵凹模和凸模表面微孔，最后用脱模剂涂抹凹模和凸模型腔表面；

（3）加热保持：加热凹模和凸模，并保持温度不低于50℃；

（4）铺布：在凹模内表面铺设一层旋翼下表面层，下表面层采用高模量3k碳纤维编织布，涂抹一层环氧树脂胶，然后铺设内衬层，内衬层采用低模量碳纤维编织布，铺设加强筋，加强筋采用单向碳纤维或钛合金材料，最后铺设旋翼上表面层，每铺一层后涂抹一层环氧树脂胶；

（5）加温保持、固化成型：铺布完成后合上模具，加温至90℃，然后保温30～50分钟，保温期间，温度控制在90～95℃；

（6）加压保持、固化成型：保温完成后，进行加压，加压时先紧模具前缘中间部位，再紧后缘中间部位，依次向两边加压；

（7）升温保持：加压后升温至140℃并保持50～60min；

（8）冷却卸压：将模具温度降至70℃以下，打开模具，取出旋翼；

（9）旋翼静、动平衡矫正：利用动平衡机对旋翼进行静平衡和动平衡矫正；

（10）旋翼外表面处理：根据旋翼工作性能确定旋翼外表面进行光滑涂漆处理或打磨处理。

本发明的有益效果是：

1、本发明的二维翼型的凸起曲线与下表面曲线间具有加强筋结构，使得本发明翼型在保证旋翼所需的结构刚度条件下，相比传统低雷诺数翼型的厚度可以更小，由于翼型越薄，翼型的气动特性越好，升力系数越大、升阻比越大，因此，采用该翼型制成的旋翼升力大、吸收功率小，而且力学特性好、有利于提高飞行器飞行时间。

2、采用该翼型制作旋翼，工艺简单，制作方便，有利于降低加工成本。

3、翼型厚度小，翼型截面积小，因此采用该翼型制作旋翼的体积小，质量轻，与同性能的旋翼相比，质量减少至少10%。

4、该旋翼翼根、翼身和翼尖沿旋翼展向的厚度基本相同，并且旋翼体积小，可有效降低旋翼的气动噪声。

5、该翼型在不同雷诺数下能表现出较一致的升阻特性，有利于提高旋翼工作转速的范围，进而提高飞行器机动性。

6、该旋翼通过升温、加热固化、加压固化、冷却、静动平衡矫正和表面处理等一系列工艺，可提高旋翼结构刚度和强度，保证旋翼工作时具有良好的气动变形，提高旋翼效率。

7、采用该翼型的旋翼具有高的升力系数、低气动噪声、高的结构强度以及较低的质量，有利于提高微小型旋翼飞行器的总体性能、扩大微小型旋翼飞行器的应用。

附图说明

图1为本发明的二维翼型的结构示意图；

图2为本发明的旋翼叶片的结构示意图；

图3为本发明的具有3个叶片的旋翼的结构示意图；

图4为本发明的旋翼的制作流程图。

图中：101、前缘，102、第一上表面曲线，103、第一过渡曲线，104、凸起曲线，105、后缘，106、下表面曲线，107、第二过渡曲线，108、第二上表面曲线，201、翼尖，202、翼身，203、翼根，204、翼毂，3、加强筋安装孔，4、弦线，5、旋转平面，6、叶片，7、安装孔，81、第一加强筋，82、第二加强筋，8、连接结构，9、中心安装孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一、如图1所示，本发明的一种低雷诺数下的二维翼型由前缘101、第一上表面曲线102、第一过渡曲线103、凸起曲线104、第二过渡曲线107、第二上表面曲线108、后缘105、下表面曲线106和加强筋安装孔3组成，按照前缘101、第一上表面曲线102、第一过渡曲线103、凸起曲线104、第二过渡曲线107、第二上表面曲线108、后缘105、下表面曲线106、前缘101的顺序依次连接形成闭合曲线，并在凸起曲线104与下表面曲线106之间设置有加强筋安装孔3。

本实施方式中，前缘101和后缘105均由包括一个锐角的两条边组成，前缘101和后缘105的顶点均为该锐角的顶点，或者，前缘101和后缘105均由包括一个长半轴端点的部分椭圆形组成，前缘101和后缘105的顶点分别为该部分椭圆形的长半轴两个端点。

本实施方式中，前缘101的顶点位于与第一上表面曲线102和下表面曲线106等距离的圆弧线上，或者，前缘101的顶点位于与第一上表面曲线102和下表面曲线106等距离的圆弧线下方靠近弦线4的位置。

本实施方式中，前缘101分别与第一上表面曲线102和下表面曲线106之间通过小半径的圆角形成光滑的过渡。

本实施方式中，后缘105的顶点位于与第二上表面曲线108和下表面曲线106等距离的圆弧线上，或者，后缘105的顶点位于与第二上表面曲线108和下表面曲线106等距离的圆弧线下方靠近弦线4的位置。

本实施方式中，后缘105分别与第二上表面曲线108和下表面曲线106之间通过小半径的圆角形成光滑的过渡。

本实施方式中，第一上表面曲线102、第二上表面曲线108和下表面曲线106均为二次曲线，优选为圆弧曲线。

本实施方式中，第一上表面曲线102和第二上表面曲线108的曲率半径以及各自所在圆的圆心完全相同。

本实施方式中，当第一上表面曲线102、第二上表面曲线108和下表面曲线106均为圆弧曲线时：第一上表面曲线102和第二上表面曲线108的曲率半径与下表面曲线106的曲率半径不同，第一上表面曲线102与下表面曲线106的曲率半径之差t满足：0.4mm≤t≤1.1mm，t优选值为0.5mm和0.8mm，第二上表面曲线108与下表面曲线106的曲率半径之差也为t，第一上表面曲线102所在的圆、第二上表面曲线108所在的圆和下表面曲线106所在的圆的圆心重合。

本实施方式中，第一过渡曲线103、第二过渡曲线107和凸起曲线104均为二次曲线或者三次曲线，优选为圆弧曲线。

本实施方式中，第一过渡曲线103是连接第一上表面曲线102与凸起曲线104之间的曲线，第一过渡曲线103为光滑的过渡连接曲线；第二过渡曲线107是连接凸起曲线104与第二上表面曲线108之间的曲线，第二过渡曲线107为光滑的过渡连接曲线。

本实施方式中，第一过渡曲线103和第二过渡曲线107的曲率半径可以相同或者不同。

本实施方式中，凸起曲线104的曲率半径R₁满足：5mm≤R₁≤14mm，具体尺寸根据加强筋安装孔3的尺寸和二维翼型的刚度决定。

本实施方式中，第一过渡曲线103和第二过渡曲线107的曲率半径均大于等于凸起曲线104的曲率半径，优选是等于，相等时的曲率半径优选值为6mm、8mm、10mm或12mm。

本实施方式中，当凸起曲线104为圆弧曲线时：凸起曲线104的曲率半径R₁小于第一上表面曲线102和第二上表面曲线108的曲率半径。

本实施方式中，凸起曲线104与第一上表面曲线102所在圆的圆心的最大距离和第一上表面曲线102的曲率半径之差l满足：0.15mm≤l≤0.4mm，l优选值为0.15mm，凸起曲线104与第二上表面曲线108所在圆的圆心的最大距离和第二上表面曲线108的曲率半径之差也为l。

本实施方式中，弦线4为前缘101的顶点与后缘105的顶点的连线，弦线4的长度c满足：6mm≤c≤100mm，具体选择根据空气动力学和旋翼设计特性要求决定。

本实施方式中，弦线4的长度c和第一上表面曲线102与下表面曲线106的曲率半径之差t关系满足：0.01≤t/c≤0.06，弦线4的长度c和第二上表面曲线108与下表面曲线106的曲率半径之差t的关系同上且t/c比值相等。

本实施方式中，凸起曲线104所在圆的圆心和第一上表面曲线102所在圆的圆心连线后与弦线4的交点到前缘101的距离与弦线4的长度c的比值k₁满足：0.15≤k₁≤0.75，凸起曲线104所在圆的圆心和第二上表面曲线108所在圆的圆心连线后与弦线4的交点到前缘101的距离与弦线4的长度c的比值k₂满足：0.15≤k₂≤0.75。

本实施方式中，凸起曲线104与弦线4之间的最大距离与弦线4的长度c的比值h满足：0.015≤h≤0.08，具体选择根据空气动力学和旋翼设计特性要求决定。

本实施方式中，前缘101在弦线4方向上的投影长度m与弦线4的长度c关系满足：0.08≤m/c≤0.15。

本实施方式中，后缘105在弦线4方向上的投影长度n与弦线4的长度c关系满足：0.04≤n/c≤0.1；

本实施方式中，后缘105在弦线4方向上的投影长度n与第一上表面曲线102和下表面曲线106的曲率半径之差t关系满足：2≤n/t≤4。

本实施方式中，旋转平面5为垂直于旋翼旋转轴的平面，该平面与翼毂204所在平面平行。

本实施方式中，如图1所示，弦线4与旋转平面5之间的夹角为二维翼型的安装角θ。

本实施方式中，加强筋安装孔3的厚度小于凸起曲线104到第一上表面曲线102所在圆的圆心的最大距离与第一上表面曲线102曲率半径之差l。

本发明的二维翼型工作的雷诺数范围为4000～10000、10000～100000、100000～200000。

具体实施方式二、如图2所示，叶片6主要由翼尖201、翼身202、翼根203和翼毂204按照顺序光滑连接组成。

本实施方式中，所说的站位指的是二维翼型沿叶片6的延展方向上的位置，具体的是以安装孔7为原点，以叶片6的延展方向为x轴，二维翼型在x轴上的坐标用r表示，也就是二维翼型沿叶片6的延展方向上的位置，则二维翼型的站位为r，如果叶片6的半径用R表示，则二维翼型的站位r=aR，a为常数，0≤a≤1，如图2所示，叶片6的半径R为叶片6组成的旋翼的旋转中心即中心安装孔9的中心到翼尖201顶点的距离。

本实施方式中，如图2所示，翼尖201采用第一二维翼型按照一定规律沿展向延伸形成，第一二维翼型的站位r₁为0.95R～R，第一二维翼型由具体实施方式一的二维翼型中的前缘101、第一上表面曲线102、第二上表面曲线108、后缘105和下表面曲线106组成，按照前缘101、第一上表面曲线102、第二上表面曲线108、后缘105、下表面曲线106、前缘101的顺序依次连接形成闭合曲线，得到第一二维翼型，也就是将具体实施方式一中的二维翼型的第一上表面曲线102和第二上表面曲线108直接各自延长连接在一起，而省去了二维翼型中的第一过渡曲线103、凸起曲线104、第二过渡曲线107和加强筋安装孔3。

本实施方式中，第一二维翼型在不同站位处的最大厚度相同而其弦线4长度不同，第一二维翼型的弦线4指的是第一二维翼型中的前缘101的顶点与后缘105的顶点的连线。

本实施方式中，第一二维翼型中的第一上表面曲线102与下表面曲线106之间的距离和第二上表面曲线108与下表面曲线106之间的距离相同。

本实施方式中，第一二维翼型的安装角θ₁与第一二维翼型的站位r₁的关系满足：线性方程、反比例曲线方程、二次曲线方程、三次曲线方程或者四次曲线方程。

本实施方式中，如图2所示，翼身202是旋翼升力产生的主要部分，翼身202采用第二二维翼型按照一定规律沿展向延伸形成，第二二维翼型的站位r₂为0.25R～0.95R，第二二维翼型由具体实施方式一的二维翼型中的前缘101、第一上表面曲线102、第一过渡曲线103、凸起曲线104、第二过渡曲线107、第二上表面曲线108、后缘105、下表面曲线106和加强筋安装孔3组成，按照前缘101、第一上表面曲线102、第一过渡曲线103、凸起曲线104、第二过渡曲线107、第二上表面曲线108、后缘105、下表面曲线106、前缘101的顺序依次连接形成闭合曲线，并在加强筋安装孔3中固定有第一加强筋81。

本实施方式中，第一加强筋81采用单向碳纤维、玻纤或钛合金等材料制成；第一加强筋81的宽度随第二二维翼型的站位r₂的增大而减小。

本实施方式中，第二二维翼型在不同站位处的最大厚度相同而其弦线4长度不同，且第二二维翼型在不同站位处的最大厚度与弦线4的长度之比小于等于12%，且该比值随第二二维翼型的站位r₂的增大而增大，第二二维翼型的弦线4指的是第二二维翼型中的前缘101的顶点与后缘105的顶点的连线。

本实施方式中，第二二维翼型中的第一上表面曲线102与下表面曲线106沿弦线4方向一一对应位置的厚度与第二上表面曲线108与下表面曲线106沿弦线4方向一一对应位置的厚度相同，且该厚度与弦线4的长度之比小于等于8%。

本实施方式中，第二二维翼型在不同站位处的弦线4的长度呈线性变化，且越靠近第一二维翼型处第二二维翼型的弦线4长度越小。

本实施方式中，第二二维翼型的安装角θ₂与第二二维翼型的站位r₂的关系满足：线性方程、反比例曲线方程、二次曲线方程、三次曲线方程或者四次曲线方程。

本实施方式中，如图2所示，翼根203是翼身202与翼毂204之间的过渡部分，翼根203采用第三二维翼型按照一定规律沿展向延伸形成，第三二维翼型的站位r₃为0.15R～0.25R，第三二维翼型由具体实施方式一的二维翼型中的前缘101、第一上表面曲线102、第一过渡曲线103、凸起曲线104、第二过渡曲线107、第二上表面曲线108、后缘105、下表面曲线106和加强筋安装孔3组成，按照前缘101、第一上表面曲线102、第一过渡曲线103、凸起曲线104、第二过渡曲线107、第二上表面曲线108、后缘105、下表面曲线106、前缘101的顺序依次连接形成闭合曲线，并在加强筋安装孔3中固定有第二加强筋82。

本实施方式中，第二加强筋82采用单向碳纤维、玻纤或钛合金等材料制成；第二加强筋82的宽度随第三二维翼型的站位r₃的增大而减小。

本实施方式中，第三二维翼型在不同站位处的最大厚度相同而弦线4长度不同，且第三二维翼型在不同站位处的最大厚度与弦线4的长度之比小于等于12%，且该比值随第三二维翼型的站位r₃的增大而减小，第三二维翼型的弦线4指的是第三二维翼型中的前缘101的顶点与后缘105的顶点的连线。

本实施方式中，第三二维翼型中的第一上表面曲线102与下表面曲线106之间的距离和第二上表面曲线108与下表面曲线106之间的距离相同。

本实施方式中，第三二维翼型中的第一上表面曲线102与下表面曲线106沿弦线4方向一一对应位置的厚度与第二上表面曲线108与下表面曲线106沿弦线4方向一一对应位置的厚度相同，且该厚度与弦线4的长度之比小于等于8%。

本实施方式中，第三二维翼型在不同站位处的弦线4的长度呈非线性变化，弦线4的长度与第三二维翼型的站位r₃的关系满足：二次曲线、反比例曲线或者四次曲线，且越靠近第二二维翼型处第三二维翼型的弦线4长度越大。

本实施方式中，第三二维翼型的安装角θ₃与第三二维翼型的站位r₃的关系满足：线性方程、反比例曲线方程、二次曲线方程、三次曲线方程或者四次曲线方程。

本实施方式中，翼毂204的下表面为平面，翼毂204站位为0～0.15R，翼毂204上设置有安装孔7，用于旋翼与驱动电机或油机的连接。

本实施方式中，叶片6采用碳纤维编制布与环氧树脂胶经过加工制成。

本实施方式中，在二维翼型不同站位处，第二二维翼型中的凸起曲线104和第三二维翼型中的凸起曲线104的几何中心在同一条直线上，该直线在旋转平面5上的投影通过旋翼的旋转中心；不同站位处二维翼型的最大厚度沿弦线4方向的位置随站位变化而变化，变化的最终结果是不同站位处最大厚度位置连成一条直线，并通过旋翼的旋转中心。

具体实施方式三、如图3所示，本发明的旋翼由多个具体实施方式三中的叶片6组成，多个叶片6通过各自结构组成中的翼毂204按照同一方向连接形成旋翼。

本实施方式中，叶片6的数量为2个、3个、4个、5个、6个或者7个，优选为2个或者3个，更优选为3个。

本实施方式中，如图3所示，旋翼采用3个叶片6通过各自结构中的翼毂204连接而成，3个翼毂204按照同一方向固定连接或者一体化连接形成连接结构8，翼毂204上设置有用于旋翼与驱动电机或油机相接的安装孔7，连接结构8的中心设置有中心安装孔9，中心安装孔9的中心即为旋翼的旋转中心。

具体实施方式四、本实施方式为具体实施方式三中的旋翼的具体制作方法

如图4所示，本发明的旋翼的制作方法如下：

（1）制作模具：根据旋翼的形状，采用铝合金材料，利用CNC加工出凹模和凸模；

（2）抛光清洗：对凹模和凸模的内表面进行抛光处理，并用洁模水清洗去除油污，然后用封孔剂封堵凹模和凸模表面微孔，最后用脱模剂涂抹凹模和凸模型腔表面；

（3）加热保持：加热凹模和凸模，并保持温度不低于50℃；

（4）铺布：在凹模内表面铺设一层旋翼下表面层，下表面层采用高模量3k碳纤维编织布，涂抹一层环氧树脂胶，然后铺设内衬层，内衬层采用低模量碳纤维编织布，铺设加强筋，加强筋采用单向碳纤维或钛合金材料，最后铺设旋翼上表面层，每铺一层后涂抹一层环氧树脂胶；

（5）加温保持、固化成型：铺布完成后合上模具，加温至90℃，然后保温30～50分钟，保温期间，温度控制在90～95℃；

（6）加压保持、固化成型：保温完成后，进行加压，加压时先紧模具前缘中间部位，再紧后缘中间部位，依次向两边加压；

（7）升温保持：加压后升温至140℃并保持50～60min；

（8）冷却卸压：将模具温度降至70℃以下，打开模具，取出旋翼；

（9）旋翼静、动平衡矫正：利用动平衡机对旋翼进行静平衡和动平衡矫正；

（10）旋翼外表面处理：根据旋翼工作性能确定旋翼外表面进行光滑涂漆处理或打磨处理。

Claims (10)

1.一种低雷诺数下的二维翼型，其特征在于，该翼型由前缘（101）、第一上表面曲线（102）、第一过渡曲线（103）、凸起曲线（104）、第二过渡曲线（107）、第二上表面曲线（108）、后缘（105）、下表面曲线（106）和加强筋安装孔（3）组成，按照前缘（101）、第一上表面曲线（102）、第一过渡曲线（103）、凸起曲线（104）、第二过渡曲线（107）、第二上表面曲线（108）、后缘（105）、下表面曲线（106）、前缘（101）的顺序依次连接形成闭合曲线，加强筋安装孔（3）设置在凸起曲线（104）与下表面曲线（106）之间；

所述前缘（101）的顶点与后缘（105）的顶点的连线为弦线（4）；

所述第一上表面曲线（102）、第二上表面曲线（108）和下表面曲线（106）均为二次曲线；

所述第一过渡曲线（103）、第二过渡曲线（107）和凸起曲线（104）均为二次曲线或者三次曲线，所述第一过渡曲线（103）和第二过渡曲线（107）的曲率半径均大于等于凸起曲线（104）的曲率半径。

2.根据权利要求1所述的二维翼型，其特征在于，所述前缘（101）和后缘（105）均由包括一个锐角的两条边组成，前缘（101）和后缘（105）的顶点均为该锐角的顶点，或者，所述前缘（101）和后缘（105）均由包括一个长半轴端点的部分椭圆形组成，前缘（101）和后缘（105）的顶点分别为该部分椭圆形的长半轴两个端点；

所述前缘（101）分别与第一上表面曲线（102）和下表面曲线（106）之间通过小半径的圆角形成光滑的过渡；

所述后缘（105）分别与第二上表面曲线（108）和下表面曲线（106）之间通过小半径的圆角形成光滑的过渡。

3.根据权利要求1所述的二维翼型，其特征在于，当所述第一上表面曲线（102）、第二上表面曲线（108）和下表面曲线（106）均为圆弧曲线时：所述第一上表面曲线（102）和第二上表面曲线（108）的曲率半径以及各自所在圆的圆心完全相同，所述第一上表面曲线（102）与下表面曲线（106）的曲率半径之差t满足：0.4mm≤t≤1.1mm，所述第一上表面曲线（102）所在圆、第二上表面曲线（108）所在圆和下表面曲线（106）所在圆的圆心重合。

4.根据权利要求1所述的二维翼型，其特征在于，所述凸起曲线（104）的曲率半径R₁满足：5mm≤R₁≤14mm；当所述凸起曲线（104）为圆弧曲线时：凸起曲线（104）的曲率半径R₁小于第一上表面曲线（102）和第二上表面曲线（108）的曲率半径；

所述凸起曲线（104）与第一上表面曲线（102）所在圆的圆心的最大距离和第一上表面曲线（102）的曲率半径之差l满足：0.15mm≤l≤0.4mm，所述凸起曲线（104）与第二上表面曲线（108）所在圆的圆心的最大距离和第二上表面曲线（108）的曲率半径之差也为l。

5.根据权利要求1所述的二维翼型，其特征在于，所述弦线（4）的长度c满足：6mm≤c≤100mm；

所述前缘（101）在弦线（4）方向上的投影长度m与弦线（4）的长度c关系满足：0.08≤m/c≤0.15；

所述后缘（105）在弦线（4）方向上的投影长度n与弦线（4）的长度c关系满足：0.04≤n/c≤0.1；

所述后缘（105）在弦线（4）方向上的投影长度n与第一上表面曲线（102）和下表面曲线（106）的曲率半径之差t关系满足：2≤n/t≤4；

所述弦线（4）的长度c和第一上表面曲线（102）与下表面曲线（106）的曲率半径之差t关系满足：0.01≤t/c≤0.06，所述弦线（4）的长度c和第二上表面曲线（108）与下表面曲线（106）的曲率半径之差t的关系与上述相同且比值t/c相等；

所述凸起曲线（104）所在圆的圆心和第一上表面曲线（102）所在圆的圆心连线后与弦线（4）的交点到前缘（101）的距离与弦线（4）的长度c的比值k₁满足：0.15≤k₁≤0.75，所述凸起曲线（104）所在圆的圆心和第二上表面曲线（108）所在圆的圆心连线后与弦线（4）的交点到前缘（101）的距离与弦线（4）的长度c的比值k₂满足：0.15≤k2≤0.75；

所述凸起曲线（104）与弦线（4）之间的最大距离与弦线（4）的长度c的比值h满足：0.015≤h≤0.08。

6.采用权利要求1的二维翼型的旋翼，其特征在于，该旋翼包括2～7个叶片（6），所述叶片（6）由翼尖（201）、翼身（202）、翼根（203）和翼毂（204）按照顺序光滑连接组成，所述叶片（6）的半径为R；

所述翼尖（201）采用第一二维翼型按照一定规律沿展向延伸形成，第一二维翼型的站位r₁为0.95R～R，第一二维翼型由二维翼型中的前缘（101）、第一上表面曲线（102）、第二上表面曲线（108）、后缘（105）和下表面曲线（106）组成，按照前缘（101）、第一上表面曲线（102）、第二上表面曲线（108）、后缘（105）、下表面曲线（106）、前缘（101）的顺序依次连接形成闭合曲线；

所述翼身（202）采用第二二维翼型按照一定规律沿展向延伸形成，第二二维翼型的站位r₂为0.25R～0.95R，第二二维翼型由二维翼型中的前缘（101）、第一上表面曲线（102）、第一过渡曲线（103）、凸起曲线（104）、第二过渡曲线（107）、第二上表面曲线（108）、后缘（105）、下表面曲线（106）和加强筋安装孔（3）组成，按照前缘（101）、第一上表面曲线（102）、第一过渡曲线（103）、凸起曲线（104）、第二过渡曲线（107）、第二上表面曲线（108）、后缘（105）、下表面曲线（106）、前缘（101）的顺序依次连接形成闭合曲线，并在加强筋安装孔（3）中固定有第一加强筋（81），第一加强筋（81）采用单向碳纤维、玻纤或钛合金材料制成，第一加强筋（81）的宽度随第二二维翼型的站位r₂的增大而减小；

所述翼根（203）采用第三二维翼型按照一定规律沿展向延伸形成，第三二维翼型的站位r₃为0.15R～0.25R，第三二维翼型由二维翼型中的前缘（101）、第一上表面曲线（102）、第一过渡曲线（103）、凸起曲线（104）、第二过渡曲线（107）、第二上表面曲线（108）、后缘（105）、下表面曲线（106）和加强筋安装孔（3）组成，按照前缘（101）、第一上表面曲线（102）、第一过渡曲线（103）、凸起曲线（104）、第二过渡曲线（107）、第二上表面曲线（108）、后缘（105）、下表面曲线（106）、前缘（101）的顺序依次连接形成闭合曲线，并在加强筋安装孔（3）中固定有第二加强筋（82），第二加强筋（82）采用单向碳纤维、玻纤或钛合金材料制成，第二加强筋（82）的宽度随第三二维翼型的站位r₃的增大而减小；

所述翼毂（204）的下表面为平面，翼毂（204）站位为0～0.15R，翼毂（204）上设置有用于旋翼与驱动电机或油机的连接的安装孔（7）；

所述每个叶片（6）中的翼毂（204）按照同一方向固定连接或者一体化连接形成连接结构（8），连接结构（8）的中心设置有中心安装孔（9）。

7.根据权利要求6所述的旋翼，其特征在于，所述第一二维翼型在不同站位处的最大厚度相同而其弦线（4）长度不同；

所述第一二维翼型中的第一上表面曲线（102）与下表面曲线（106）之间的距离和第二上表面曲线（108）与下表面曲线（106）之间的距离相同；

所述第一二维翼型的安装角θ₁与第一二维翼型的站位r₁的关系满足：线性方程、反比例曲线方程、二次曲线方程、三次曲线方程或者四次曲线方程。

8.根据权利要求6所述的旋翼，其特征在于，所述第二二维翼型在不同站位处的最大厚度相同而其弦线（4）长度不同，且第二二维翼型在不同站位处的最大厚度与弦线（4）的长度之比小于等于12%，该比值随第二二维翼型的站位r₂的增大而增大；

所述第二二维翼型中的第一上表面曲线（102）与下表面曲线（106）沿弦线（4）方向一一对应位置的厚度与第二上表面曲线（108）与下表面曲线（106）沿弦线（4）方向一一对应位置的厚度相同，且该厚度与弦线（4）的长度之比小于等于8%。

所述第二二维翼型在不同站位处的弦线（4）的长度呈线性变化，且越靠近第一二维翼型处第二二维翼型的弦线（4）长度越小；

所述第二二维翼型的安装角θ₂与第二二维翼型的站位r₂的关系满足：线性方程、反比例曲线方程、二次曲线方程、三次曲线方程或者四次曲线方程。

9.根据权利要求6所述的旋翼，其特征在于，所述第三二维翼型在不同站位处的最大厚度相同而弦线（4）长度不同，且第三二维翼型在不同站位处的最大厚度与弦线（4）的长度之比小于等于12%，该比值随第三二维翼型的站位r₃的增大而减小；

所述第三二维翼型中的第一上表面曲线（102）与下表面曲线（106）之间的距离和第二上表面曲线（108）与下表面曲线（106）之间的距离相同；

所述第三二维翼型中的第一上表面曲线（102）与下表面曲线（106）沿弦线（4）方向一一对应位置的厚度与第二上表面曲线（108）与下表面曲线（106）沿弦线（4）方向一一对应位置的厚度相同，且该厚度与弦线（4）的长度之比小于等于8%；

所述第三二维翼型在不同站位处的弦线（4）的长度呈非线性变化，弦线（4）的长度与第三二维翼型的站位r₃的关系满足：二次曲线、反比例曲线或者四次曲线，且越靠近第二二维翼型处第三二维翼型的弦线（4）长度越大；

所述第三二维翼型的安装角θ₃与第三二维翼型的站位r₃的关系满足：线性方程、反比例曲线方程、二次曲线方程、三次曲线方程或者四次曲线方程。

10.根据权利要求6所述的旋翼，其特征在于，该旋翼的制作方法如下：

（1）制作模具：根据旋翼的形状，采用铝合金材料，利用CNC加工出凹模和凸模；

（2）抛光清洗：对凹模和凸模的内表面进行抛光处理，并用洁模水清洗去除油污，然后用封孔剂封堵凹模和凸模表面微孔，最后用脱模剂涂抹凹模和凸模型腔表面；

（3）加热保持：加热凹模和凸模，并保持温度不低于50℃；

（4）铺布：在凹模内表面铺设一层旋翼下表面层，下表面层采用高模量3k碳纤维编织布，涂抹一层环氧树脂胶，然后铺设内衬层，内衬层采用低模量碳纤维编织布，铺设加强筋，加强筋采用单向碳纤维或钛合金材料，最后铺设旋翼上表面层，每铺一层后涂抹一层环氧树脂胶；

（5）加温保持、固化成型：铺布完成后合上模具，加温至90℃，然后保温30～50分钟，保温期间，温度控制在90～95℃；

（6）加压保持、固化成型：保温完成后，进行加压，加压时先紧模具前缘中间部位，再紧后缘中间部位，依次向两边加压；

（7）升温保持：加压后升温至140℃并保持50～60min；

（8）冷却卸压：将模具温度降至70℃以下，打开模具，取出旋翼；

（9）旋翼静、动平衡矫正：利用动平衡机对旋翼进行静平衡和动平衡矫正；

（10）旋翼外表面处理：根据旋翼工作性能确定旋翼外表面进行光滑涂漆处理或打磨处理。

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