CN109018310A - 一种可调节涡流发生装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种可调节涡流发生装置，用于布置于桨叶(3)内，桨叶(3)的表面布置有槽口，其特征在于，可调节涡流发生装置包括：薄板(1)，其竖直布置于槽口内；转轴(2)，用于将薄板(1)枢设于所述槽口截面上；连杆(4)，其一端与作动器(5)连接，另一端与薄板(1)连接；作动器(5)，其设于桨叶(3)内，与连杆(4)连接并带动连杆(4)作动，以使连杆(4)带动薄板(1)上升或下降。通过该可调节涡流发生装置，使得螺旋桨始终工作在最佳的工作状态，有效解决了边界层分离的问题，提高了航空螺旋桨空气动力学性能。

Description

一种可调节涡流发生装置

技术领域

本公开涉及航空螺旋桨技术领域，尤其涉及一种可调节涡流发生装置。

背景技术

螺旋桨常用于中低速飞行器中，螺旋桨一般包含若干桨叶，在螺旋桨工作时，空气绕桨叶流动一般为层流，根据叶面厚度的不同，在桨叶前缘或后缘存在逆压梯度，层流边界层内流体动能往往难以克服逆压梯度的影响，使得流体过早分离，严重影响螺旋桨的平稳运行，螺旋桨工作效率较低。涡流发生器是一种流体被动控制方法，通过该装置产生高能量的翼尖涡，该高能量的翼尖涡与其下游的低能量边界层流动混合，将该能量传递给低能量边界层，使处于逆压梯度中的边界层流场获得附加能量后能够继续贴附在叶体表面不分离，因此在螺旋桨桨叶上安装涡流发生器，可以产生具有高能量的涡流，涡流与下游低能量的边界层混合，提升边界层动量，使边界层能够克服逆压梯度继续依附在桨叶表面，有效推迟气流分离和改善气流分离区域，提升翼型的空气动力学性能，进而提高螺旋桨工作效率。自二十世纪四十年代以来，采用涡流发生器作为流体的被动控制技术已经在飞机机翼、风力发电和热交换器等领域开展实际应用，取得了良好效果，但是还未曾在航空螺旋桨上有过实践。另外，流体分离与螺旋桨的工作工况有密切的关系，随着螺旋桨工况的变化，气流分离会出现层流分离、湍流分离或者分离再附等不同状态，在不同的工况下流体分离的分离位置也会出现变化。因此，现有的涡流发生器设计也难以同时适应海平面、低空、高空和邻近空间等多种工作环境，适应工况范围小，使用方式不灵活。

因此需要开发一种可调节的涡流发生装置，使得可以根据不同工况下桨叶上流场分布动态调节涡流发生装置，使得流场处于最佳的工作状态，进而提高螺旋桨多工况适应性，保证螺旋桨工作稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种可调节涡流发生装置，已至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

本公开提供了一种可调节涡流发生装置，用于布置于桨叶3内，桨叶3的表面布置有槽口，可调节涡流发生装置包括：薄板1，其竖直布置于槽口内；转轴2，用于将薄板1枢设于槽口截面上；连杆4，其一端与作动器5连接，另一端与薄板1连接；作动器5，其设于桨叶3内，与连杆4连接并带动连杆4作动，以使连杆4带动薄板1上升或下降。

可选地，薄板1为三角形或扇形，转轴2将薄板1的尖端枢设于槽口的截面上。

可选地，薄板1的尖端枢设于槽口的截面上的枢设点位于槽口的先迎风端。

可选地，连杆4设于桨叶3内，连杆4的一端与作动器5固定连接，另一端与薄板1活动连接。

可选地，薄板1的上边沿具有弧度，该弧度和桨叶3上表面弧度相同，使薄板1绕转轴2转动至最低点时，薄板1与桨叶3表面平齐。

可选地，薄板1相对于桨叶3上表面的升起达到最大高度时，薄板1的下表面处于桨叶3的上表面之下。

可选地，连杆4由N段直杆或曲杆或M段直杆和P段曲杆的组合活动连接而成，其中，N大于等于2、M和P均大于等于1。

可选地，桨叶3的上表面的上游为前端面，桨叶3的上表面的下游为后端面，在桨叶3的前端面布置Q个可调节涡流发生装置，在桨叶3的后端面布置R个可调节涡流发生装置，其中，Q和R均大于等于1。

可选地，Q个可调节涡流发生装置包括Q个作动器5，R个可调节涡流发生装置包括R个作动器5，Q个作动器5同时作动，R个作动器5同时作动。

可选地，薄板1与桨叶3径向的夹角为A，其中-90°＜A＜90°且A≠0°。

(三)有益效果

本公开提供了一种可调节的涡流发生装置，可以根据不同工况下桨叶的流场变化，动态的调节涡流发生装置，使得螺旋桨始终工作在最佳的工作状态，有效解决了上述提到的边界层分离的问题，提高了航空螺旋桨空气动力学性能，另外，本公开具有调整方式灵活、适应工况范围广、结构简单等优点。

附图说明

图1为本公开实施例涡流发生装置中薄板外形示意图。

图2为本公开实施例涡流发生装置示意图。

图3为本公开实施例涡流发生装置中薄板升高至最大位置时的示意图。

图4为本公开实施例涡流发生装置在螺旋桨上的工作状态示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种可调节涡流发生装置，由薄板1、转轴2、连杆4和作动器5等组成。薄板1的形状为类三角形或扇形，薄板的上边缘弧度和桨叶表面弧度相同，桨叶3中开有和薄板1厚度相等的缝，薄板1可以在缝中上下运行，转轴2将薄板1的尖端固定在桨叶3中缝的截面上，使得薄板1可以沿着转轴2转动。连杆4一端与作动器5固定连接，另一端与薄板1活动连接，使得作动器5带动连杆4作动，进而连杆4带动薄板1上升或下降，进而满足不同的工况要求，其中，作动器5可以为马达，连杆4由至少两根杆(直杆或曲杆)活动连接而成。在桨叶的前缘和后缘布置多个该可调节涡流发生装置，布置在前缘的可调节涡流发生装置可以同时工作，即薄板1可以同时上升或下降，布置在后缘的可调节涡流发生装置可以同时工作，当薄板1下降到最大限度时，薄板1和桨叶3表面平齐，当薄板1上升到最大限度时，薄板1的下边缘在桨叶3上表面之下，保证薄板1和桨叶3上表面之间不存在缝隙。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以有许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的实施例中，提供了一种可调节涡流发生装置。图1为本公开实施例涡流发生装置中薄板外形示意图。图2为本公开实施例涡流发生装置示意图。如图1和图2所示，该可调节涡流发生装置包括：薄板1，转轴2，连杆4和作动器5。薄板1为类三角形或扇形，且薄板1的上边缘的弧度和桨叶3的上表面的弧度相同。桨叶3的上表面开有和薄板1厚度相同的通槽，并且槽的长度和薄板1的最大长度相同，使得薄板1刚好可以通过槽口，并且该槽口与桨叶3的径向呈-90°至90°的倾斜角度，因此安装在槽口中的薄板1同样与桨叶3的径向呈-90°至90°的倾斜角度。

转轴2将薄板1的尖端固定在桨叶3的槽口先迎风的一端的截面上，使得薄板1可以绕转轴2在槽口中转动。薄板1的尖端固定在先迎风端，使的薄板1的上边缘高度沿气流流向逐步增高，有效减小气流阻力。

连杆4由至少两根直杆、曲杆或其组合中的一种活动连接组成，连杆4的一端与作动器5固定连接，另一端与薄板1的下边缘活动连接，工作时作动器5带动连杆4转动，进一步连杆4带动薄板1绕转轴2上升或下降，可以通过作动器5的转动角度控制薄板1的上升或下降高度。薄板1下降到最大位置时，由于其上边缘的弧度和桨叶3的上表面的弧度相同，因此其上边缘和桨叶3的上表面平齐；当薄板1上升到最大高度时，需要保证其下边缘仍处于桨叶3的上表面之下(如图3所示)，使得无论是薄板1上升过程还是下降过程，薄板1与桨叶3的上表面均不存在空隙。

图4为本公开实施例涡流发生装置在螺旋桨上的工作状态示意图。在实际的运用中，在桨叶3的前缘和后缘均布置若干个该可调节的涡流发生装置，由上文可知，该涡流发生装置的薄板1的方向和桨叶3的径向呈-90°至90°的角度，并且不为0°，布置过程中，首先对螺旋桨进行流场分析，确定不同工况下涡流发生装置的上升高度，使本发明根据流场特性灵活调整，从而达到在大范围工况内提升螺旋桨效率的效果。如图4所示，为多个涡流发生装置同时工作时可实现的部分工作状态，由图4可知，可以达到全部收起(如图4(a))、前缘处升起(如图4(b))、后缘处升起(如图4(c))、前后缘处同时升起(如图4(d))等多种模式，由于薄板1的上边缘弧度和桨叶3的上表面弧度相同，因此在图4(a)中多薄板1收进桨叶3时，桨叶3表面齐整。

薄板1的材料没有特殊要求，可采用复合材料、金属材料、木材等，连杆4可采用金属、复合材料等，作动器5可采用马达等。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开可调节涡流发生装置有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种可调节涡流发生装置，有效提高了不同工况下桨叶下游气流能量，克服逆压梯度，减少边界层分离，使得在各种工况下螺旋桨均可平稳运行。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调节涡流发生装置，用于布置于桨叶(3)内，所述桨叶(3)的表面布置有槽口，其特征在于，所述可调节涡流发生装置包括：

薄板(1)，其竖直布置于所述槽口内；

转轴(2)，用于将所述薄板(1)枢设于所述槽口截面上；

连杆(4)，其一端与作动器(5)连接，另一端与所述薄板(1)连接；

作动器(5)，其设于所述桨叶(3)内，与所述连杆(4)连接并带动所述连杆(4)作动，以使所述连杆(4)带动所述薄板(1)上升或下降。

2.根据权利要求1所述的可调节涡流发生装置，其特征在于，所述薄板(1)为三角形或扇形，所述转轴(2)将所述薄板(1)的尖端枢设于所述槽口的截面上。

3.根据权利要求2所述的可调节涡流发生装置，其特征在于，所述薄板(1)的尖端枢设于所述槽口的截面上的枢设点位于槽口的先迎风端。

4.根据权利要求1所述的可调节涡流发生装置，其特征在于，所述连杆(4)设于所述桨叶(3)内，所述连杆(4)的一端与所述作动器(5)固定连接，另一端与所述薄板(1)活动连接。

5.根据权利要求1所述的可调节涡流发生装置，其特征在于，所述薄板(1)的上边沿具有弧度，该弧度和桨叶(3)上表面弧度相同，使所述薄板(1)绕所述转轴(2)转动至最低点时，所述薄板(1)与所述桨叶(3)表面平齐。

6.根据权利要求1所述的可调节涡流发生装置，其特征在于，所述薄板(1)相对于所述桨叶(3)上表面的升起达到最大高度时，所述薄板(1)的下表面处于所述桨叶(3)的上表面之下。

7.根据权利要求1所述的可调节涡流发生装置，其特征在于，所述连杆(4)由N段直杆或曲杆或M段直杆和P段曲杆的组合活动连接而成，其中，N大于等于2，M和P均大于等于1。

8.根据权利要求1所述的可调节涡流发生装置，其特征在于，所述桨叶(3)的上表面的上游为前端面，所述桨叶(3)的上表面的下游为后端面，在所述桨叶(3)的前端面布置Q个所述可调节涡流发生装置，在所述桨叶(3)的后端面布置R个所述可调节涡流发生装置，其中，Q和R均大于等于1。

9.根据权利要求8所述的可调节涡流发生装置，所述Q个可调节涡流发生装置包括Q个作动器(5)，所述R个可调节涡流发生装置包括R个作动器(5)，其特征在于，所述Q个作动器(5)同时作动，所述R个作动器(5)同时作动。

10.根据权利要求1所述的可调节涡流发生装置，其特征在于，所述薄板(1)与所述桨叶(3)径向的夹角为A，其中-90°＜A＜90°且A≠0°。