CN108367801B - 推进器 - Google Patents

Abstract

一种推进器，具有用于在非轴向方向上生成流体流以及在轴向方向上重定向流体流的器件。

Description

推进器

技术领域

本发明涉及可用于例如飞机、船舶、涡轮机、无人飞行器和空气循环装置的推进器。

发明内容

本发明的实施方式提供了一种推进器，该推进器具有多个叶片、用于生成非轴向升力的器件以及用于重定向非轴向流体流以生成轴向快速运动或轴向推力的装置，其中，非轴向升力生成非轴向流体流。推进器可包括轮毂或轮辋或“无毂”形式。多个叶片从轮毂向外延伸或从轮辋向内延伸。每个叶片均可形成可打开或可闭合的环形结构，以及具有从轮毂径向向外延伸或从轮辋或“无毂”形式向内延伸的尖端部、进入部、排出部。用于生成非轴向升力和非轴向流体流以生成轴向推力的器件可是叶片的配置，其中，在多个叶片中的每个的横截面轮廓中，在尖端部的至少部分中，从旋转轴线到叶片的前缘的距离大于从旋转轴线到叶片的后缘的距离。

叶片可具有进入部、排出部以及连接进入部和排出部的尖端部，但不一定是分立的部件。推进器具有进入根部和排出根部，该进入根部和排出根部例如位于轮辋或轮毂处。尖端部可包括90度的侧倾角，其中，在进入根部处侧倾角为零。尖端部的竖直角和俯仰角可始终是正值。在示例性实施方式中，尖端部生成比进入部或排出部更大的非轴向升力。

在示例性实施方式中，当通过叶片的给定参数区段生成的非轴向升力的量大于生成的轴向升力的量时，出现从进入部到尖端部的过渡。

附图说明

关于公开的推进器的示例性实施方式的具体描述，结合以下示例参考下文提供详细描述：所有附图都是所公开的推进器的示例性实施方式。

图1A至图1E示出示例性推进器的各个视图。

图2示出限定推进器叶片的参数区段。

图3示出叶片参数区段的几何形状。

图4A至图4F示出推进器叶片的进入部、尖端部和排出部中的参数区段的倾度的测量。

图5A至图5F示出在推进器叶片的进入部、尖端部和排出部中的参数区段的斜交角和竖直角的测量。

图6示出围绕推进器叶片的示例性流体流。

图7A至图7D示出所选参数区段的α值和半径值的示例。

图8A至图8H示出限定参数区段或叶片的各种参数的示例性值或相对值。

图9A至图9F示出叶片选定参数区段的俯仰角。

图10A至图10B示出涡轮扇发动机的视图。

图11示出无人驾驶飞行器。

图12A至图12C示出关于所选参数区段的侧倾角。

图13A至图13G示出无毂且具有环的推进器，推进器叶片从该环延伸。

图14A至图14B示出双叶片推进器及其横截面。

图15A至图15B示出三叶片推进器及其横截面。

图16A至图16B示出5叶片推进器及其横截面。

图17A至图17B示出7叶片推进器及其横截面。

图18A至图18G示出具有高倾度的推进器的示例性实施方式。

图19A至图19G示出具有用于进入和排出的高倾度的推进器的另外的示例性实施方式。

图20A至图20I示出内置推进器。

图21A至图21G示出具有通过轮毂排出的推进器。

具体实施方式

图1A至图1E示出了根据示例性实施方式的推进器100。图1A示出了推进器100的立体图。图1B示出了推进器100的侧视图，以及图1C示出了推进器100的相对侧的侧视图。图1D和图1E分别示出了推进器100的俯(前)视图和仰(后)视图。推进器100包括多个叶片102、104、106，每个叶片均具有尖端部122、进入部124和排出部126。在该示例性实施方式中，叶片102、104和106从轮毂128延伸。每个叶片102、104、106分别具有中线108、110、112。叶片102、104、106围绕轮毂轴线103旋转。为了简明，即使没有物理轮毂，术语“轮毂”也可用于包括任何旋转轴线。

叶片具有用于生成非轴向升力和非轴向流体流的器件，以及用于将非轴向流体流重定向为轴向流体流的器件。在示例性实施方式中，用于生成非轴向升力和非轴向流体流的器件是叶片尖端部的配置，该配置会在下文中详细地描述。在示例性实施方式中，用于将非轴向流体流重定向为轴向流体流的器件是尖端部和进入部的配置，以及还可包括排出部，这也会在下文中详细地描述。

本文使用的术语“推进器”可包括旋转叶片装置，该旋转叶片装置可用于排出流体以推进设备，或该旋转叶片装置用于诸如冷却装置或其他空气循环风扇的固定装置，该固定装置使诸如空气的流体通过该固定装置或围绕该固定装置移动。

推进器100具有围绕轮毂128以相等增量设置的三个叶片102、104、106。推进器的公开实施方式可具有例如在同一平面内旋转的两个、三个、4个、5个、6个、7个或8个叶片。叶片的数量通常会取决于推进器的实际应用。例如，附加的叶片可有利于增加船或飞机的重量，在船或飞机中，使用推进器来增加叶片的面积，因而减少叶片负载。

叶片102、104、106可配置成绕与轮毂轴线103相对应的轴线旋转，但在不具有轮毂的设备中，诸如在叶片从旋转支承件向内延伸的配置中，支承件的旋转可由电磁场生产。轮毂128还可是中空的，以及其表面可具有诸如在离心风机中的开口。

图2示出了具有参数区段1-29的叶片200，其中，参数区段1位于进入根部204附近，参数区段29位于排出根部206附近。每个参数区段均代表一组物理特性或测量值，参数区段值确定叶片区域的特性。作为一组的参数区段确定叶片200的形状及叶片200的性能。在示例性实施方式中，参数区段是等距间隔开，但可选择以不等距间隔开。图2仅用于说明如何布置叶片参数区段以限定叶片的几何形状。参数区段表示在沿着叶片的具体位置处的、叶片200的形状和定位。在参数区段之间形成平滑过渡以生成叶片。如本文所使用的，“定位”可包括位置。在图2的示例性实施方式中，叶片区段1-29是沿着不规则的螺旋中线202设置的平面区段。本文所用的“不规则螺旋”意指从数学螺旋定义公式或3-D空间中的螺旋衍化而来，其中，螺旋上任何点处的切线与推进器轴线之间的角度不是恒定的。叶片可具有或至少部分具有不规则的、非螺旋中线，或中线可全部为不规则螺旋线。

尽管图2中示出了29个叶片区段，但可使用更多或更少的区段来限定叶片。另外，区段可存在于轮毂内或部分存在于轮毂内，该轮毂没有示出或没有完全示出。叶片可通过平面参数区段或圆柱形参数区段来限定。

参数区段1-29例如通过诸如侧倾角和竖直角(α)的定位变量来限定；以及可通过包括位置变量来限定；以及可通过诸如弦长、厚度和外倾角的形状变量来限定。其他示例性定位变量或位置变量包括倾角、斜交角和半径。这些变量中一些或更多可通过叶片或叶片部发生变化，而有些变量可始终不变。定向变量可相对于X-Y-Z坐标系进行测量。X-Y-Z坐标系具有在轴中心线处的原点以及垂直于轴或轮毂轴线103的发生线。X轴沿着轮毂轴线103，正值向下。Y轴在沿着发生线向上，以及Z轴对用于右旋推进器的端口是正值。通过转换Z轴以及制作左手坐标系来生成左旋推进器。

参数区段可通过其弦(首尾相接)中点来定位，诸如通过使用半径、倾度和斜度。参数区段可使用角度Φ、Ψ和α来定位，这也会在下文具体示出。

图3参考叶片的横截面轮廓示出叶片参数区段的几何形状，该叶片参数区段可是示例性的参数区段300。参数区段300是非对称翼型的形式。翼型通过弯曲的叶片表面线302和大致平坦的叶片表面线304限定，在参数区段的前缘310处具有圆形鼻部306，以及在参数区段300的后缘312处具有尖锐的或不太圆的尾部308。参数区段也可是对称翼型的形状。附加参数区段形状包括例如具有平行叶片表面线302、304的形状。叶片表面线302、304也可是线性的以及彼此成角度的。鼻部边缘和尾部边缘可都是圆形的、都是平坦的(垂直于叶片表面线302、304中的一个或两个)、或者鼻部或尾部中的一个可是圆形的而另一个是平坦的。例如，由板材形成的叶片通常会呈现平行的叶片表面线302、304。在由板材形成的叶片的示例性示例中，叶片的前缘是圆形的，以及后缘是平坦的或不太圆的，但进入部和后缘都可是圆形的。

参数区段的示例性形状变量限定如下：

半径：术语“半径”用于限定参数区段的形状及参数区段相对于X-Y-Z坐标系的定位。关于参数区段的形状，半径可指例如参数区段300的鼻部306的曲率，以及因而会被称为“鼻部半径”。参数区段300上的其他点可用于计算半径。举例来说，可基于最大厚度316和弦314的长度来计算参数区段的前缘半径。

弦：弦是参数区段的首尾相接线314。

厚度：各种厚度测量可限定参数区段，例如最大厚度316。另一示例性示例是后缘厚度，该后缘厚度可作为最大厚度316的百分比来计算。例如，后缘厚度可是参数区段300的最大厚度316的8％。

曲面：曲面318限定参数区段的曲率。

示例性的定位变量包括：

倾度：倾度是参数区段弦中点的轴向位置。

“轴向位置”在该实例中意味着沿着与推进器旋转轴线重合的X轴。图4A至图4F示出了各种参数区段的示例性倾度的测量。图4A至图4F中的每个均示出了坐标X、Y和Z，其中，X轴与推进器旋转轴线重合，以及Y轴和Z轴垂直于X轴，以及这三个轴相互垂直。参数是从坐标系的原点开始测量的。在示例性实施方式中，坐标系的原点沿着推进器的旋转轴线，以及比排出根部更靠近进入根部。示例性地，沿着X轴朝向进入根部的值是负值，以及朝向排出根部是正值。通常，根据需要定位坐标系，以及从所选坐标系的原点测量所有参数或几何图形。

图4A和图4B示出了叶片400的进入部402上的参数区段412、414的倾度。图4A中的参数区段412朝向叶片400的尖端部404。参数区段414朝向进入根部406。沿推进器旋转轴线或沿着平行于旋转轴线的直线测量倾度。在图4A、图4B的示例性示例中，倾度是在等于零的X处从点A到点B的X坐标值的距离，其中，点B在参数区段412、414的弦的中点410处。点B的X坐标值在图4A至图4F中通过Bx来表示。

图4C和图4D示出了叶片400的尖端部404上的参数区段418、420的倾度。图4C中的参数区段418处于叶片400的尖端部404中的第一位置处，其中，侧倾值(下文具体地描述)大于零度且小于90度。图4D中的参数区段420处于尖端部404中的第二位置，其中，侧倾值等于或大于90度。在图4C、图4D的示例性示例中，倾度是等于零的X处的点A到点B的X坐标值Bx的距离，其中，点B处于参数区段418、420的弦的中点410处。图4E和图4F示出了在叶片400的排出部426上的参数区段422、424的倾度。图4E中的参数区段422朝向叶片400的尖端部404。参数区段424朝向排出根部428。在图4E、图4F的示例性示例中，倾度是在等于零的X处从点A到点B的X坐标值的距离，其中，点B在参数区段422、424的弦的中点410处。

俯仰角：俯仰角是参数区段的弦线与垂直于X轴的平面之间的角度。俯仰角可基于节距和叶片半径来计算。图4A和图4C提供了参数区段俯仰角的示例。图4A和图4C分别示出了参数区段412和418的俯仰角。

半径：定位半径是参数区段从轮毂中心208到弦314的中点320的距离。弦314也可称为首尾相接线。本段中描述的半径会称为参数区段定位半径，以便将其与鼻部半径或其他参数区段形状半径区分开来，该其他参数区段形状半径不是相对于X-Y-Z坐标系测量的。弦314的中点320是中线202会通过的参数区段弦线上的点。这在图2中通过从轮毂中心208延伸到参数区段5的弦的中点的线R示出。应注意的是，在图2中参数区段5的弦及其中点没有具体示出。

图5A至图5F示出了沿叶片旋转轴线X观察的叶片400。图5A至图5F确定代表性参数区段半径和斜交角。图5A示出了叶片400的进入部402中的参数区段412的半径。图5B示出了参数区段414的半径，该参数区段比叶片400的进入部402中的参数区段412更远离进入根部406。图5C和图5D分别示出了参数区段418和420的半径，其中，参数区段418、420位于尖端部404中。图5E和图5F分别示出了排出部426内的排出参数区段422和424的半径。参数区段412、414、418、420、422和424在进入部402、尖端部404或排出部426中的位置仅为了便于讨论而提供。实际参数值和产生的流体流可另外限定区段的位置。

图5A至图5F具体示出了参数区段412、414、418、420、422、424的斜交角。斜交角是从弦314的中点410到发生线的投影角度，在该示例性实施方式中，是沿着轮毂轴线103(X轴)朝向Y轴线。

图7A至图7D除了示出斜交角和半径外，还示出了在图7A至图7D中的每个上标记的参数区段竖直角α。竖直角也可称为“升角”。α是参数区段相对于垂直于偏斜线的线旋转的角度，该线在图7A至图7D中标识并在下文描述。上述偏斜线是指与形成斜交角的零偏斜线一起的线。取决于α的值，参数区段的鼻部会从垂直于相对于零偏斜线形成斜交角的偏斜线的线上“提起”或“下垂”，其中，零偏斜线与在图7A至图7D上标识的坐标系统的Y轴重合。

应注意的是，图5A至图5F未示出α，因为α等于零。当α为零时，参数区段的弦垂直于零偏斜线。这可通过比较图5A至图5F与图7A至图7D来理解。

侧倾：侧倾是参数区段围绕其弦线旋转的角度。如本文所述，零侧倾值处于平行于轮毂轴线的平面中。在示例性实施方式中，在进入根部132处侧倾为零，在排出根部134处侧倾为180度，以及90度的侧倾位于尖端部122内的位置处。

会通过特征的组合来描述各种示例性实施方式。所公开的推进器包括特征的不同组合、元件的等同物，以及还可包括其中并不包括所有特征的实施方式。

在推进器的示例性实施方式中，推进器包括大致如图1A至图1E所示的回路形式的多个叶片。图1A中的推进器仅认为是将推进器区域的细节等同的一般参考。推进器叶片的实际形式会根据参数和指定的范围而变化。

推进器100的每个叶片102、104、106均包括尖端部122、进入部124和排出部126。在示例性实施方式中，进入部为叶片的0-45％，尖端部为叶片的30％-75％，以及排出部为叶片的50％至90％。

尽管叶片之间的变化在实施方式的范围内，但推进器100可具有不同数量的叶片，每个叶片优选具有相同的特性和参数。叶片的示例性数量在两个与12个之间，但单个推进器中可包括更多的叶片。在具体实施方式中，推进器可具有三个、4个、5个、7个或11个叶片。在具有环状叶片的推进器实施方式中，叶片在轮毂128处具有进入根部132以及在轮毂128处具有排出根部134。进入部124、尖端部122和排出部126一起可形成闭环，或该环可在进入“根部”或排出“根部”处打开。

侧倾：例如，侧倾角(Psi)是关于弦314的定位角度。返回参考图1A至图1E，对于具有轮毂128的推进器，进入部124通常从轮毂128向外延伸。进入部124可在进入根部132处具有零侧倾。进入部124配置成仅生成轴向提升或生成的轴向提升比非轴向提升更大。进入部124中所有参数区段的侧倾值可为零。用于进入部124中的参数区段的示例性侧倾值的范围包括从进入根部132处的零进展到在从进入部124过渡至尖端部122处大约1度至35度之间。用于进入部124从进入根部132到尖端部122的附加侧倾值范围包括：从零度到约5度至25度之间，以及从零度至约10度至20度之间。

尖端部122还可通过尖端部进入端限定，以及还可延伸至尖端部排出端，其中，尖端部进入端从侧倾值的零点的第一偏差开始，尖端部排出端开始于90度或刚好大于90度的侧倾值。

尖端部122配置成仅生成非轴向升力、生成的非轴向升力比轴向升力更大、或生成比进入部124更多的非轴向升力。尖端部122中参数区段的侧倾值会从小于90度转变至大于90度。尖端部122的示例性侧倾值范围包括在从进入部124通过91度与150度之间的过渡处的1度与46度之间，其中，在91度与150度之间尖端部过渡至排出部126。尖端部122的附加的示例性侧倾值范围包括从进口部124的过渡处开始，在5度和25度之间以及过渡至110度至135度之间的侧倾。

在示例性实施方式中，当通过给定参数区段生成的非轴向提升量大于轴向提升量时，从进入部124到尖端部122发生过渡。在本发明的具体实施方式中，当侧倾是45度时，或当侧倾在40度至50度的范围内时发生这种过渡。

排出部126配置成比尖端部122生成更少的非轴向升力。在本发明的示例性实施方式中，叶片配置成使得与进入部124或排出部126相比，在尖端部122中的平均非轴向升力最大。在示例性实施方式中，叶片配置成使得在排出部126中的平均非轴向升力，如果有的话，大于进入部124中的平均非轴向升力。排出部126的示例性侧倾值范围包括在排出根部134处通过180度从尖端部122到排出部126的过渡处的91度与150度之间。附加的示例性范围包括在从尖端部122的过渡处开始，在91度与135度之间以及在排出根部134处过渡至180度的侧倾。

图8A至图8H示出了限定参数区段或叶片的各种参数的示例性值或相对值。图8A示出了从叶片的进入根部到排出根部的实例性侧倾值。在示例性实施方式中，从进入根部132开始通过排出根部134，参数区段侧倾在叶片的前25％上从约0度过渡至5度，在接下来的50％的叶片上从约5过渡至约162度，以及在叶片的最后25％上从约165度至约180度。

在示例性实施方式中，非轴向升力通过叶片的10％至90％生成。另外的示例性范围包括10％至75％以及25％至50％。

图6示出了示出围绕叶片602、604的流体流的推进器600的示例性示例。进入部606、608分别示出了在叶片602、604的进入部606、608处在轴向方向上的流体流。随着推进器向前移动或流体通过叶片602、604移动时，流体流保持轴向。随着流体分别从叶片602、604的排出部610、612分离，流体流仍然是轴向的。

在叶片602、604的尖端部内，从非轴向升力生成轴向推力。非轴向升力导致流体流入推进器叶片，诸如在回路内部。流体非轴向地遇到尖端部610、612的前缘。随着尖端部610、612拉入流体，重新引导流体在叶片602、604的环内朝向轴向。非轴向升力可导致由尖端部生成的阻力。随着流体通过叶片602、604的后缘时，在尖端部610、612中，流体在轴向方向上或比流体进入叶片602、604的环的内部时更多地朝向轴向方向。

在示例性实施方式中，推进器600配置成在推进器后面生成流体流的自由流和射流的混合物，其中，混合区域大于推进器的直径，其中，在这种情况下，推进器的直径是通过轮毂轴线的测量推进器的最大跨度的结果。

返回参考图1A图1E，尖端部122、进入部124和排出部126不一定延伸相等的距离，诸如沿中线108、110、112延伸。在示例性实施方式中，进入部124包括比排出部126更短的距离。因此，沿着中线108、110、112的距离从排出根部134延伸的距离比从进入根部132延伸的距离大，其中，叶片配置成将轴向升力重新引导至非轴向升力。在示例性实施方式中，进入部124延伸在中线长度的10％至50％范围内的距离，排出部126延伸在中线长度的10％至60％范围内的距离；以及尖端部122延伸为中线长度的5％至60％的距离。

图8B示出了从叶片的进入根部到排出根部的、示例性的相对俯仰角度值。在示例性实施方式中，从进入根部132开始通过排出根部134，参数区段俯仰角从约70度过渡至约35度，在叶片接下来的50％上，俯仰角从约35度过渡至约25度，以及在叶片的最后25％上，俯仰角从约25度过渡至约75度。在本发明的示例性实施方式中，尖端部122始终具有非零俯仰角。在本发明的示例性实施方式中，尖端部122限定为以及配置为具有非零俯仰角且重新导向非轴向升力以生成轴向推力。

根据示例性实施方式，图8C示出了从叶片的进入根部到排出根部的竖直角α。竖直角使参数区段远离垂直于斜度。在示例性实施方式中，对于所有参数区段，竖直角为零。在另一实施方式中，对于所有参数区段，进入部和尖端部的竖直角为正，以及对于所有参数区段，排出部的竖直角为负。在又一实施方式中，尖端部122可至少具有一个具有非零竖直角的参数区段。在其他实施方式中，尖端部和进入部的平均竖直角大于排出部的平均竖直角。

在示例性实施方式中，排出部126中的参数区段的平均竖直角大于进入部124中的参数区段的平均竖直角。

尖端部122的竖直角的示例性范围包括0至1度、1度至10度；4度至6度；0度至5度；1度至4度；以及2度至3度。整个叶片的竖直角也可为零。尖端处的竖直角可导致将流体吸入叶片“环”的内部以及可因而引起阻力。尖端处的竖直角也可生成偏离行进方向的流体流，该流体流重定向至环内的轴向流体流。尖端区域中的竖直角越大，非轴向升力的量越大，以及因此非轴向流体流入推进器的量越大。尖端部122中的参数区段的竖直角可在附近生成非轴向升力和阻力。在示例性实施方式中，竖直角在整个叶片上处于-45度至45度之间；整个叶片在-25度至25度之间或在-15度至15度之间。

图8D示出了从叶片的进入根部到排出根部的示例性相对半径值。在示例性实施方式中，参数区段的半径在开始于进入根部132的、整个叶片的前60％至80％增加，以及然后，通过参数区段至排出根部134减小。如本段和别处所用，通过参数区段的参数转换对应于通过叶片的转换。

图8E示出了从叶片的进入根部到排出根部的示例性倾度值。在示例性实施方式中，倾度可从进入根部132到叶片的前30％至40％逐渐负向变小。然后，倾度可会在叶片接下来的10％至15％增加，直到达到正值。然后，倾度可会在叶片的20％至40％继续增加，以及然后，在叶片的其余部分趋平或减少。从0的位置的进入根部到正的排出根部值，倾度也可是线性的。

图8F示出了从叶片的进入根部到排出根部的示例性的相对斜度值。在示例性实施方式中，斜度值从进入根部132通过排出根部134不断增大。在另一示例性实施方式中，斜度值可持续减小，使得排出部在其旋转平面上位于进入部和尖端部的前方。参数区段弦314可在整个叶片或叶片的部分中垂直于偏斜线，其中，垂直于弦314的偏斜线是与零偏斜线形成斜交角的偏斜线。

图8G示出了从叶片的进入根部到排出根部的示例性相对外倾角值。在示例性实施方式中，参数区段的外倾角从在进入根部132处的正值转变为在排出根部134处的负值，其中，叶片的吸力侧在从正外倾角到负外倾角的界面处从尖端部到排出部的过渡部附近变为叶片的压力侧。

图8H示出了从叶片的进入根部到排出根部的示例性相对弦值。在示例性实施方式中，弦从进入根部132减小，以及然后，开始朝向排出部126增加，以及继续增加至排出根部134。在其他示例性实施方式中，弦从进入根部132增加，以及然后，朝向排出部126减小，以及继续减小至排出根部134。

在示例性实施方式中，从尖端部进入端到尖端部排出端的尖端部122呈现出以下特征中的一个或多个：

·平均非轴向升力大于平均轴向升力；

·从尖端部进入端到尖端部排出端的非轴向升力；

·α值始终为零；

·俯仰角始终为正；

·节距始终为正；

·在尖端部122的70％至95％之间的整个部分中具有正俯仰角；

·在从具有80度侧倾值的参数区段延伸至具有95度侧倾值的参数区段的尖端部的最大叶片半径值。

以下图表提供了选定参数区段的示例值。参数区段是来自通过30个参数区段限定的叶片中的区段2、6、11、19、25和29。参数区段2是所选参数区段中最靠近进入根部132的区段。参数区段29是所选参数区段中最靠近排出根部134的区段。

图5A至图5F分别提供了参数区段2、6、11、19、25和29的示意图。如上所述，图5A至图5F示出了具有零α值的参数区段。在示例性实施方式中，这些参数区段可为全部具有形成推进器叶片的零α值的一组参数区段的部分。

参考图5A至图5F，可看出，半径从参数区段2至参数区段19增加，以及然后，在参数区段25至参数区段29减小。在整个参数区段2、6、11、19、25和29中，节距、斜度和侧倾增加。俯仰角从参数区段2至参数区段25下降，以及然后，在参数区段29上示出增加。

图9A至图9F分别提供了参数区段2、6、11、19、25和29的俯仰角的示意图。俯仰角在整个叶片上变化，其中，最大值出现在进入根部和排出根部。

图7A至图7D示出了限定在下表中示出的叶片的30个参数区段的代表参数区段6、11、19和25。这些参数包括不同的α值。下面的图表提供了所选参数区段的示例性值。

半径、节距、斜度、俯仰角和侧倾与α等于零的示例性示例具有相同的值。在通过图7A至图7D代表的实施方式中，α在参数区段6至参数区段19减小，以及然后，在参数区段19至参数区段25之间的叶片上的位置处变为负值。图7A至图7D示出了该变化。

应注意的是，在值与区段参数相关联的整个过程中，值可限定叶片各部，因为该值限定了进入部、尖端部和排出部中的每个。

推进器的示例性实施方式可具有以下特征和本文所述的任何特征中的一个或多个：

·在进入侧90度侧倾的尖端部122的至少一部分中，垂直于轮毂轴线103测量的参数区段的鼻部距离(N)大于垂直于轮毂轴线测量的参数区段的尾部距离(T)；

·80％的尖端部具有小于90度的侧倾值，以及对于尖端部的相同的80％，N>T；

·排出部126的平均俯仰角大于进入部124的平均俯仰角；

·俯仰角随侧倾的变化而变化；

·整个叶片的俯仰角为正值；

·当从推进器轴线垂直测量时，推进器叶片整个前缘的长度大于整个后缘的长度；

·第一个倾度位置(进入根部)小于最后一个(排出根部)倾度位置，因而在进入根部与排出根部之间生成间隙，排出根部位于进入根部的后部；

·斜度从进入根部132到排出根部134增加；

·进入根部位于排出根部前方，以及斜度从零开始并以正值结束；

·进入根部位于排出根部尾部，以及斜度从零开始并以负值结束；

·除尖端区域之外，整个进入部位于排出部前方；

·叶片横截面的最大厚度在弦的中点与横截面的前缘之间；

·压力面继续转向进入部的尖端，以及然后，变为排出部上的吸力面；

·进入根部132与排出根部134在一条直线上，因此斜度为零；

·与传统推进器相比，排出叶片下游的射流和自由流基本上混合；

·叶片配置为通过增加自由流和射流的混合来“有效地增加”推进器的直径；

·排出叶片在其根部端的俯仰角大于进入叶片在其根部的俯仰角；

·尖端部具有比进入部更靠近排出部的90度的侧倾角；

·进入根部和排出根部之间的间隙；

·参数区段的弦长在整个叶片中变化；

·限定叶片的参数区段是平面的并垂直于中线；

·限定叶片的部分或全部参数区段是非平面的、圆柱形的中线。

·排出部中倾度为负；

·排出部中倾度为正，以及

·不同配置的叶片整合到单个推进器中。

推进器变体可具有相同的中线，但在其他参数中有所不同。根据本发明的示例性实施方式的一系列推进器可基于共同中线，该中线具有变化的参数区段节距、迎角、角度、倾度、表面积、面积比、样条曲线、横截面轮廓、弦长、竖直角、侧倾以及其他叶片参数。

图14A至图14B、图15A至图15B、图16A至图16B、图17A至图17B分别示出了具有两个叶片、三个叶片、4个叶片和7个叶片的推进器的侧视图和剖视图。在推进器的前部位置沿着旋转轴线截取横截面。横截面通常位于叶片的尖端部122中。从每个剖视图中可看出，对于叶片的每个横截面，在尖端部122的这些具体区域中，从旋转轴线到叶片横截面的前缘的距离A大于从旋转轴线到叶片横截面的后缘的距离B。在本发明的示例性实施方式中，对于所有尖端部122，A大于B。在本发明的另一示例性实施方式中，对于尖端部122的50％至100％，A大于B。在另一实施方式中，A大于B的尖端部122的百分比在85％至90％的范围内。通常，A与B的长度之间的差越大，从非轴向方向拉入的流体越多。同样地，A大于B的叶片的百分比越大，从非轴向方向拉入的流体就越多。

已将示例性实施方式示出或描述为具有轮毂的推进器。本文描述的叶片也可用在诸如在图13A至图13G中所示的无毂推进器装置中。图13A是“无毂”推进器800的立体图。在该实施方式中，具有7个叶片804，每个叶片均具有从轮辋802延伸的进入根部132和排出根部134，其中，尖端部122朝向推进器的中心。图13B至图13G分别示出了俯视、仰视，“前视”、“后视”、“左视”和“右视”的视图。术语“左视”、“右视”、“前视”和“后视”仅用于示出目的，以围绕推进器从90度的间隔区分视图，但作为圆形装置，没有字面意义。叶片遵循与具有轮毂的推进器相同或相似的特性，由于推进器轮辋，所以该推进器具有一些不同的气流。

还公开了用于生成根据本文所述的任何实施方式的推进器的方法。在示例性实施方式中，提供多个独立可修改的定位变量和形状变量，以限定形成推进器叶片的多个参数区段的定位和形状。形状变量和定位变量可是本文公开的那些变量的任何组合。参数区段可是平面的或圆柱形的。在示例性实施方式中，诸如本文所述，修改变量以根据需要引导和重定向升力。然后，使用配置的参数区段，以通过在参数区段之间外推，从而形成平滑线来形成叶片。该方法可用于形成如本文所述的任何叶片。

本发明包括其中结合有所公开的推进器的几种不同装置。例如，本发明包括以下示例性装置：推进机、导管推进器、封闭式推进器、叶轮、飞机、船舶、包括风力涡轮机的涡轮机、冷却装置、加热装置、汽车发动机、无人飞行器、涡轮扇发动机(水力喷射)、空气循环装置、压缩机、喷水式推进器、离心式风机、喷气发动机等。本发明还包括制造和设计推进器的方法，该推进器包括根据本文所述、图示或要求保护的任何实施方式的任何以上列出的装置；制造包括任何上述推进器的装置的方法；一种制造产品的方法，其中，该方法包括安装包括任何上述推进器的装置。

侧倾与沿中线的距离的比率可是具体推进器是否适合于应用的因素。例如，较大的每给定距离的侧倾生成更深的叶片轮廓，以及因而，可更适合作为用于冷却或通风装置的风扇应用。

在示例性实施方式中，例如在图10A和图10B中所示，将如本文所述的推进器结合至涡轮扇发动机中。涡轮扇发动机可具有例如8个至12个叶片。应注意的是，图10A至图10B中示出的叶片不一定是本文所述的类型。该图仅用于指示装置的类型。

在本发明的另一示例性实施方式中，将如本文所述的推进器结合到诸如图11所示的无人驾驶飞行器或无人驾驶装置中。应注意的是，图11中描绘的叶片不一定是本文所述的类型。该图仅用于指示设备的类型。

图18A至图18G、图19A至图19G、图20A至图20I以及图21A至图21G中提供了示例性推进器的各种实施方式和视图。在图纸上提供包括俯视、仰视、“前视”、“后视”、“左视”、“右视”以及立体图的视图以及进行标记。术语“左视”、“右视”、“前视”和“后视”仅用于示例目的，以区分围绕推进器以90度间隔的视图，但作为圆形设备，这些术语没有意义。图18A至图18G示出了用于叶片进入部的具有高倾度值的推进器的示例性实施方式。图19A至图19G示出了具有用于进入和排出的高倾度值的推进器的具体示例性实施方式。图20A至图20I示出了内置推进器。图21A至图21G示出了用于舷外机的具有通过轮毂排出的推进器。

已描述了本发明的各种实施方式，每个实施方式均具有不同的元件组合。本发明不限于所公开的具体实施方式，以及可包括所公开元素的不同组合或某些元素的省略以及这种结构的等同物。

尽管已通过示例性实施方式示出了本发明，但是本领域技术人员会实施附加的改进和变型。因此，本发明在更广泛的方面不限于本文示出和描述的具体细节。在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，可例如进行叶片的数量和叶片的曲率的修改。因此，本发明旨在不限于具体的示例性实施方式，而是在所附权利要求及其等同物的全部范围内进行解释。

Claims (30)

1.一种用于流体的推进器，所述推进器用于推进物体或人或用于移动所述流体，所述推进器包括：

多个叶片；

用于生成非轴向升力和非轴向流体流的器件；

用于将所述非轴向流体流重定向至轴向流体流的器件；

旋转轴线，与轮毂一致；

所述多个叶片从所述旋转轴线径向向外延伸，并且围绕所述旋转轴线设置；

每个叶片均形成环，并且具有从所述旋转轴线径向向外延伸的尖端部、进入部和排出部，

其中，用于生成非轴向升力和非轴向流体流的器件是配置的所述叶片，其中，在所述多个叶片中的每个的、垂直地从旋转轴线通过所述尖端部截取的横截面轮廓中，在所述尖端部的至少部分中，从所述旋转轴线到所述叶片的前缘的距离大于从所述旋转轴线到所述叶片的后缘的距离；所述多个叶片中的每个均在从所述进入部至所述尖端部的过渡处具有40度至50度的侧倾值，其中，当由给定参数区段生成的非轴向升力量大于所生成的轴向升力量时，出现从所述进入部至所述尖端部的过渡；以及

其中，用于将所述非轴向流体流重定向至轴向流体流的器件包括竖直角，所述竖直角在整个叶片上处于-45度至45度之间。

2.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片的尖端部包括具有90度的侧倾角的叶片区段。

3.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片具有不规则的螺旋中线。

4.如权利要求1所述的推进器，其中，

所述进入部由多个参数区段限定，所述进入部中的多个参数区段中的每个均具有侧倾值；以及

其中，在所述叶片的进入部中的所述多个参数区段的所述侧倾值在所述进入部过渡至所述尖端部处从零过渡至1度至35度之间，以及所述进入部涵盖所述叶片的0％至45％。

5.如权利要求4所述的推进器，其中，所述进入部中的所述多个参数区段的侧倾范围在从零度到5度至25度之间。

6.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片的尖端部生成比所述进入部或所述排出部更大的非轴向升力。

7.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片的参数区段的侧倾值在所述尖端部中从小于90度过渡到大于90度。

8.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片的尖端部始终具有非零俯仰角。

9.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片的非轴向升力通过所述环的部分生成，所述环的所述部分占所述叶片的10％至75％。

10.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片的俯仰角在整个所述叶片上为正。

11.如权利要求1所述的推进器，其中，在90度侧倾之前以及朝向所述尖端部的进入端，贯穿所述叶片的尖端部的至少部分，垂直于所述旋转轴线测量的、横截面的鼻部距离(N)大于垂直于所述旋转轴线测量的、横截面的尾部距离(T)。

12.如权利要求11所述的推进器，其中，所述叶片的排出部的平均俯仰角大于所述进入部的平均俯仰角。

13.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片中的每个均具有进入根部和排出根部，以及所述叶片的进入根部的倾度位置小于所述排出根部的倾度位置，从而导致所述进入根部与所述排出根部之间的间隙。

14.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片中的每个均具有进入根部和排出根部，以及所述叶片的进入根部位于所述排出根部的前方，以及斜度从零开始并以正值结束。

15.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片的排出部在其根部端部处的俯仰角大于所述叶片的进入部在其根部端部处的俯仰角。

16.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片具有闭环结构。

17.如权利要求1所述的推进器，其中，每个叶片区段在所述叶片进入部中均具有从第一根部端部区域处或附近处从零度起的侧倾角，在所述尖端部的叶片区段处尖端部增加至约90度，以及通过所述排出部在第二根部处或附近增加至约180度。

18.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片中的每个均具有进入根部和排出根部，以及所述叶片的叶片区段的侧倾角从所述进入根部至所述排出根部为0度至180度。

19.一种具有根据权利要求1所述的推进器的装置，所述装置选自：压缩机、飞机、船舶、包括风力涡轮机的涡轮机、冷却装置、加热装置、汽车发动机、无人飞行器、空气循环装置、以及喷水式推进器。

20.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片的整个尖端部的竖直角为零。

21.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片在其根部端部处的、所述叶片的排出部的俯仰角小于所述进入部在其根部端部处的俯仰角。

22.如权利要求1所述的推进器，通过平面参数区段限定，所述平面参数区段垂直地沿不规则的螺旋中线设置。

23.如权利要求1所述的推进器，其中，所述进入部具有比所述排出部的平均节距值更高的平均节距值。

24.如权利要求1所述的推进器，其中，当由所述叶片的给定参数区段生成的非轴向升力量大于所生成的轴向升力量时，出现从所述进入部至所述尖端部的过渡。

25.如权利要求1所述的推进器，其中，对于任何给定参数区段，所述竖直角的值的范围在负45度至45度之间。

26.如权利要求1所述的推进器，其中，所述叶片中的每个均具有进入根部和排出根部，以及所述叶片的倾度值从所述进入根部和在所述叶片的进入部中减小，以及在所述叶片的排出部中增加。

27.一种水力喷射发动机，包括如权利要求1所述的推进器。

28.一种推进机，包括如权利要求1所述的推进器。

29.一种喷气发动机，包括如权利要求1所述的推进器。

30.一种涡轮扇发动机，包括如权利要求1所述的推进器。

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