CN106043640A - 3d曲线形螺旋桨桨叶 - Google Patents

Abstract

一种螺旋桨桨叶的叶形，其特征是桨叶设计为狭长形叶片，径向在三维空间上呈曲线造型。主要用途是将其组成螺旋桨后，为轻型或其他特种飞行器、潜水设备、及地面机动设备提供高效的推进。组成的螺旋桨自身具有一定的涵道流体压缩效应，在相同的功率驱动下，可提升推力；桨叶的设计可降低叶梢在高速旋转下对外界造成的伤害，并可保护桨叶自身，可同时在不同密度的流体介质中进行高速运转，过渡动态性能良好。本发明是一种设计巧妙、应用面广、性能优越的螺旋桨桨叶。

Description

3D曲线形螺旋桨桨叶

技术领域

本发明涉及一种流体中推进装置，尤其是能够为轻型或其他特种飞行器、潜水设备、及地面机动设备提供高效的推进。

背景技术

目前，传统螺旋桨是利用桨叶旋转时随边相对流体形成的切割而产生的推进力。在不同流体中应用不同，螺旋桨也因而设计不同而专用；并且现今螺旋桨叶设计基本都是呈射线状（或风扇形螺旋桨，桨叶长宽比虽小，但仍属射线状），叶梢在高速旋转下易对外界、或受外界影响对桨叶自身造成的伤害；当前技术，孤立螺旋桨受风面呈平面圆形，难以形成涵道效应，即使改善迎角，有效升力仍然有限，往往在增加涵道装置后重量、阻力和成本都有所增加。目前，传统螺旋桨技术已到极限。

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高性能曲线形螺旋桨，弥补现有螺旋桨的上述不足。

发明内容

为了克服螺旋桨单一设计的应用面窄，高速旋转的桨叶容易对外界产生或受外界的伤害，并且推力依然有限，然而涵道螺旋桨设备体积大、笨重的问题，本发明的桨叶采用3D曲面螺旋结构，旋转螺旋桨后形成曲形盘面，利用桨叶随边切割和螺旋叶面径向下压流体，在曲形盘面复合产生大面积的吸力，并聚集曲形盘面体腔内形成高压，进而产生较大的喷射流推进力。

本发明的螺旋桨桨叶的叶形，解决其技术问题所采用的技术设计方案是：

桨叶设计为狭长形叶片，其叶根到叶梢部分叶宽度不同，叶根部分可根据选择的材料特性选择较宽较厚的设计，以保证强度，叶梢部分设计较窄，降低惯性和能耗；

其桨叶径向呈曲线造型，在空间上向曲面延伸，该参照的曲面可以为橄榄球形、圆球形等任何曲面形状，桨叶在空间上形成的外形轮廓，呈现有连贯、流畅的曲线形，桨叶轴向正投影的外形投射轮廓与桨毂圆心成螺旋线型。当组成螺旋桨旋转时所形成的盘面为曲面（例如半球面），在轴向投影面不变的情况下，增加流体流入的盘面积；

整个桨叶从叶根到叶梢，设计有连贯、变化不同的迎角，在桨叶径向上分段实现不同的功能。叶根及临近部分正面迎风，迎角相对较大，随边切割流体形成螺旋直向推进；中间部分，迎角相对较小，依靠随边切割和螺旋曲线形叶面径向下压流体形成推力；叶梢及临近部分主要依靠螺旋曲线形叶面径向下压流体形成部分推力，并利用较小迎角产生的压差吸入周边流体；

这样一来，整个桨叶的圆周运动，使流体从曲形盘面大量进入，然而，流体流出面仅为投射面积大小，自带涵道效应，形成了一定的高压，将吸入流体高速喷射，产生较大推力。分段调整迎角和曲线形状，比常规螺旋桨更容易控制失速情况。

本发明的有益效果是：

1.桨叶组合成螺旋桨后，在有限的轴向正投影圆周面积中，有效增加迎风面和侧面流体吸入量；

2.不增加涵道情况下，易形成高压射流，提升效率，且不易产生失速；

3.降低螺旋桨曲形盘面周边的流体密度（压力），降低行进中的阻力，同时节能减排；

4.传统叶片边沿锋利，转速快易伤人，本造型相同推进力下转速相对低许多，旋转的叶片中即使是相对速度最高的叶梢部分受到外力或碰撞时，其形状能有效分解力度，保护自身和碰触对象；

5.当桨叶同时处于两种不同密度的介质中高速旋转时，在任何情况下，叶片边沿独特设计有效保护叶片不受损伤，过渡动态性良好，不易损坏，且同时能产生较大推进力；

6.桨叶后倾角比较大，工作时噪音污染较小，有益于设备的隐蔽性；

7.当空中失去动力，更容易形成自旋缓降，保护设备不受损。

附图说明

附图1为本发明的单个螺旋桨叶带桨毂的顶示意图；

附图2为本发明的单个螺旋桨叶带桨毂的侧示意图1；

附图3为本发明的单个螺旋桨叶带桨毂的侧示意图2；

附图4为本发明的单个螺旋桨叶带桨毂的正交立体仰视示意图；

附图5为本发明实施例2螺旋桨的顶示意图；

附图6为本发明实施例2螺旋桨正交立体俯视示意图；

图例说明：

010 桨毂 011 桨毂圆心示意；

020 桨叶 026 径向示意 021 叶根 022 叶中部 023 叶梢 024 导边 025 随边。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

现有的螺旋桨桨叶设计在应用中存在效率不高，导致相应耗能大，续航时间短，高速旋转的叶梢易受损、也易伤害外界，同时噪音较大。

基于此本发明提出了一种新型螺旋桨桨叶设计方案，图1所示，桨毂直径设计为2.2cm，桨叶径向曲线026设计为1/8弧形线段 + 阿基米德螺线方式，桨毂圆心到叶梢外沿的正投影半径为10cm；

图2所示，叶根021到叶梢023侧向投影垂直高度设计为10cm，叶切面形状统一设计为梭形，厚度为3mm；

桨叶叶根，图2-021展开叶宽1.8cm，其迎角为20度，沿径向方向逐渐向30%处渐变迎角，该段依靠随边切割流体形成螺旋直向推进；

离叶根30%~60%部分，图2-022临近段，沿径向迎角为10度~5度，图3-022临近段，垂直于圆心轴的弦向迎角，为15度~10度，该段依靠随边切割和螺旋曲线形叶面径向下压流体形成推力；

桨叶叶梢，图2-023展开叶宽1.1cm，其沿径向迎角计算为-5度，图3-023临近段，垂直于圆心轴的弦向迎角，为5度~10度，沿径向方向逐渐向60%处渐变迎角，该段主要依靠螺旋曲线形叶面径向下压流体形成部分推力，并利用较小迎角产生的压差吸入周边流体；

本发明提供一种螺旋桨桨叶的叶形，通过在桨叶020径向不同位置设置不同的径向曲率及不同向的迎角，在相同的能耗下，提高了螺旋桨的升力，减少了空气阻力，增加了效率。

然而，本领域普通技术人员应理解，本发明的技术方案对螺旋桨桨叶的具体尺寸、桨叶径向曲率、叶剖面形状、叶梢形状并不做限定，仅仅通过实施例进行简要说明主要功能。

实施例2

如图6所示，是本发明实施例2一种完整的螺旋桨结构示意图，如图5所示，该螺旋桨由桨毂010，和实施例1中设计的桨叶020两片组成，两片桨叶沿桨毂轴线对称。当桨叶围绕桨毂圆心进行旋转时，由桨叶不同部分相对流体产生切割和下压，形成压力差使流体从曲形盘面大量进入，聚集在盘面体腔内，然而，流体流出面仅为投射面积大小，形成涵道效应，产生了一定的高压，将吸入流体高速喷射，进而产生较大推力，从而使得使用该螺旋桨的设备能延长续航时间和行进距离，具有较高的性能。

需说明的是，该实施例所述的桨叶020的个数并不限于本发明实施例图6所示提供的两个或三个，也可根据实际需要，将螺旋桨桨叶020的个数设置为四个、五个等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种螺旋桨桨叶的叶形，其特征是：桨叶设计为狭长形叶片，径向在空间上向曲面延伸，呈曲线造型，桨叶在空间上形成的外形轮廓，都呈现有连贯、流畅的曲线形。

2.根据权利要求1所述桨叶叶形，其特征是：从叶根、叶中部到叶梢的径向部分，设计有连贯、变化不同的迎角。