CN106741857A - 一种可以推力调节的螺旋桨 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可以推力调节的螺旋桨，它包括空心转轴以及固定安装在空心转轴上的空心叶片，所述空心叶片的前缘设有可伸缩的扰流片。所述扰流片下部滑动设置于空心叶片内。本发明通过延伸式扰流片的伸缩来改变螺旋桨叶片的推力系数以及螺旋桨叶片的弦长，来实现调节螺旋桨产生的推力。

Description

一种可以推力调节的螺旋桨
技术领域
本发明涉及飞行器推进系统设计领域，特别涉及一种可以推力调节的螺旋桨。
背景技术
目前，随着航空宇航科学技术和航海技术的发展和超音速飞行的需要，螺旋桨的发展已经进入瓶颈阶段。常规螺旋桨的推力调节多依靠机械结构改变其攻角实现，也就是通常说的变距。变距机构结构复杂，重量大，极易出现故障，影响飞行安全。
当下，虽然民用有人或无人飞行器依旧大范围使用螺旋桨，但对于其的改进多停留在变距系统的机械结构设计上，缺少对其推力改变的原理设计。
发明内容
本发明为解决上述问题提供一种可以推力调节的螺旋桨，它通过延伸式扰流片的伸缩来改变螺旋桨叶片的推力系数以及螺旋桨叶片的弦长，来实现调节螺旋桨产生的推力。
为实现上述目的，本发明是这样实现的：一种可以推力调节的螺旋桨，它包括空心转轴以及固定安装在空心转轴上的空心叶片，所述空心叶片的前缘设有可伸缩的扰流片来改变螺旋桨叶片的推力系数以及螺旋桨叶片的弦长以实现螺旋桨产生的推力调节。所述扰流片下部滑动设置于空心叶片内。
为了更好的控制扰流片的伸缩，所述空心叶片中设有与扰流片连接并可使扰流片伸缩的活塞，所述活塞与用来提供高压气源的供气装置相连接以通过高压气体的压力驱动活塞运动使扰流片伸缩。所述供气装置为发动机高压压气机、气瓶或气泵的一种。
为了便于给每个空心叶片提供气源，所述空心转轴与空心叶片连接处为可使高压气源进入空心叶片的腔体并驱动活塞运动实现扰流片伸缩的多通结构。
为了更好实现螺旋桨产生的推力的调节和控制，所述空心叶片上的扰流片为多个并排设置。所述扰流片包括与活塞固定连接的下部连接杆以及与连接杆一体连接的上部弧形片。
为了保护空心转轴，所述空心转轴的上端套置有空心整流罩。
进一步所述空心叶片上设有流动控制突片以使流动控制突片随螺旋桨转动形成的分离区作为流动控制边界阻止螺旋桨表面的气流由中心向四周流动。所述流动控制突片为三角形尖劈状结构。
本发明是在空心螺旋桨基础上，在螺旋桨叶片前缘设置可以伸缩的扰流片，扰流片由高压气源控制和调节。当扰流片需要伸出时，通过提高高压气体的压力通过推动活塞将延伸式扰流片推出；反之，当扰流片需要缩回时，通过降低高压气体的压力来实现。所述高压气源从螺旋桨空心转轴中间的孔进入，通过桨空心转轴和螺旋桨连接处中心的多通结构分至各个螺旋桨空心叶片内部的腔体，再驱动活塞运动，从而实现了对于扰流片伸缩的控制。
当扰流片未伸出的时候，扰流片与螺旋桨叶片紧密贴合；当扰流片伸出后，扰流片与螺旋桨叶片之间形成一个新的气体通道，流过新的气体通道的气体对螺旋桨叶片表面气流进行了重整和调整，改变了此时螺旋桨叶片的升力系数，同时增加了螺旋桨的弦长，提高了螺旋桨的推力。
较之现有技术而言，本发明具有以下优点：本发明可以推力调节的螺旋桨在螺旋桨空心叶片前缘设置了可以伸缩的扰流片，在高压气源的驱动下实现伸缩的控制，实现了对螺旋桨产生推力的调整和控制。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)较传统螺旋桨的变距机构，本发明可以推力调节的螺旋桨的结构简单，性能更加可靠，重量轻；
(2)本发明所述扰流片可以在定距螺旋桨上使用，也可以应用在变距螺旋桨上；
(3)本发明所述扰流片可以在类似本发明的螺旋桨或风扇上产生特定方向的升力或推力。
(4)本发明所述扰流片可以在叶片上叠加使用，即一个螺旋桨叶片上使用多组扰流片，多次改变螺旋桨叶片表面的流场，实现螺旋桨表面产生升力的宽范围变化。
(5)本发明在叶片上设置的流动控制突片可以明显提高螺旋桨高速旋转时的推力和效率，提高飞行器或船舶的航程。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明所述可以推力调节的螺旋桨总体结构示意图。
图2为本发明所述可以推力调节的螺旋桨沿轴线的剖面示意图。
图3为本发明所述可以推力调节的螺旋桨的扰流片未伸出的单个空心叶片的剖面示意图。
图4为本发明所述可以推力调节的螺旋桨的扰流片未伸出的单个空心叶片及扰流片部分的局部放大截面示意图。
图5为本发明所述可以推力调节的螺旋桨的扰流片伸出的单个空心叶片的截面示意图。
图6为本发明所述可以推力调节的螺旋桨的扰流片伸出的单个空心叶片及扰流片部分的局部放大截面示意图。
图7为本发明所述可以推力调节的螺旋桨的扰流片伸出的单个空心叶片的活塞与扰流片部分剖面示意图。
图8为本发明所述可以推力调节的螺旋桨的空心叶片上设有流动控制突片的结构示意图。
图中符号说明：1、空心转轴；2、空心叶片；3、扰流片；4、活塞；5、空心整流罩；6、内部流道；7、流动控制突片；31、连接杆；32、弧形片。
具体实施方式
具体实施例如下：
请参照图1-8所示，一种可以推力调节的螺旋桨，它包括空心转轴1以及固定安装在空心转轴1上的空心叶片2，所述空心叶片2的前缘设有可伸缩的扰流片3来改变螺旋桨叶片的推力系数以及螺旋桨叶片的弦长以实现螺旋桨产生的推力调节。所述扰流片3下部滑动设置于空心叶片2内。
所述空心叶片2中设有与扰流片3连接并可使扰流片3伸缩的活塞4，所述活塞4与用来提供高压气源的供气装置相连接以通过高压气体的压力驱动活塞运动使扰流片3伸缩。所述供气装置为发动机高压压气机、气瓶或气泵的一种。
所述空心转轴1与空心叶片2连接处为可使高压气源进入空心叶片2的腔体并驱动活塞4运动实现扰流片3伸缩的多通结构。
所述空心叶片2上的扰流片3为多个并排设置。所述空心转轴1的上端套置有空心整流罩5。所述扰流片3包括与活塞4固定连接的下部连接杆31以及与连接杆31一体连接的上部弧形片32。
所述空心叶片2上设有流动控制突片7以使流动控制突片7随螺旋桨转动形成的分离区作为流动控制边界阻止螺旋桨表面的气流由中心向四周流动。所述流动控制突片7为三角形尖劈状结构。所述流动控制突片7的突片脊线在螺旋桨旋转平面内的投影在以空心转轴1为圆心以及以流动控制突片7头部到空心转轴1为半径的圆上。所述流动控制突片7的周向长度小于等于所在螺旋桨位置的弦长。流动控制突片7头部的脊线与螺旋桨旋转平面所夹角度α满足：
α≥tan-1v/(rΩ)
对于常见螺旋桨构型，α优选的取值范围为：
tan-1v/(rΩ)+3°≤α≤tan-1v/(rΩ)+7.5°
其中，v是使用本发明螺旋桨的飞行器前进速度，r为流动控制突片到螺旋桨中心轴线的距离，Ω为螺旋桨旋转的角速度。
为了减小螺旋桨旋转的阻力，所述流动控制突片7的根部宽度d小于流动控制突片的高度h；最优为d≤0.3h。所述流动控制突片7可以为很薄的三角片。
为了使得流动控制突片7根部与螺旋桨表面应力较小，流动控制突片7与螺旋桨叶片连接处为导圆或导角。
本发明所述扰流片3可以使用在本发明类似的螺旋桨或风扇上，能够产生特定方向的升力或推力。本发明所述扰流片3可以在定距螺旋桨上和变距螺旋桨上使用。本发明所述扰流片3可以多个叠加使用，即螺旋桨空心叶片3前端设置多层扰流片，根据实际情况控制多个扰流片一起伸缩或单独某一个扰流片伸缩，实现螺旋桨产生的升力的改变。
本发明的具体实施方式如下：如图1-8所述，一种可以推力调节的螺旋桨，它包括空心转轴1以及固定安装在空心转轴1上的空心叶片2，所述空心叶片2的前缘设有可伸缩的扰流片3。所述空心叶片2上设有三角形尖劈状结构的流动控制突片7以使流动控制突片7随螺旋桨转动形成的分离区作为流动控制边界阻止螺旋桨表面的气流由中心向四周流动。所述空心转轴1的上端套置有保护空心转轴1的空心整流罩5。所述空心叶片2中设有与扰流片3连接并可使扰流片3伸缩的活塞4，所述活塞4与用来提供高压气源的发动机高压压气机(图中未示)相连接以通过高压气体的压力驱动活塞运动使扰流片3伸缩。所述空心转轴1与空心叶片2连接处为可使高压气源进入空心叶片2的腔体并驱动活塞4运动实现扰流片3伸缩的多通结构，多通结构对应着每个空心叶片2上的内部流道6。所述扰流片3包括与活塞4固定连接的下部连接杆31以及与连接杆31一体连接的上部弧形片32，所述扰流片3未伸出时弧形片32贴合在空心叶片2上，所述扰流片3伸出时弧形片32向上伸出使扰流片3与螺旋桨空心叶片2之间形成一个新的气体通道。
本发明可以推力调节的螺旋桨的工作原理如下：本发明是在常用空心螺旋桨基础上，在螺旋桨空心叶片前缘设置可以伸缩的扰流片，扰流片由高压气源控制和调节。当扰流片需要伸出时，通过提高高压气体的压力通过推动活塞将延伸式扰流片推出；反之，当扰流片需要缩回时，通过降低高压气体的压力来实现。所述高压气源从螺旋桨空心转轴中间的孔进入，通过桨空心转轴和螺旋桨连接处中心的多通结构分至各个螺旋桨空心叶片内部的腔体，再驱动活塞运动，从而实现了对于扰流片伸缩的控制。
本发明扰流片的伸缩由后部连接的活塞驱动，通过从螺旋桨空心轴内注入高压空气，通过螺旋桨内部流路，高压气体最终作用在活塞上，推动扰流片伸缩。当高压气体的压力不断提高，扰流片伸出；当高压气体压力降低，扰流片在外界阻力的作用下缩回。当扰流片未伸出的时候，扰流片与螺旋桨叶片紧密贴合；当扰流片伸出后，扰流片与螺旋桨叶片之间形成一个新的气体通道，流过新的气体通道的气体对螺旋桨叶片表面气流进行了重整和调整，改变了此时螺旋桨叶片的升力系数，同时增加了螺旋桨的弦长，提高了螺旋桨的推力。
本发明又一优点为通过螺旋桨旋转，空气在流动控制突片7的后缘产生分离区，分离区不断向下游发展，再加上螺旋桨的转动，二者共同作用，使得分离区横亘在螺旋桨某一半径位置处，形成抑制螺旋桨表面气流由中心向四周流动，提高了螺旋桨对空气做功的效率，提高了螺旋桨的推力。本发明在空心叶片上设置的流动控制突片可以明显提高螺旋桨高速旋转时的推力和效率，提高飞行器或船舶的航程；
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：它包括空心转轴(1)以及固定安装在空心转轴(1)上的空心叶片(2)，所述空心叶片(2)的前缘设有可伸缩的扰流片(3)来改变螺旋桨叶片的推力系数以及螺旋桨叶片的弦长以实现螺旋桨产生的推力调节。
2.根据权利要求1所述的可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：所述扰流片(3)下部滑动设置于空心叶片(2)内。
3.根据权利要求1或2所述的可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：所述空心叶片(2)中设有与扰流片(3)连接并可使扰流片(3)伸缩的活塞(4)，所述活塞(4)与用来提供高压气源的供气装置相连接以通过高压气体的压力驱动活塞运动使扰流片(3)伸缩。
4.根据权利要求3所述的可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：所述供气装置为发动机高压压气机、气瓶或气泵的一种。
5.根据权利要求4所述的可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：所述空心转轴(1)与空心叶片(2)连接处为可使高压气源进入空心叶片(2)的腔体并驱动活塞(4)运动实现扰流片(3)伸缩的多通结构。
6.根据权利要求5所述的可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：所述空心叶片(2)上的扰流片(3)为多个并排设置。
7.根据权利要求5所述的可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：所述空心转轴(1)的上端套置有空心整流罩(5)。
8.根据权利要求5所述的可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：所述扰流片(3)包括与活塞(4)固定连接的下部连接杆(31)以及与连接杆(31)一体连接的上部弧形片(32)。
9.根据权利要求8所述的可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：所述空心叶片(2)上设有流动控制突片(7)以使流动控制突片(7)随螺旋桨转动形成的分离区作为流动控制边界阻止螺旋桨表面的气流由中心向四周流动。
10.根据权利要求9所述的可以推力调节的螺旋桨，其特征在于：所述流动控制突片(7)为三角形尖劈状结构。
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