CN107161335A - 一种螺旋桨驱动的直升机及飞机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋桨驱动的直升机,在桨叶迎风面的第一通气口通过流体通道与的桨叶尾部的排气口相通，桨叶背风面通过通气管或/和第二通气口与迎风面相通，使桨叶背风面的高压力向迎风面的低压力转移压力差。本发明还涉及一种螺旋桨驱动的飞机。本发明把浆叶壳体迎风面和背风面分别承受的不同方向的流体压力，统统改变为同一方向的流体压力，其压力方向与外界的压力方向相反而相互抵消，而相互抵消多少压力、就获得多少推动力，因此在不增加额外能耗的状态中，通过减少流体阻力来产生二种更大的升力和推动力来源。

Description

一种螺旋桨驱动的直升机及飞机

技术领域

本发明涉及飞行器领域，特别涉及一种螺旋桨驱动的直升机及飞机。

背景技术

螺旋桨伴随飞行器的发展至今有一百多年，存在采用螺旋桨驱动的直升机产生的升力不大，或采用螺旋桨驱动的飞机产生的推动力不大的技术问题。

由于螺旋桨驱动直升机或飞机行驶，但螺旋桨特殊结构所产生的升力或推动力非常有限，因此旋翼飞行器的飞行速度不快且载重量也不大,虽采用各种办法来改进，但实际效果并不好。

更为重要的是：螺旋桨在高速旋转中产生的流体阻力是最大的能源消耗，而实际的能源利用率非常的低。

在专利号为201210015336.6、名称为《飞机动力装置》的中国发明专利；以及专利号为US9315264B2名称为《飞机动力装置》的美国发明专利中，均公开了一种升力和推动力来源。但仍未解决螺旋桨所产生的升力和推动力有限的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是：把螺旋桨产生的流体阻力，分解为在迎风面和背风面分别承受的不同方向的流体压力，然后统一改变为迎风面上同一方向的流体压力而与外界的压力方向相反而相互抵消，因此从减少流体阻力中获得更大的升力和推动力。

传统螺旋桨在高速旋转中，在浆叶的迎风面和背风面产生的流体阻力是最大的能源消耗，而实际的能源利用率很低，人们面对螺旋桨如此低的能源利用率，而束手无策。

本发明在浆叶壳体的迎风面和背风面通过通气口来连通，把迎风面和背风面分别承受的不同方向的流体压力，改变为同一方向的流体压力来产生升力和推动力；具体的，把背风面的低流速产生的高压力通过多个通气口，向迎风面上形成的高速流体层产生的低压力转移压力差，其压力方向、又与迎风面上的外界的压力的方向相反、而相互抵消，相互抵消多少流体压力，就减少多少流体阻力、就产生多少升力和推动力。

因此本发明把迎风面和背风面分别承受的不同方向的流体压力，统一改变为迎风面上同一方向的流体压力而与外界的压力方向相反而相互抵消，因此、本发明是从减少流体阻力中获得更大的升力和推动力来源。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种螺旋桨驱动的直升机、包括由多个桨叶构成的螺旋桨，所述桨叶内部设有流体通道，所述桨叶迎风面的第一通气口通过流体通道与的桨叶尾部的排气口相通，所述桨叶背风面通过通气管或/和第二通气口与迎风面相通，使桨叶背风面的高压力向迎风面的低压力转移压力差而产生升力。

本发明的有益效果在于：

1、本发明把浆叶壳体的上下两侧面分别承受的不同方向的流体压力，统一改变为在同一侧面上、同一方向的流体压力，其压力的方向与该侧面的外界的压力方向相反而相互抵消，而相互抵消多少压力、就获得多少推动力，从而通过减少流体阻力来产生更大的升力和推动力。

2、螺旋桨壳体的一侧面产生的高流速低气压流体，壳体的另一侧面产生的低流速高压力流体，因此，壳体的两侧面中因流速不同，一侧面由低流速高压力流体必然通过通气口，向另一侧面的高流速低气压流体转移压力差来产生升力和推动力来源。

3、沿螺旋桨的桨叶长度方向设置的至少两个第一通气口通过流体通道与桨叶长度方向最远端的尾部的排气口相通，使流体经过桨叶在壳体上下两侧面的一侧面的长度方向经过，与另一侧面从宽度方向经过之间，因浆叶壳体在长、宽方向的路径显著的不同、流速显著的不同，而产生压力差来产生升力和推动力来源。

附图说明

图1为本发明实施例一的螺旋桨驱动的直升机的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的螺旋桨驱动的直升机的螺旋桨的俯视图；

图3为图2中A-A向的剖面视图；

图4为本发明实施例二的螺旋桨驱动的飞机的整体结构示意图。

标号说明：

1、机身；2、螺旋桨；3、桨叶；301、迎风面；302、背风面；

303、高速流体层；304、压力差转移层；4、第一通气口；5、第二通气口；

6、流体通道；7、扰流装置；8、排气口；9、通气管/通气口。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：把螺旋桨产生的流体阻力，即在浆叶壳体的迎风面和背风面分别承受的不同方向的流体压力，统统改变为在迎风面上的同一方向的流体压力，其压力方向与外界的流体压力方向相反而相互抵消。

请参照图1-3；一种螺旋桨驱动的直升机，包括由多个桨叶构成的螺旋桨，所述桨叶内部设有流体通道，所述桨叶迎风面的第一通气口通过流体通道与的桨叶尾部的排气口相通，所述桨叶背风面通过通气管或/和第二通气口与迎风面相通，使桨叶背风面的高压力向迎风面的低压力转移压力差而产生升力。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

1、把迎风面和背风面分别承受的不同方向的流体压力，统一改变为迎风面上同一方向的流体压力，而与外界的压力方向相反而相互抵消；具体的、浆叶壳体的迎风面产生的高流速低气压流体，背风面产生的低流速高压力流体，因此，背风面的低流速高压力流体，必然通过第二通气口5或/和通气管9向迎风面上高流速低气压流体转移压力差，根据上述产生的压力差，从而获得可作为旋翼飞行器的更大的升力和推动力来源。可以在螺旋桨不增加额外能耗的状态中，产生一种比传统反作用力更大的升力或推动力来源。

2、流体沿迎风面长度方向设置的至少两个第一通气口通过流体通道与桨叶长度方向最远端的尾部的排气口相通，使流体从桨叶迎风面的长度方向经过，和流体从背风面的宽度方向经过之间，因直升机桨叶的迎风面和背风面在长、宽方向之间流速相差至少10多倍，从而产生10多倍的压力差，从而获得更大的升力和推动力来源。

3、因此螺旋桨在不增加额外能耗的状态中，产生上述升力和推动力来源，与螺旋桨产生的传统的升力和推动力一起叠加，共同使旋翼飞行器(例如螺旋桨驱动直升机或飞机)产生更大升力或推动力来源，为旋转翼驱动的直升或飞机的未来的发展开辟全新的方向。

进一步地，所述在桨叶迎风面的长度方向均布的至少两个第一通气口与流体通道相通，所述背风面在长度方向均布的至少两个第二通气口与流体通道相通；所述桨叶背风面和迎风面之间通过至少两个通气管相连通。

进一步地，包括扰流装置；所述流体通道内设有延长流体通过路径的扰流装置，所述扰流装置为凹凸扰流面、螺旋扰流条。

进一步地，所述第一通气口的通气面积大于第二通气口和通气管的通气面积；所述第一通气口、第二通气口及通气管在桨叶长度方向的局部或整体设置。

进一步地，所述桨叶内的流体通道与桨叶长度方向最远端的尾部排气口相通；所述排气口设在浆叶的旋转方向的相反的一侧；所述在桨叶迎风面长度方向的前部、中部、后部、或在浆叶迎风面宽度方向的旋转方向的相同一侧面的区域上，设有第一通气口与流体通道相通而在该区域上形成高速流体层。

请参照图2-4；一种螺旋桨驱动的飞机、包括由多个桨叶构成的螺旋桨，其特征在于：所述桨叶内部设有流体通道，所述桨叶背风面的第一通气口通过流体通道与桨叶尾部的排气口相通，所述桨叶背风面通过通气管或/和第二通气口与迎风面相通，使桨叶迎风面的高压力向背风面的低压力转移压力差而产推动力。

进一步地，所述在桨叶背风面长度方向均布的至少两个第一通气口与流体通道相通，所述在桨叶在迎风面长度方向均布的至少两个第二通气口与流体通道相通；所述桨叶背风面和迎风面之间通过至少两个通气管相连通。

进一步地，包括扰流装置；所述流体通道内设有延长流体通过路径的扰流装置，所述扰流装置为凹凸扰流面、螺旋扰流条。

进一步地，所述第一通气口的通气面积大于第二通气口和通气管的通气面积，所述第一通气口、第一通气口及通气管在桨叶长度方向的局部或整体设置。

进一步地，所述桨叶内的流体通道与桨叶长度方向最远端的尾部排气口相通；所述排气口设在浆叶的旋转方向的相反的一侧；所述在桨叶背风面长度方向的前部、中部、后部、或浆叶背风面在宽度方向的旋转方向的相同一侧面的区域上，设有第一通气口与流体通道相通而在该区域上形成高速流体层。

请参照图1-3，本发明的实施例一为：

一种螺旋桨驱动的直升机，在机身1的上方设有螺旋桨2，螺旋桨由多个桨叶3构成，在各桨叶3内部设有流体通道6，所述通气口包括第一通气口和第二通气口及通气管，所述流体通道与桨叶迎风面301均布的多个第一通气口4相通，流体通道与桨叶壳体的最远端，即桨叶壳体后部端面的尾部排气口8相通，把从桨叶整个长度方向经过流体通道6的流体，从排气口8向外部排出；在流体通道6内设有延长流体通过路径的扰流装置7；在桨叶3背风面302通过均布的多个通气管9和迎风面301相通和/或背风面多个第二通气口5与桨叶内部的流体通道6相通，进而第二通气口通过流体通道与迎风面均布的多个第一通气口4相通。

第一通气口4的进气面积大于第二通气口5和通气管9的进气面积，甚至第一通气口4的进气面积大于第二通气口5和通气管9的进气面积很多。

本发明的扰流装置7为：凹凸于表面的扰流面、螺旋扰流面或螺旋扰流条，来延长流体从流体通道6通过的路径。

进一步地，优选扰流装置6为条形的、外表面为螺旋形的多个螺旋扰流条，均布在桨叶长度方向的流体通道内，使流体围绕其周围一圈又一圈的经过，至少可以延长比原来增加多倍流体通过的路径，使流体通道6内流体的流速快于桨叶3的迎风面301上经过的流速，而更多的快于背风面302上经过的流速。

当直升机在螺旋桨驱动下飞行时，螺旋桨高速旋转时把上方流体吸入后从下方排出产生的反作用推动力来驱动直升机行驶。

在本发明中的流体从螺旋桨的各桨叶3的上下表面经过，由于桨叶3的流体通道6内设有扰流装置7来延长多倍流体通过的路径，使流体通道内的流速加快，而螺旋桨高速转动产生极大离心力、在离心力产生极强牵引力的作用下，使流体瞬间经过设有扰流装置7的流体通道6从桨叶尾部的排气口8，向外部把流体高速排出；从而使流体通道6内的流体经过更长的路径而产生更高的流速，其流速快于螺旋桨迎风面上经过的流速，更远快于背风面上经过的流速。

螺旋桨高速旋转时产生很大的离心力，在此过程中离心力产生极强牵引力的作用下，把上表面301的多个第一通气口4附近的流体高速的吸入流体通道内，使迎风面301的各第一通气口4附近的流体、进而整个迎风面上和流体通道6内的流体形成两层相通的、流速大致相同的高速流体层303。

高速流体层303产生的高流速与其背风面302的低流速之间，产生多倍的压力差，而多倍的压力差使背风面302低流速产生大部分的高压力，必然通过在背风面302均布的多个第二通气口5和/或通气管9向迎风面的高速流体层303转移压力差，于是在桨叶的整个迎风面301瞬间形成多倍的压力差转移层304。

而压力差转移层304在迎风面301上产生的由下向上、由内向外的压力方向，与螺旋桨迎风面上外界流体产生由上向下、由外向内的压力方向正相反，因此在迎风面壳体上不同压力方向的流体相遇而相互抵消，相互抵消多少流体压力、就减少多少流体阻力、使螺旋桨瞬间向上整体位移多少距离，就使螺旋桨产生多少升力；而在从下向上的压力差作用下，产生多倍压力差的压力差转移层304，很容易抵消部分、大部分、甚至更多螺旋桨迎风面上外界流体产生向下方向的流体压力而产生升力。

桨叶在背风面产生从下向上的高压力，必然通过通气口向迎风面产生的低气压转移压力差，而形成压力差转移层与迎风面上外界产生由上向下的压力方向相反而相互抵消，从而产生更大的升力来源。

而本发明迎风面的高速流体层与其背风面的低流速之间产生多倍的压力差，于是背风面的高压力，很容易通过均布在背风面第二通气口5和/或通气管9，必然向迎风面的高速流体层转移压力差，而转移多少压力就减少背风面多少流体阻力，显而易见迎风面和背风面瞬间产生多倍的压力差，必然把大部分背风面的流体阻力向迎风面转移，从而显著的减少了背风面上大部分的流体阻力。

在此过程中，把浆叶迎风面和背风面分别承受的不同方向的流体压力，统统改变为向迎风面上同一方向的流体压力，而其压力方向与迎风面的外界压力方向相反而相互抵消，从而又显著的减少了背风面上大部分的流体阻力；因此、本发明通过分别减少螺旋桨在迎风面和背风面的流体阻力来产生更大的升力。

进一步地，因为螺旋桨的桨叶很长而宽度较窄，通常桨叶的长宽方向之间的距离差至少有10多倍，由于传统直升机在螺旋桨驱动下飞行时，流体从螺旋桨的各桨叶3的上下表面较窄的宽度方向经过，因此桨叶3在宽度方向使流体经过的路径很短，所以产生的推动力和升力自然很小。

而本发明桨叶内的流体通道6与迎风面的整个长度方向均布的至少两个第一通气口5相通，而流体通道6与设在桨叶壳体在长度方向的最后部、即最远端的尾部排气口9相通，在整个迎风面301和流体通道6内共同形成高速流体层303；因此流体经过背风面时从宽度方向很短路径经过、而经过迎风面301时从长度方向很长路径经过，从而产生至少比传统螺旋桨大10多倍的升力来源。

因此、“流体经过桨叶背风面宽度和迎风面长度方向因流速不同，而产生更大升力和推动力来源”。因为螺旋桨的桨叶在长宽方向之间距离差至少有10多倍，使流体经过迎风面长度方向的路径比经过背风面宽度方向的路径相差至少相差有10多倍，从而产生比传统螺旋桨大10多倍的更大升力来源。

进一步地，因为直升机螺旋桨的桨叶在长宽方向之间的距离差至少有10多倍，所以流体通道内可以不设有延长流体通过路径的扰流装置，流体从桨叶的长宽不同方向经过也能产生至少10多倍的压力差。

进一步地，在桨叶壳体上按需要局部或整体设置高速流体层303，从而在该局部或整体产生升力来源。

如，在桨叶迎风面壳体长度方向的前后部区域之间形成压力差；即在桨叶迎风面的中部至桨叶尾部的距离之间设有高速流体层303，使桨叶前半部产生的低流速高压力，向后半部高速流体层303产生的高流速低压力转移压力差，多个桨叶从前向后转移的压力差，共同使螺旋桨更快的转动。

如，桨叶迎风面在宽度方向的左右两侧面之间形成压力差；即在桨叶迎风面的宽度旋转方向同一侧面，设有第一通气口和流体通道与排气口8相通而形成高速流体层303，使桨叶另一侧面产生的高压力，向高速流体层303转移压力差，从而在桨叶宽度方向的左右侧面之间产生压力差而形成推动力来源。

同理，在桨叶迎风面长度方向的前部、中部、后部区域上，或浆叶迎风面在旋转方向相同一侧面的宽度方向的区域上，形成的高速流体层303与浆叶迎风面的另外区域之间，因流速不同而产生压力差，而在该需要的局部或整体产生升力和推动力。

进一步地，优选尾部的排气口8设在浆叶壳体最远端的旋转方向相反的一侧，使各桨叶尾部的排气口8同时、同方向、把大量高速流体向外部高速排出，从而共同产生一定推动力。

请参照图2-4，本发明的实施二为：

与实施例一不同的是，本实施例为一种螺旋桨驱动的飞机，在机身1的前方设有螺旋桨2，在桨叶背风面301均布的多个第一通气口4与流体通道相通；在螺旋桨的桨叶3的迎风面通过多个通气管9或/和第二通气口5与背风面相通，螺旋桨的桨叶3在迎风面301产生的低流速、高压力向背风面302产生的高速流体层303转移压力差。

当螺旋桨驱动飞机飞行时，把前方迎风面301的流体吸入后从背风面302向外排出，产生的反作用推动力来驱动飞机行驶。

此时螺旋桨高速旋转时产生很大的离心力，在离心力产生极强牵引力的作用下，使流体瞬间从背风面302均布的多个第一通气口经过流体通道6，从桨叶尾部的排气口8把流体高速向外部排出。

由于桨叶3的流体通道6内设有扰流装置7来延长多倍流体通过的路径，此过程中因流体通道6通过背风面302均布的多个第一通气口4，把流体高速的吸入流体通道6内再从尾部排气口8排出，使背风面302均布的各第一通气口4附近、以至整个背风面和流体通道6内形成高速流体层303产生的高流速低压力，与其迎风面301产生的低流速高压力之间形成多倍的压力差，于是迎风面301低流速产生的高压力，必然通过均布的多个第二通气口5或/和通气管9直接向背风面302形成的高速流体层303转移压力差，于是在桨叶的整个背风面302瞬间形成多倍的压力差转移区304，从而产生从迎风面向背风面方向的压力差，而压力差就是推动力，由此产生比传统螺旋桨更大的推动力来源。

进一步地，因为螺旋桨的桨叶背风面和迎风面在长、宽方向之间距离差多倍，使流体从背风面长度方向经过的流速，比从迎风面宽度方向经过的流速大多倍，从而又产生比传统螺旋桨更大的推动力来源。

本发明在传统反作用推动力基础上，并没多少增加额外的动力，通过螺旋桨的各个浆叶3的迎风面301上的低流速产生的高压力，向背风面302和流体通道6共同形成高速流体层303转移压力差，从而形成转移区304，由此产生比传统螺旋桨反作用推动力更大的推动力来源。

请参照图1所示，本发明的实施例3，与实施例1-2不同的是，没有流体通道，在螺旋桨的桨叶背风面和迎风面之间通过均布的多个通气口9相连通；通过公知常识可知:螺旋桨上部的流速大于下部流速而产生压力差和升力，而不会减少流体阻力；因此在压力差的作用下使背风面产生的低流速高压力，很容易通过多个均布的通气口9向迎风面产生的高流速低压力转移压力差；因此背风面和迎风面分别承受的不同方向的流体压力，统统改变为迎风面上面在同一方向的压力差转移区304，而其压力方向与迎风面的外界压力方向相反而相互抵消，使螺旋桨的流体阻力显著减少。同理，请参照图4所示:对螺旋浆驱动的飞机，在桨叶迎风面和背风面之间通过多个均布的通气口9相通来减少流体阻力。

进一步地，在螺旋桨背风面和迎风面之间的，前部、中部、后部、或所需的局部或整体通过多个通气口9相连通。

综上所述：本发明把螺旋桨高速转动产生的流体阻力，即在浆叶壳体迎风面和背风面分别承受的不同方向的流体压力，统统改变为同一方向的流体压力，其压力方向与外界的压力方向相反而相互抵消，而相互抵消多少压力、就获得多少升力和推动力，本发明通过减少流体阻力来产生更大的升力和推动力。

本发明在不增加额外能耗的状态中，产生上述升力和推动力来源，与螺旋桨产生的传统的升力和推动力一起叠加，共同使旋翼飞行器(例如螺旋桨驱动直升机或飞机)产生更大升力和推动力来源，为旋翼飞行器的未来的发展开辟全新的方向。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种螺旋桨驱动的直升机,包括由多个桨叶构成的螺旋桨，其特征在于：所述桨叶内部设有流体通道，所述桨叶迎风面的第一通气口通过流体通道与的桨叶尾部的排气口相通，所述桨叶背风面通过通气管或/和第二通气口与迎风面相通，使桨叶背风面的高压力向迎风面的低压力转移压力差而产生升力。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨驱动的直升机,其特征在于：所述在桨叶迎风面的长度方向均布的至少两个第一通气口与流体通道相通，所述背风面在长度方向均布的至少两个第二通气口与流体通道相通；所述桨叶背风面和迎风面之间通过至少两个通气管相连通。

3.根据权利要求1所述的螺旋桨驱动的直升机,其特征在于：包括扰流装置；所述流体通道内设有延长流体通过路径的扰流装置，所述扰流装置为凹凸扰流面或螺旋扰流条。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨驱动的直升机,其特征在于：所述第一通气口的通气面积大于第二通气口和通气管的通气面积；所述第一通气口、第二通气口及通气管在桨叶长度方向的局部或整体设置。

5.根据权利要求1所述的螺旋桨驱动的直升机,其特征在于：所述桨叶内的流体通道与桨叶长度方向最远端的尾部排气口相通；所述排气口设在浆叶的旋转方向的相反的一侧；所述在桨叶迎风面长度方向的前部、中部、后部、或在浆叶迎风面宽度方向的旋转方向的相同一侧面的区域上，设有第一通气口，所述第一通气口与流体通道相通而在该区域上形成高速流体层。

6.一种螺旋桨驱动的飞机,包括由多个桨叶构成的螺旋桨，其特征在于：所述桨叶内部设有流体通道，所述桨叶背风面的第一通气口通过流体通道与桨叶尾部的排气口相通，所述桨叶背风面通过通气管或/和第二通气口与迎风面相通，使桨叶迎风面的高压力向背风面的低压力转移压力差而产推动力。

7.根据权利要求6所述的螺旋桨驱动的飞机,其特征在于：所述在桨叶背风面长度方向均布的至少两个第一通气口与流体通道相通，所述在桨叶在迎风面长度方向均布的至少两个第二通气口与流体通道相通；所述桨叶背风面和迎风面之间通过至少两个通气管相连通。

8.根据权利要求6所述的螺旋桨驱动的飞机,其特征在于：包括扰流装置；所述流体通道内设有延长流体通过路径的扰流装置，所述扰流装置为凹凸扰流面或螺旋扰流条。

9.根据权利要求6所述的螺旋桨驱动的飞机,其特征在于：所述第一通气口的通气面积大于第二通气口和通气管的通气面积，所述第一通气口、第二通气口及通气管在桨叶长度方向的局部或整体设置。

10.根据权利要求6所述的螺旋桨驱动的飞机,其特征在于：所述桨叶内的流体通道与桨叶长度方向最远端的尾部排气口相通；所述排气口设在浆叶的旋转方向的相反的一侧；所述在桨叶背风面长度方向的前部、中部、后部或浆叶背风面在宽度方向的旋转方向的相同一侧面的区域上，设有第一通气口，所述第一通气口与流体通道相通而在该区域上形成高速流体层。

11.一种螺旋桨驱动的直升机或飞机,包括由多个桨叶构成的螺旋桨，其特征在于：所述桨叶迎风面和背风面之间的局部或整体，通过多个均布的通气口相通。