CN106800081A - 螺旋桨及推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种螺旋桨及推进装置，涉及流体中推进装置的技术领域，螺旋桨包括桨叶和桨轴；桨叶呈条状；桨叶的第一端与桨轴直接或间接连接，桨叶沿桨轴的周向弯曲；桨叶第一端和第二端的连线和与桨叶弯曲延伸方向相同方向延伸的桨轴的一边的夹角为锐角。在使用过程中，螺旋桨在旋转时，桨叶围绕桨轴作周向运动，形成一个半包围的腔体；桨叶对流体进行切割和推压，使流体流向腔体内；桨叶旋转形成的曲形盘面，使得流体流入腔体的面积大于流出的面积，在腔体内聚集，产生一定的高压，进而将流入的流体高速喷出，形成涵道效应，从而产生较大的推力。

Description

螺旋桨及推进装置

技术领域

本发明涉及流体中推进装置领域，尤其是涉及一种螺旋桨及推进装置。

背景技术

螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置。螺旋桨分为很多种，应用也十分广泛，如飞机、轮船的推进器等。

螺旋桨由桨叶、桨毂和电动机的输出轴组成。其中，两片或多片呈射线状的桨叶固定在桨毂上，桨毂直接或者通过减速器安装在电动机的输出轴上。在使用过程中，电动机的输出轴带动桨毂转动，从而带动桨叶转动，桨叶旋转时切割流体，进而产生向前或向后的推进力，使飞机或者轮船前进或后退。

螺旋桨在旋转时，桨叶围绕电动机的输出轴做周向运动，形成一个半包围的腔体，桨叶对流体进行切割和推压，使流体流向腔体内；桨叶旋转形成的曲形盘面，使得流体流入腔体的面积大于流出的面积，在腔体内聚集，产生一定的高压，进而将流体高速喷出，产生较大的推力，即为涵道效应。

目前，在使用过程中，桨叶旋转时的受风面呈平面圆形，难以形成涵道效应，即使改善迎角，有效升力仍然有限。如果加装涵道装置，那么整机的重量、阻力和成本都会有所增加。

由上可知，现有技术中的孤立桨叶不能形成涵道效应，产生的推进力较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋桨及推进装置，以解决了现有技术中存在的孤立桨叶不能形成涵道效应，产生的推进力较小的技术问题。

本发明提供的螺旋桨，包括桨叶和桨轴；桨叶呈条状；桨叶的第一端与桨轴直接或间接连接，桨叶沿桨轴的周向弯曲；桨叶第一端和第二端的连线和与桨叶弯曲延伸方向相同方向延伸的桨轴的一边的夹角为锐角。

进一步的，桨叶包括叶根段、叶中段以及叶梢段；桨叶在桨轴的轴向方向的投影为螺旋线形或渐开线形；叶根段、叶中段以及叶梢段依次连接；叶中段与叶根段的连接处以及叶中段与叶梢段的连接处自然过渡；叶中段到叶梢段的迎角逐渐减小。

进一步的，叶中段至叶梢段的叶宽保持不变或逐渐减小。

进一步的，桨叶为多个；多个桨叶的第一端均与桨轴直接或间接连接，且多个桨叶的第一端沿桨轴的周向依次间隔设置。

进一步的，本发明还提供一种推进装置，推进装置包括驱动机构和螺旋桨。驱动机构包括驱动电机；桨轴与驱动电机的动力输出轴固定连接，以使驱动电机带动桨叶绕桨轴转动。

本发明提供的螺旋桨，在使用过程中，桨叶围绕桨轴作周向运动，运动轨迹在轴向方向的投影呈圆盘状，旋转的过程中，桨叶围绕桨轴形成半球形腔体(其中，球形可以为圆球或者橄榄球等等)。当螺旋桨旋转时，流体从腔体表面流入，进入到腔体中，并从螺旋桨旋转的开口处喷出(其中，开口面积为轴向方向的投影呈圆盘形状的面积)，即流入面积大于流出面积，下方压力大于上方压力(其中，开口处沿桨轴的延伸方向即为下方，反方向为上方)，从而带动设备运动。由上可知，螺旋桨在旋转时，桨叶围绕桨轴作周向运动，形成一个半包围的腔体，桨叶对流体进行切割和推压，使流体流向腔体内，桨叶旋转形成的曲形盘面，使得流体流入腔体的面积大于流出的面积，在腔体内聚集，产生一定的高压，进而将流入的流体高速喷出，孤立桨叶形成涵道效应，从而产生较大的推力。

另外，由于螺旋桨形成了涵道效应，在相同推力需求的情况下，螺旋桨的转速相对较低，桨叶沿桨轴周向弯曲的设计，使得旋转的桨叶能够有效保护自身和碰触对象，降低使用风险，同时低转速也会降低运行噪音，减少对外界的干扰。

由于桨叶沿桨轴周向弯曲，其叶形能够降低螺旋桨旋转形成的腔体周边的流体密度，降低设备行进中的阻力，同时节能减排。

进一步的，螺旋桨可安装在可垂直升降的飞行器上，当飞行器在空中失去动力下落时，螺旋桨形成自旋而形成一个半包围的腔体，其开口朝引力方向向下，更容易减缓坠落速度，有效形成自旋缓降，保护设备和人员的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明实施例提供的螺旋桨的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的螺旋桨的轴向投影视图；

图3为本发明又一实施例提供的螺旋桨的结构示意图。

图标：1－桨叶；2－桨轴；3－第一端；4－第二端；5－后缘；11－叶根段；12－叶中段；13－叶梢段。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的螺旋桨的结构示意图；图2为本发明实施例提供的螺旋桨的轴向投影视图；如图1和图2所示，本实施例提供的螺旋桨，包括桨叶1和桨轴2；桨叶1呈条状；桨叶1的第一端3与桨轴2直接或间接连接，桨叶1沿桨轴2的周向弯曲；桨叶1第一端3和第二端4的连线与桨轴2的轴线之间的夹角为锐角。

其中，桨轴2的类型可以为多种，例如：桨轴2可以为桨毂或者驱动电机的动力输出轴等等。

桨叶1沿桨轴2的周向弯曲，是指从桨轴2的轴向方向看，桨叶1为曲线形。

较佳地，桨叶1的第一端3和与桨叶1弯曲延伸方向相同方向延伸的桨轴2的一边之间的夹角不大于60°。

进一步的，较佳地，桨叶1可设置为螺旋线形。当桨叶1为螺旋线形时，桨叶1围绕桨轴2作周向运动，运动轨迹在轴向方向的投影呈圆盘状，旋转的过程中，桨叶1围绕桨轴2形成半球形腔体(其中，球形可以为圆球或者橄榄球等等)。在圆盘面直径不变的情况下，腔体的体积更大，包裹的流体量更大，涵道效应更明显。另外，当在空中失去动力的时候，这种设置更容易形成自旋缓降，保护设备不受损坏。

本实施例提供的螺旋桨，在使用过程中，桨叶1围绕桨轴2作周向运动，运动轨迹在螺旋桨的轴向方向的投影呈圆盘状，旋转的过程中，桨叶1围绕桨轴2形成半球形腔体(其中，球形可以为圆球或者橄榄球等等)。当螺旋桨旋转时，流体从腔体表面流入，进入到腔体中，并从螺旋桨旋转的开口处喷出(其中，开口面积为轴向方向的投影呈圆盘形状的面积)，即流入面积大于流出面积，下方压力大于上方压力(其中，开口处沿桨轴2的延伸方向即为下方，反方向为上方)，从而带动设备运动。由上可知，螺旋桨在旋转时，桨叶1围绕桨轴2作周向运动，形成一个半包围的腔体，桨叶1对流体进行切割和推压，使流体流向腔体内，桨叶1旋转形成的曲形盘面，使得流体流入的面积大于流出的面积，在腔体内聚集，产生一定的高压，进而将流入的流体高速喷出，孤立桨叶1形成涵道效应，从而产生较大的推力。

另外，由于螺旋桨形成了涵道效应，在相同推力需求的情况下，螺旋桨的转速相对较低，桨叶1沿桨轴2周向弯曲的设计，使得旋转的桨叶1能够有效保护自身和碰触对象，降低使用风险，同时低转速也会降低运行噪音，减少对外界的干扰。

由于桨叶1沿桨轴2周向弯曲，其叶形能够降低螺旋桨旋转形成的腔体周边的流体密度，降低设备行进中的阻力，同时节能减排。

进一步的，螺旋桨可安装在可垂直升降的飞行器上，当飞行器在空中失去动力下落时，螺旋桨形成自旋而形成一个半包围的腔体，其开口朝引力方向向下，更容易减缓坠落速度，有效形成自旋缓降，保护设备和人员的安全。

如图1所示，在上述实施例的基础上，进一步的，桨叶1包括叶根段11、叶中段12以及叶梢段13；桨叶1在桨轴2的轴向方向的投影为螺旋线形或渐开线形；叶根段11、叶中段12以及叶梢段13依次连接；叶中段12与叶根段11的连接处以及叶中段12与叶梢段13的连接处自然过渡；叶中段12到叶梢段13的迎角逐渐减小。

其中，较佳地，叶中段12到叶梢段13的迎角逐渐减小至负迎角，这样的设置能够令涵道效应更加明显。

进一步的，叶中段12与叶梢段13的连接处自然过渡，即叶中段12到叶梢段13为连续的平滑的曲线形，如图1所示。

进一步的，叶中段12与叶根段11之间的连接，以及叶中段12和叶梢段13之间的连接，可以为刚性连接、柔性连接、可拆卸连接或者不可拆卸连接。

本实施例中，叶中段12与叶根段11的连接处以及叶中段12与叶梢段13的连接处自然过渡，令桨叶1呈流畅的曲线形。在使用过程中，叶根段11正面迎风，叶根段11的后缘5切割流体令螺旋桨直向推进；叶中段12的迎角较大，依靠后缘5切割和桨叶1叶面径向推压流体形成推力；叶梢段13的迎角小于叶中段12的迎角，叶梢段13主要依靠桨叶1叶面径向推压流体形成推力，并利用较小的迎角产生的压差来吸入周边的流体进入腔体内部，并聚集于腔体内，形成高压。在使用过程中，叶中段12设置较大的迎角，以提高桨叶1的推进效率；叶中段12到叶梢段13的迎角逐渐减小，有利于形成涵道效应，产生更大的推力。

在上述实施例的基础上，进一步的，叶中段12至叶梢段13的叶宽保持不变或逐渐减小。

其中，本实施例限定的方向为从叶中段12至叶梢段13的方向，桨叶1的叶宽指叶中段12处桨叶1的叶宽和叶梢段13处的桨叶1的叶宽。

进一步的，桨叶1的切面形状可设计为梭形、月牙形、机翼形等等。

本实施例中，在使用过程中，由于叶中部12垂直于桨轴2的直线距离较远，选择较宽的设置和较大的迎角，以保证桨叶1的推进效率；叶梢部13选择较窄的叶宽设置，从而降低惯性和能耗。

图3为本发明又一实施例提供的螺旋桨的结构示意图，如图3所示，在上述实施例的基础上，进一步的，桨叶1为多个；多个桨叶1的第一端3均与桨轴2直接或间接连接，且多个桨叶1的第一端3沿桨轴2的周向依次间隔设置。

进一步的，多个桨叶1应分布均匀且重量相等，形状相同，以提高螺旋桨在旋转时的平稳性。

本实施例中，在设计过程中，设计者能够根据设备负载的要求和需要的输出功率等因素，增加或者减少桨叶1的数量。这种设置能够扩大螺旋桨的适用范围，并保证螺旋桨在运动过程中保持平稳，以确保设备和人员的安全。

在上述实施例的基础上，进一步的，本发明实施例还提供一种推进装置，该推进装置包括驱动机构和螺旋桨。驱动机构包括驱动电机；桨轴2与驱动电机的动力输出轴固定连接，以使驱动电机带动桨叶1绕桨轴2转动。

其中，驱动电机的种类可以为多种，例如：直流电动机、异步电动机以及同步电动机等等。

本实施例中，在使用过程中，驱动电机带动动力输出轴旋转，输出轴传递扭矩以带动桨轴2旋转，从而带动桨叶1旋转。桨叶1的运动轨迹在轴向方向的投影呈圆盘状，旋转的过程中，桨叶1围绕桨轴2形成半球形腔体(其中，球形可以为圆球或者橄榄球等等)。当螺旋桨旋转时，流体从腔体表面流入，进入到腔体中，并从螺旋桨旋转的开口处喷出(其中，开口面积为轴向方向的投影呈圆盘形状的面积)，即流入面积大于流出面积，下方压力大于上方压力(其中，开口处沿桨轴2的延伸方向即为下方，反方向为上方)，从而带动设备运动。由上可知，螺旋桨在旋转时，桨叶1围绕桨轴2作周向运动，形成一个半包围的腔体，桨叶1对流体进行切割和推压，使流体流向腔体内，桨叶1旋转形成的曲形盘面，使得流体流入的面积大于流出的面积，在腔体内聚集，产生一定的高压，进而将流入的流体高速喷出，孤立桨叶1形成涵道效应，从而产生较大的推力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种螺旋桨，其特征在于，包括：桨叶和桨轴；

所述桨叶呈条状；所述桨叶的第一端与所述桨轴直接或间接连接，所述桨叶沿所述桨轴的周向弯曲；所述桨叶的第一端和第二端的连线与所述桨轴的轴线之间的夹角为锐角。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述桨叶包括叶根段、叶中段以及叶梢段；

所述桨叶在所述桨轴的轴向方向的投影为螺旋线形或渐开线形；所述叶根段、所述叶中段以及所述叶梢段依次连接；所述叶中段与所述叶根段的连接处以及所述叶中段与所述叶梢段的连接处自然过渡；所述叶中段到所述叶梢段的迎角逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的螺旋桨，其特征在于，所述叶中段至所述叶梢段的叶宽保持不变或逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述桨叶为多个；

多个所述桨叶的第一端均与所述桨轴直接或间接连接，且多个所述桨叶的第一端沿所述桨轴的周向依次间隔设置。

5.一种推进装置，其特征在于，包括驱动机构和如权利要求1－4任一项所述的螺旋桨；

所述驱动机构包括驱动电机；所述桨轴与所述驱动电机的动力输出轴固定连接，以使所述驱动电机带动所述桨叶绕所述桨轴转动。