CN105923155B - 一种用于旋翼飞行器的低噪声桨叶 - Google Patents
一种用于旋翼飞行器的低噪声桨叶 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于旋翼飞行器的低噪声桨叶，涉及空气动力学技术领域，能够在保证桨叶生产成本和结构强度的同时，提升了气动效率且降低了噪声。本发明包括：平滑延伸段、前掠段、后掠段和后掠下反段，前掠段、后掠段和后掠下反段位于桨叶外侧，桨叶外侧结构呈现先前掠再后掠；平滑延伸段为从起点向外侧平滑延伸至指定半径之处连接前掠段，起点为桨叶与桨毂连接处；前掠段连接平滑延伸段，后掠段连接前掠段，后掠下反段连接后掠段。本发明适用于低噪声的旋翼飞行器。
Description
技术领域
本发明涉及空气动力学技术领域，尤其涉及一种用于旋翼飞行器的低噪声桨叶。
背景技术
旋翼独特的升力产生方式使得旋翼飞行器与其他飞行器设计方案存在显著差别。比如：旋翼飞行器通过桨叶旋转运动与空气相互作用以产生升力，因此在不同半径处桨叶剖面对应的来流速度均有不同。
当在旋翼飞行器进行更加复杂的飞行动作时，旋翼的空气动力状态则会更加复杂，例如：旋翼飞行器前飞时，流场中可同时出现旋翼桨叶尖部最远端跨音速流动、而旋翼根部低速/反向流动，且并伴随动态失速、桨-涡干扰等多种复杂空气动力学现象，这些流动严重影响旋翼的噪声特性，使得旋翼飞行器的飞行噪声一直成为较大的问题。
为了在满足气动性能的同时克服噪声问题，世界各国都设计并应用了很多新型桨尖外形设计。例如：英国的采用试验与数值模拟技术相结合的方法设计出的BERP系列桨尖设计已经在最新的EH101系列多用途直升机上使用，虽然具有较为优异的气动性能及噪声性能，但其“短船桨”外形设计分布变化多变、结构复杂，生产难度和生产成本极高，主要应用在军事领域，难以应用在成本控制要求更高的民用市场。
因此，目前仍然缺乏能够同时满足气动效率和噪声性能，且性价比较低的桨叶设计。
发明内容
本发明的实施例提供一种用于旋翼飞行器的低噪声桨叶，能够在保证桨叶生产成本和结构强度的同时，提升了气动效率且降低了气动噪声。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
桨叶结构组成包括：平滑延伸段、前掠段、后掠段和后掠下反段，所述前掠段、后掠段和后掠下反段位于所述桨叶外侧，所述桨叶外侧结构呈现先前掠再后掠；所述平滑延伸段为从起点向外侧平滑延伸至指定半径之处连接所述前掠段，所述起点为桨叶与桨毂连接处；所述前掠段连接所述平滑延伸段，所述后掠段连接所述前掠段，所述后掠下反段连接所述后掠段。
所述指定半径之处为大于0.67R且小于0.71R，所述前掠段从所述指定半径之处开始前掠，所述前掠段的前掠达到的最大位置为大于0.82R且小于0.86R。在所述前掠达到的最大位置，所述前掠段的1/4弦线相对于参考弦线的位置前掠了0.47c，且从0.85R到最外端为线性后掠区域，桨叶尖端后掠至最大且1/4弦线位置相对于参考弦线后掠1.1c，其中，所述参考弦线位于平滑延伸段的1/4处，c为参考弦长的长度。
在所述前掠段的前掠开始的同时弦长同步增加，并在所述前掠段的前掠达到的最大位置处弦长增加至最大值，所述弦长的最大增加量范围为大于0.1c且小于0.15c；且从所述前掠段的前掠达到的最大位置处，至所述桨叶的最远端，所述弦长线性减小，其中，桨叶尖部最远端弦长为大于0.1c且小于0.5c。
所述后掠下反段的下反起始位置为大于0.89R且小于0.93R，下反角度范围为大于8度且小于15度。
本发明实施例提供的用于旋翼飞行器的低噪声桨叶，相对于常规的抛物前缘桨尖桨叶，本实施例中的桨叶的气动效率获得提升，在高速飞行状态下，相对于常规桨尖桨叶其气动噪声降低明显。且仅通过前掠、掠段和下反等生产成本低廉的结构设计组成桨叶结构，保证桨叶生产成本和结构强度的同时，提升了气动效率且降低了噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的桨叶的平面示意图；
图2、4为本发明实施例提供的桨叶的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的桨叶的沿Y轴的俯视图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。本发明实施例提供一种用于旋翼飞行器的低噪声桨叶，如图1-4所示，桨叶结构组成包括：平滑延伸段、前掠段、后掠段和后掠下反段，所述前掠段、后掠段和后掠下反段位于所述桨叶外侧，所述桨叶外侧结构呈现先前掠再后掠，所述平滑延伸段为从起点向外侧平滑延伸至指定半径之处连接所述前掠段，所述起点为桨叶与桨毂连接处。所述前掠段连接所述平滑延伸段，所述后掠段连接所述前掠段，所述后掠下反段连接所述后掠段。其中，在附图2-4中，z表示x-y-z坐标系中的z坐标参数。需要说明的是，桨毂即为桨叶在旋转时的旋转中心。
具体的，在本实施例中，如图2和3所示，所述指定半径之处为大于0.67R且小于0.71R，所述前掠段从所述指定半径之处开始前掠，所述前掠段的前掠达到的最大位置为大于0.82R且小于0.86R。其中，以所述桨毂为起点，距离所述桨叶的最远端的长度为1R。
在本实施例的优选方案中，所述指定半径之处为0.69R。所述前掠段的前掠达到的最大位置为0.85R。
具体的，在本实施例中，如图2和3所示，在所述前掠达到的最大位置，所述前掠段的1/4弦线相对于参考弦线的位置前掠了0.47c，且从0.85R到最外端为线性后掠区域，桨叶尖端后掠至最大且1/4弦线位置相对于参考弦线后掠1.1c，其中，所述参考弦线位于平滑延伸段的1/4处，c为参考弦长的长度。
并且，在所述前掠段的前掠开始的同时弦长同步增加，并在所述前掠段的前掠达到的最大位置处弦长增加至最大值，所述弦长的最大增加量范围为大于0.1c且小于0.15c。且从所述前掠段的前掠达到的最大位置处，至所述桨叶的最远端，所述弦长线性减小，其中，桨叶尖部最远端弦长为大于0.1c且小于0.5c。
在本实施例的优选方案中，所述弦长的最大增加量为0.132c。所述桨叶尖部最远端弦长为0.2c。
具体的，在本实施例中，如图4所示，所述后掠下反段的下反起始位置为大于0.89且小于0.93R，下反角度α的范围为大于8度且小于15度。
在本实施例的优选方案中，所述后掠下反段的下反起始位置为0.92R，下反角度α为10度。
通过CFD方法数值模拟，表明在更高转速状态下，桨叶能有效地削弱桨叶前缘上表面的负压区强度，减小了跨音速临界流的范围，提高了临界马赫数，从而减小激波阻力。可以减弱前行桨叶的激波等压缩性影响，同时提高后行桨叶的失速迎角。综合体现在其气动性能明显优于常规的抛物前缘桨尖桨叶。与其它桨叶相比，能够明显改善跨音速特性、减弱激波等，在获得高桨叶气动性能的同时还具有优良的噪声特性。尤其是在前飞时，相对于常规的抛物前缘桨尖桨叶，本实施例中的桨叶的气动效率获得2％的提升，在高速飞行状态下，相对于常规桨尖桨叶气动噪声降低1.5-3dB。且仅通过前掠、掠段和下反等生产成本低廉的结构设计组成桨叶结构，保证桨叶生产成本和结构强度的同时，提升了气动效率且降低了噪声。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种用于旋翼飞行器的低噪声桨叶，其特征在于，桨叶结构组成包括：平滑延伸段、前掠段、后掠段和后掠下反段，所述前掠段、后掠段和后掠下反段位于所述桨叶外侧，所述桨叶外侧结构呈现先前掠再后掠；
所述平滑延伸段为从起点向外侧平滑延伸至指定半径之处连接所述前掠段，所述起点为桨叶与桨毂连接处；
所述桨毂为所述桨叶在旋转时的旋转中心；
所述前掠段连接所述平滑延伸段，所述后掠段连接所述前掠段，所述后掠下反段连接所述后掠段；
所述指定半径之处为大于0.67R且小于0.71R，所述前掠段从所述指定半径之处开始前掠，所述前掠段的前掠达到的最大位置为大于0.82R且小于0.86R；
在所述前掠达到的最大位置，所述前掠段的1/4弦线相对于参考弦线的位置前掠了0.47c，且从0.85R到最外端为线性后掠区域，桨叶尖端后掠至最大且1/4弦线位置相对于参考弦线后掠1.1c，其中，所述参考弦线位于平滑延伸段的1/4处，c为参考弦长的长度；
在所述前掠段的前掠开始的同时弦长同步增加，并在所述前掠段的前掠达到的最大位置处弦长增加至最大值，所述弦长的最大增加量范围为大于0.1c且小于0.15c；
且从所述前掠段的前掠达到的最大位置处，至所述桨叶的最远端，所述弦长线性减小，其中，桨叶尖部最远端弦长为大于0.1c且小于0.5c；
所述桨叶尖部最远端弦长为0.2c。
2.根据权利要求1所述的用于旋翼飞行器的低噪声桨叶，其特征在于，所述弦长的最大增加量为0.132c。
3.根据权利要求1所述的用于旋翼飞行器的低噪声桨叶，其特征在于，所述后掠下反段的下反起始位置为大于0.89且小于0.93R，下反角度范围为大于8度且小于15度。
4.根据权利要求3所述的用于旋翼飞行器的低噪声桨叶，其特征在于，所述后掠下反段的下反起始位置为0.92R，下反角度为10度。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的用于旋翼飞行器的低噪声桨叶，其特征在于，以所述与桨毂连接处为起点，距离所述桨叶的最远端的长度为1R。
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