CN104139849B - 一种具有提高高空桨效率的桨梢小翼及高空桨 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有提高高空桨效率的桨梢小翼及高空桨,桨梢小翼为上翘式小翼形式,包括小翼直板段和小翼过渡段;桨梢小翼的高度是基本桨叶半桨径长度的3%~4%,小翼直板段的高度是基本桨叶半桨径长度的2%~3%;桨梢小翼的端面站位翼型弦长是基本桨叶桨尖站位翼型弦长的60%~65%;相交站位的翼型弦长是基本桨叶桨尖站位翼型弦长的73%~78%;小翼直板段的扭转角比基本桨叶桨尖站位翼型扭转角小3~5°;桨梢小翼前缘后掠角比基本桨叶桨尖前缘后掠角小10~15°;桨梢小翼的倾斜角为35~45°。桨梢小翼能有效削弱桨尖诱导涡强度,减小螺旋桨能量耗散,最终有效提高高空桨推进系统的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于螺旋桨设计技术领域,具体涉及一种具有提高高空桨效率的桨梢小翼及高空桨。
背景技术
高空飞行器以太阳能转化成的电能为主要能源,设计目标为:在20km左右的高空范围内长时间定点悬停或低速机动飞行,多采用电驱动螺旋桨,如美国的“CITY OF GLENDALE”飞艇及“太阳神”系列高空长航时无人机等,均采用螺旋桨作为推进装置。而随着飞行高度增加,雷诺数显著降低,即高空桨处于低雷诺数的工作状态,螺旋桨效率会明显降低,因此,提高高空螺旋桨气动效率对于高空飞行器具有重要意义。
对于常规布局螺旋桨,桨叶直径对气动效率的影响最大,可以通过增加高空螺旋桨直径提高螺旋桨效率,但考虑到高空飞行器的总体尺寸要求以及桨叶的结构性能,桨叶直径受限。而对于大直径高空桨,桨叶旋转过程中,桨尖处于高速气流中,桨叶下表面的高压区气流会绕过桨梢流向桨叶上表面,三维效应严重,桨尖诱导涡加强,这加剧了螺旋桨的能量损耗,同时导致桨叶各站位有效攻角降低,使螺旋桨效率降低。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷,本发明提供一种具有提高高空桨效率的桨梢小翼及高空桨,可明显改善工作在15~20km的高空螺旋桨气动效率。
本发明采用的技术方案如下:
本发明提供一种具有提高高空桨效率的桨梢小翼,所述桨梢小翼为上翘式小翼形式,用于安装到基本桨叶桨尖;
所述桨梢小翼包括小翼直板段(1)和小翼过渡段(2);所述小翼直板段(1)的顶端为小翼端面站位(101),所述小翼直板段(1)的底端与所述小翼过渡段(2)的顶端固定相交的位置形成相交站位(102);所述小翼过渡段(2)的底端与基本桨叶桨尖固定相交的位置形成基本桨叶桨尖站位(103);
其中,所述桨梢小翼的高度是基本桨叶半桨径长度的3%~4%,所述小翼直板段(1)的高度是基本桨叶半桨径长度的2%~3%;
所述桨梢小翼的端面站位(101)翼型弦长是基本桨叶桨尖站位(103)翼型弦长的60%~65%;所述相交站位(102)的翼型弦长是基本桨叶桨尖站位(103)翼型弦长的73%~78%;
所述小翼直板段(1)的扭转角比基本桨叶桨尖站位(103)翼型扭转角小3°~5°;
所述桨梢小翼前缘后掠角比基本桨叶桨尖前缘后掠角小10°~15°;
所述桨梢小翼的倾斜角为35~45°。
优选的,所述桨梢小翼的高度是基本桨叶半桨径长度的3.0%,所述小翼直板段(1)的高度是基本桨叶半桨径长度的2.0%;
所述桨梢小翼的端面站位(101)翼型弦长是基本桨叶桨尖站位(103)翼型弦长的62.5%;所述相交站位(102)的翼型弦长是基本桨叶桨尖站位(103)翼型弦长的76.0%;
所述小翼直板段(1)的扭转角比基本桨叶桨尖站位(103)翼型扭转角小4.0°;
所述桨梢小翼前缘后掠角比基本桨叶桨尖前缘后掠角小14.5°;
所述桨梢小翼的倾斜角为40°。
优选的,还包括:
所述桨梢小翼的翼型最大相对厚度为10%~12%,最大相对厚度位置为15%~20%当地翼型弦长,最大相对弯度为4%~5%,最大相对弯度位置为45%~55%当地翼型弦长。
优选的,所述桨梢小翼的翼型最大相对厚度为10%,最大相对厚度位置为20%当地翼型弦长,最大相对弯度为4%,最大相对弯度位置为50%当地翼型弦长。
本发明还提供一种高空桨,其特征在于,包括上述的具有提高高空桨效率的桨梢小翼。
优选的,所述桨梢小翼安装到所述高空桨基本桨叶的桨梢。
优选的,所述高空桨为适用于15~20km工作高度的螺旋桨。
本发明的有益效果如下:
本发明提供一种具有提高高空桨效率的桨梢小翼及高空桨,该桨梢小翼能够最大限度地克服高空桨低雷诺数工作状态带来的不利影响,极大削弱桨尖诱导涡强度,减小螺旋桨能量耗散,提高桨叶各站位有效攻角,最终有效提高高空桨推进系统的工作效率。
附图说明
图1为本发明提供的已安装桨梢小翼的高空桨全局视图;
图2为已安装桨梢小翼的高空桨主视图;
图3为图1中桨梢小翼局部放大视图;
图4为图1中桨梢小翼倾斜角定义图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明:
本发明提供一种具有提高高空桨效率的桨梢小翼及高空桨,其中,高空桨为适用于15~20km工作高度的螺旋桨,如图1和图2所示,高空桨由桨毂7、基本桨叶和桨梢小翼三部分组成。其中,4代表基本桨叶上表面,5代表基本桨叶后缘,6代表基本桨叶前缘,9代表基本桨叶下表面。桨毂7上设有桨叶安装孔8。桨梢小翼为上翘式小翼形式,由小翼直板段1和小翼过渡段2组成。
由于桨梢小翼的几何结构参数与基本桨叶几何参数以及高空桨具体工作高度相关联,因此,本实施例介绍一种工作高度为20km的高空桨及其安装的桨梢小翼:
高空桨基本桨叶几何结构参数为:双叶桨,桨叶直径为10m,参考图3,为图1中桨梢小翼局部放大视图,具体为图1中数字标记3代表区域的局部放大视图;
桨尖站位103的翼型弦长和桨距角分别为0.16m和5°,桨尖前缘后掠角为15.5°。
结合基本桨叶几何参数,则桨梢小翼几何参数如下:
1)桨梢小翼的高度和小翼直线段高度由基本桨叶半桨径长度决定。本实例中,桨梢小翼高度设计为基本桨叶半桨径的3.0%,从而桨梢小翼高度为0.15m;小翼直板段1高度设计为基本桨叶半桨径的2.0%,从而小翼直板段1高度为0.1m;
2)参考图3,桨梢小翼端面站位101和相交站位102的翼型弦长由基本桨叶桨尖站位103翼型弦长确定。本实例中,端面站位101翼型弦长设计为基本桨叶桨尖站位103弦长的62.5%,从而端面站位101翼型弦长为0.1m;相交站位102翼型弦长设计为基本桨叶桨尖站位103弦长的76.0%,从而相交站位102翼型弦长为0.1216m;
3)参考图3,小翼直板段1的扭转角由基本桨叶桨尖站位103翼型扭转角确定。本实例中,小翼直板段1扭转角设计为比基本桨叶桨尖站位103翼型扭转角小4°,从而桨梢小翼端面站位101和相交站位102的翼型扭转角均为1°;
4)桨梢小翼前缘后掠角由基本桨叶桨尖前缘后掠角确定。本实例中,桨梢小翼前缘后掠角设计为比基本桨叶桨尖前缘后掠角小14.5°,从而桨梢小翼前缘后掠角为1.0°;
5)参考图4中桨梢小翼倾斜角10,本实例中,桨梢小翼倾斜角设计为40°;
6)桨梢小翼翼型为常规翼型,桨梢小翼翼型几何参数与基本桨叶桨尖翼型几何参数基本一致。本实例中,桨梢小翼最大相对厚度为10%,最大相对厚度位置为20%当地翼型弦长,最大相对弯度为4%,最大相对弯度位置为50%当地翼型弦长。
最终,本实例中设计得到的桨梢小翼高空桨,经验证,桨梢小翼能够有效削弱高空桨三维效应和高空桨桨尖涡强度,使高空桨效率提升了2%。
现有的小翼技术主要应用在大型客机和小尺寸螺旋桨上,而对于高空长航时飞行器,由于其飞行高度高,空气密度小,其采用的螺旋桨桨径大、工作雷诺数低,因此,常规布局螺旋桨效率低,不能适应高空桨工作状态。而本发明提供一种适合安装到高空大尺度桨的桨梢小翼,该桨梢小翼能够最大限度地克服高空桨低雷诺数工作状态带来的不利影响,极大削弱桨尖诱导涡强度,减小螺旋桨能量耗散,提高桨叶各站位有效攻角,最终有效提高高空桨推进系统的工作效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种具有提高高空桨效率的桨梢小翼,其特征在于,所述桨梢小翼为上翘式小翼形式,用于安装到基本桨叶桨尖;
所述桨梢小翼包括小翼直板段(1)和小翼过渡段(2);所述小翼直板段(1)的顶端为小翼端面站位(101),所述小翼直板段(1)的底端与所述小翼过渡段(2)的顶端固定相交的位置形成相交站位(102);所述小翼过渡段(2)的底端与基本桨叶桨尖固定相交的位置形成基本桨叶桨尖站位(103);
其中,所述桨梢小翼的高度是基本桨叶半桨径长度的3%~4%,所述小翼直板段(1)的高度是基本桨叶半桨径长度的2%~3%;
所述桨梢小翼的端面站位(101)翼型弦长是基本桨叶桨尖站位(103)翼型弦长的60%~65%;所述相交站位(102)的翼型弦长是基本桨叶桨尖站位(103)翼型弦长的73%~78%;
所述小翼直板段(1)的扭转角比基本桨叶桨尖站位(103)翼型扭转角小3°~5°;
所述桨梢小翼前缘后掠角比基本桨叶桨尖前缘后掠角小10°~15°;
所述桨梢小翼的倾斜角为35~45°。
2.根据权利要求1所述的具有提高高空桨效率的桨梢小翼,其特征在于,所述桨梢小翼的高度是基本桨叶半桨径长度的3.0%,所述小翼直板段(1)的高度是基本桨叶半桨径长度的2.0%;
所述桨梢小翼的端面站位(101)翼型弦长是基本桨叶桨尖站位(103)翼型弦长的62.5%;所述相交站位(102)的翼型弦长是基本桨叶桨尖站位(103)翼型弦长的76.0%;
所述小翼直板段(1)的扭转角比基本桨叶桨尖站位(103)翼型扭转角小4.0°;
所述桨梢小翼前缘后掠角比基本桨叶桨尖前缘后掠角小14.5°;
所述桨梢小翼的倾斜角为40°。
3.根据权利要求1所述的具有提高高空桨效率的桨梢小翼,其特征在于,还包括:
所述桨梢小翼的翼型最大相对厚度为10%~12%,最大相对厚度位置为15%~20%当地翼型弦长,最大相对弯度为4%~5%,最大相对弯度位置为45%~55%当地翼型弦长。
4.根据权利要求3所述的具有提高高空桨效率的桨梢小翼,其特征在于,所述桨梢小翼的翼型最大相对厚度为10%,最大相对厚度位置为20%当地翼型弦长,最大相对弯度为4%,最大相对弯度位置为50%当地翼型弦长。
5.一种高空桨,其特征在于,包括权利要求1-4任一项所述的具有提高高空桨效率的桨梢小翼。
6.根据权利要求5所述的高空桨,其特征在于,所述桨梢小翼安装到所述高空桨基本桨叶的桨梢。
7.根据权利要求5所述的高空桨,其特征在于,所述高空桨为适用于15~20km工作高度的螺旋桨。
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