CN103754362B - 一种大升力旋翼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大升力旋翼，包括旋翼旋转轴和至少两片桨叶，每片桨叶均包括具有空气动力学的上表面和下表面，桨叶前部形成前缘，后部形成后缘，桨叶上表面设置有凹槽，该凹槽中设置有横流风扇，横流风扇包括横流风扇旋转轴和均布于其外周并可绕其旋转的若干个横流风扇叶片，横流风扇旋转轴从桨叶两侧的端板中穿出，并连接有传动装置。采用上述结构后，横流风扇旋转，既可以产生涡升力，改变桨叶流场，从而产生更大的升力，又可以提供旋翼旋转轴旋转的驱动力，成为自驱动旋翼。故在飞行中不需要配备反扭矩装置、大重量的减速器、传动装置及繁杂的操纵装置等，使得本发明中直升机的有效载荷与空机重量比高，功率载荷大，经济效率更高。

Description

一种大升力旋翼

技术领域

本发明涉及一种飞行器升力系统，特别是一种大升力旋翼。

背景技术

直升机依靠旋翼作为升力系统，现有旋翼，虽然能实现垂直起降及前飞，但结构和操控系统复杂，桨盘载荷小致运输效率低，且存在固有气动、结构、气弹、飞控、振动、噪声等一系列十分复杂的问题，研制和使用成本高。

固定翼飞机，需要专用的长距离起降跑道起降，低速飞行性能差，大迎角及紊流飞行状态下容易失速，有效载荷与空机重量比较低。

传统的旋翼直升机，其旋翼的升力全部来自其桨叶上表面及下表面的压力差，即桨叶高速旋转时，气流流过旋翼桨叶的上表面及下表面所产生的压力差。这种旋翼升力小，功率载荷小。另外，旋翼旋转轴的转动，需要飞行器提供驱动，这样飞行器将需配备大重量的减速器、传动装置。同时，该驱动力来自于飞行器机体，故对机体产生了附加的旋转力矩，这样，旋翼还需配备直升机平衡的反扭矩装置。因此，直升机的有效载荷与空机重量比也较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种升力大，可自驱动，载荷大的大升力旋翼。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种大升力旋翼，包括旋翼旋转轴和固定于其顶端并可绕其旋转的至少两片桨叶，每片桨叶均包括具有空气动力学的上表面和下表面，桨叶前部形成前缘，后部形成后缘，所述桨叶沿上表面的长度方向设置有凹槽，该凹槽中设置有横流风扇，横流风扇包括横流风扇旋转轴和均布于其外周并可绕其旋转的若干个横流风扇叶片，所述横流风扇旋转轴从桨叶两侧的端板中穿出，并连接有传动装置。

所述横流风扇设置于邻近前缘的上表面上。

所述横流风扇设置于邻近后缘的上表面上。

所述每片桨叶与旋翼旋转轴之间为可拆卸连接。

所述凹槽为弧形槽，该弧形槽的弧长大于横流风扇周长的三分之一。

所述桨叶有2片。

所述相邻两个横流风扇叶片之间的夹角为10-30°。

本发明采用上述结构后，上述旋翼旋转轴带动桨叶旋转，气流流过其上表面和下表面，上、下表面的压力差将产生传统旋翼所具有的升力；另外，安装在桨叶上表面上的横流风扇旋转，将产生偏心涡及附加在上表面的气流，使上、下表面压力差增大，产生了比传统旋翼更大的升力。

另外，横流风扇旋转时，横流风扇叶片对空气作用向后推出气流，气流给横流风扇叶片向前的反作用，形成向前的推力，也即驱动旋翼绕旋转轴旋转的动力。也即横流风扇旋转，既可以产生升力，又可以提供驱动力（推力），成为自驱动旋翼。由于旋翼旋转轴旋转的驱动力直接来源于横流风扇的推力，所以使得本发明的大升力旋翼在飞行中不需要配备传统直升机的反扭矩装置，既简化了飞行器的垂直飞行升力系统，同时也减少了大重量的减速器、传动装置等，使得本发明中直升机的有效载荷与空机重量比高，载荷大，经济效率更高。

进一步，本发明大升力旋翼转速低，产生的是近似均匀的分布式升力和推力，横流风扇的旋转改善了桨叶的流场，可以保持旋翼桨叶大迎角不失速和前行桨叶的激波阻力问题，整个旋翼载荷分布简单，动力学问题不突出，同时也便于加工制造。

附图说明

图1是本发明中桨叶邻近前缘的上表面加装横流风扇后的大升力旋翼的结构示意图；

图2是实施例一中邻近前缘的上表面加装横流风扇后的桨叶示意图；

图3是实施例二中桨叶邻近后缘的上表面加装横流风扇后的大升力旋翼的结构示意图；

图4是实施例二中邻近后缘的上表面加装横流风扇后的桨叶示意图。

其中有：1.横流风扇旋转轴；2.横流风扇叶片；3.下表面；4.前缘；5.上表面；6.后缘；7.旋翼旋转轴；8.桨叶；9.横流风扇；10.凹槽；11.端板。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种大升力旋翼，包括旋翼旋转轴7、固定于旋翼旋转轴7的顶端并可绕其旋转的至少两片桨叶8，优选为2片桨叶8，每片桨叶8均包括具有空气动力学的上表面5和下表面3，桨叶8前部形成前缘4，后部形成后缘6，桨叶8沿上表面5的长度方向设置有凹槽10，该凹槽10优选为弧形槽，弧形槽的弧长大于横流风扇9周长的三分之一。凹槽10中设置有横流风扇9，横流风扇9包括横流风扇旋转轴1和均布于其外周并可绕其旋转的若干个横流风扇叶片2，两个相邻横流风扇叶片2之间的夹角优选为10-30度，横流风扇旋转轴1从桨叶8两侧的端板11中穿出，并连接有传动装置，该传动装置可以采用桨叶8外设置电机驱动，也可以通过伞形齿轮或同步带与飞行器机体上的发动机或电机连接。每个端板11可以与桨叶8的左侧板（或右侧板）一体化设置，也可以单独设置。

另外，横流风扇9的实际设置位置，有如下两种优选实施例。

实施例一：

如图1和图2所示，上述横流风扇9设置于邻近前缘4的上表面5上。这样设置的好处是：产生低压力的偏心涡大，以致桨叶上下压差大，升力增加效果最好；但迎风面积大，气动阻力稍大。

实施例二：

如图3和图4所示，上述横流风扇9设置于邻近后缘6的上表面5上。这样设置的好处是：能较好改善桨叶后缘附近气流，上下压差增大增加升力，效果比实施例一略差，但是气动阻力比实施例一小很多。

上述两种实施例中，其工作原理均相同，将旋翼旋转轴7通过连接件与飞行器机体连接，横流风扇旋转轴1在传动装置的驱动下，将带动横流风扇叶片2高速旋转，从而产生涡升力以及附加在上表面5的气流，改变桨叶8的流场。同时，横流风扇9高速旋转，横流风扇叶片2对空气作用向后推出气流，气流给横流风扇叶片2向前的反作用，形成向前的推力，驱动旋翼旋转轴7旋转，旋翼旋转轴7带动整个桨叶8旋转，产生类似于现有直升机旋翼的升力。这样，上表面5与下表面3之间的压力差将远大于传统旋翼，产生了比传统旋翼更大的升力，并可以保持桨叶8大迎角不失速。即使低转速时，也能产生数倍于现有直升机旋翼的升力。使用时，使用者可根据自身需要，是选择第一种实施例，还是选择第二种实施例。作为替换，横流风扇9也可设置在上表面5的中部等，不受上述实施例的限制。

进一步，上述两种实施例中，每个桨叶8与旋翼旋转轴7之间为可拆卸连接，以作为临时升力系统，进行大型装备（如车辆等）的转移。

Claims (6)

1.一种大升力旋翼，包括旋翼旋转轴（7）和固定于旋翼旋转轴（7）顶端并可绕旋翼旋转轴（7）旋转的至少两片桨叶（8），每片桨叶（8）均包括具有空气动力学的上表面（5）和下表面（3），桨叶（8）前部形成前缘（4），后部形成后缘（6），其特征在于：所述桨叶（8）沿上表面（5）的长度方向设置有凹槽（10），该凹槽（10）中设置有横流风扇（9），横流风扇（9）包括横流风扇旋转轴（1）和均布于其外周并可绕其旋转的若干个横流风扇叶片（2），所述横流风扇旋转轴（1）从桨叶（8）两侧的端板（11）中穿出，并连接有传动装置。

2.根据权利要求1所述的大升力旋翼，其特征在于：所述横流风扇（9）设置于邻近前缘（4）的上表面（5）上。

3.根据权利要求1所述的大升力旋翼，其特征在于：所述横流风扇（9）设置于邻近后缘（6）的上表面（5）上。

4.根据权利要求1所述的大升力旋翼，其特征在于：每片所述桨叶（8）与旋翼旋转轴（7）之间为可拆卸连接。

5.根据权利要求1或4所述的大升力旋翼，其特征在于：所述桨叶（8）有两片。

6.根据权利要求1所述的大升力旋翼，其特征在于：相邻两个所述横流风扇叶片（2）之间的夹角为10-30°。