CN111824409B - 一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型 - Google Patents

一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型，包括桨叶造型和切割翼型；桨叶造型依次包括切割段、过渡段、主升力段和根部加强段，切割段为桨叶展向的100%‑80%,切割段的桨叶扭转角为0°，切割段沿展向的100%‑80%方向的桨叶迎风面为渐扩结构，切割段的翼型为切割翼型；过渡段为桨叶展向的80%‑70%，过渡段的桨叶扭转角由0°向5°过渡，过渡段的翼型由切割翼型向标准翼型平滑过渡；主升力段为桨叶展向的70%‑40%，主升力段的翼型为标准翼型，主升力段的造型为16%标准翼型；根部加强段为4展向的40%‑10%，主升力段的造型为16%标准翼型过渡到24%标准翼型，根部加强段沿展向的40%‑10%方向的迎风面为渐缩结构；桨叶与桨毂对接区域为展向的10%‑0%；切割翼型的翼型前缘设置有切割刃。

Description

一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型
技术领域
本发明涉及旋翼桨叶设计技术领域，具体涉及一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型。
背景技术
目前小型多旋翼无人机使用的桨叶，仅提供飞行气动力，不提供其它功能。
园林与农林业使用的切割类工具，其切割体都是仅具有切割功能的刃具，不兼顾其它功能。
目前园林与农林行业的高空树枝切割，只能依靠人工攀爬至树冠高处，再进行切割作业，效率低，风险大，尤其在交通不便，大型机械难以抵达的山地种植区，由此产生的人员伤亡时有发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的技术问题，提供一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型，包括桨叶造型和切割翼型；其中桨叶造型由桨叶端部到桨叶根部依次包括切割段、过渡段、主升力段和根部加强段，其中切割段为桨叶展向的100%-80%,切割段的桨叶扭转角为0°，切割段沿展向的100%-80%方向的桨叶迎风面为渐扩结构，渐扩末端与过渡段等宽，切割段的翼型为切割翼型；过渡段为桨叶展向的80%-70%，过渡段的桨叶扭转角由0°向5°过渡，过渡段的翼型由切割翼型向标准翼型平滑过渡；主升力段为桨叶展向的70%-40%，主升力段的翼型为标准翼型，主升力段的造型为16%标准翼型；根部加强段为4展向的40%-10%，主升力段的造型为16%标准翼型过渡到24%标准翼型，根部加强段沿展向的40%-10%方向的迎风面为渐缩结构；桨叶与桨毂对接区域为展向的10%-0%；其中切割翼型的翼型前缘设置有横截面为锐角三角形结构的切割刃。
作为本发明的进一步改进，其中切割翼型沿弦线从前缘到后缘依次分为三段，分别为切削刃段、过渡段和标准翼型段，其中切削刃段包括由上、下表面构成的刃口，上、下表面均为平面，上、下表面与弦线之间分别构成上刃和下刃，其中上刃与弦线的夹角为10°-45°，下刃与弦线的夹角为10°-15°；以弦线的前缘到后缘为方向，将上翼型分为原点、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、A特征点，将下翼型分为原点、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、A特征点；切割翼型部分的弦长为B；
其中原点到S1为上刃，为弦线的百分之20，原点到P1为下刃，为弦线的百分之20；
上翼型的过渡段包括S1、S2，下翼型的过渡段包括P1、P2；其中S1到S2为弦线的百分之10，S1到S2为外凸弧面，S1到S2的弧面切线与弦线之间的夹角为X1，其中X1=tan-1{|S2-S1|/（0.1B）}；P1到P2为外凸弧面，P1到P2的弧面切线与弦线之间的夹角为Y1，其中Y1=tan-1{| P2-P1|/（0.1B）}；
上翼型的标准翼型段为S2到A，下翼型的标准翼型段为P2到A；
S2到S3为弦线的百分之10，S2到S3为外凸弧面，S2到S3的弧面切线与弦线之间的夹角为X2，其中X2= tan-1{| S3-S2|/（0.1B）}；P2到P3为外凸弧面，P2到P3的弧面切线与弦线之间的夹角为Y2，其中Y2= tan-1{ | P3-P2|/（0.1B）}；S3到S4为弦线的百分之10，S3到S4为外凸弧面，S3到S4的弧面切线与弦线之间的夹角为X3，其中X3= tan-1{| S4-S3|/（0.1B）}；P3到P4为外凸弧面，P3到P4的弧面切线与弦线之间的夹角为Y3，其中Y3= tan-1{| P4-P3|/（0.1B）}；S4到S5为弦线的百分之10，S4到S5为外凸弧面，S4到S5的弧面切线与弦线之间的夹角为X4，其中X4= tan-1{| S5-S4|/（0.1B）}；P4到P5为外凸弧面，P4到P5的弧面切线与弦线之间的夹角为Y4，其中Y4= tan-1{ | P5-P4|/（0.1B）}；S5到S6为弦线的百分之10，S5到S6为外凸弧面，S5到S6的弧面切线与弦线之间的夹角为X5，其中X5= tan-1{| S6-S5|/（0.1B）}；P5到P6为外凸弧面，P5到P6的弧面切线与弦线之间的夹角为Y5，其中Y5=tan-1{ | P6-P5|/（0.1B）}；S6到S7为弦线的百分之10，S6到S7为外凸弧面，S6到S7的弧面切线与弦线之间的夹角为X6，其中X6= tan-1{| S7-S6|/（0.1B）}；P6到P7为外凸弧面，P6到P7的弧面切线与弦线之间的夹角为Y6，其中Y6= tan-1{ | P7-P6|/（0.1B）}；
S7到S8为弦线的百分之10，S7到S8为外凸弧面，S7到S8的弧面切线与弦线之间的夹角为X7，其中X7= tan-1{| S8-S7|/（0.1B）}；P7到P8为外凸弧面，P7到P8的弧面切线与弦线之间的夹角为Y7，其中Y7= tan-1{ | P8-P7|/（0.1B）}；
S8到A为弦线的百分之10，S8到P为平面，S8到A之间平面与弦线的夹角为X8，其中X8= tan-1{| S8-0|/（0.1B）}；P8到A为平面，P8到A的弧面切线与弦线之间的夹角为Y8，其中Y8= tan-1{ | P8-0|/（0.1B）}；
其中：原点=0，S1=0.0828、S=0.0828、S3=0.1053、S4=0.0974、S5=0.0829、S6=0.0637、S7=0.0431、S8=0.0224、P1=0.0519、P2=0.0538、P3=0.0532、P4=0.0496、P5=0.0424、P6=0.0331、P7=0.0232、P8=0.0132、A=0。
本发明的有益效果是：
1、沿弦线从前缘到后缘分为三段，分别为切削刃段、过渡段和标准翼型段。
2、切削刃段具有平直的上下表面形成刃口特定功能区。
3、过渡段连接切削刃段和标准翼型段，曲线与前后两段曲率连续，并保证上下翼型曲线整体凸包。
4、标准翼型段具有标准的上下翼型曲线，满足空气动力学要求，保证小型多旋翼无人机的飞行品质。
5、切割段桨叶扭转角为0度，采用专利切削翼型。无人机飞行时，高速旋转的桨叶即可实现对前向树枝的切削功能。
6、过渡段桨叶扭转角由5度过渡到0度，翼型由标准翼型过渡到专利切削翼型。
7、主升力段桨叶具有优异的升力性能，保证飞行品质，满足小型无人机的气动力需求。
8、根部加强段弦长收缩，翼型相对厚度增加，提高结构整体刚度、强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是翼型曲线的示意图；
图2是翼型参数的坐标图；
图3是切割段刃角示意图；
图4是桨叶控制理论的特征截面参数表；
图5是桨叶理论图。
图中：D-E为切割段；D-C为过渡段；C-B为主升力段；B-A为根部加强段；bmax为最大弦长。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图4和图5所示，本发明为一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型，包括桨叶造型和切割翼型，主要针对现有农业无人机的标准翼型进行改进而来；其主要通过桨叶造型端部的切割翼型实现对树枝的切割并实现果实的掉落，同时保证桨叶带来的稳定的升力；其中桨叶造型由桨叶端部到桨叶根部依次包括切割段、过渡段、主升力段和根部加强段，如图4的E-D，切割段为桨叶展向的100%-80%,切割段的桨叶扭转角为0°，切割段沿展向的100%-80%方向的桨叶迎风面为渐扩结构，渐扩末端与过渡段等宽，切割段的翼型为切割翼型；如图4的D-C，过渡段为桨叶展向的80%-70%，过渡段的桨叶扭转角由0°向5°过渡，过渡段的翼型由切割翼型向标准翼型平滑过渡；如图4的C-B，主升力段为桨叶展向的70%-40%，主升力段的翼型为标准翼型，主升力段的造型为16%标准翼型；根部加强段为4展向的40%-10%，主升力段的造型为16%标准翼型过渡到24%标准翼型，如图4的B-A根部加强段沿展向的40%-10%方向的迎风面为渐缩结构；A到端点，桨叶与桨毂对接区域为展向的10%-0%；其中切割翼型的翼型前缘设置有横截面为锐角三角形结构的切割刃；如图4，其中E-E段的弦长为20%bmax，此处的桨叶扭转角为0°；D-D段的弦长为71%bmax，此处的桨叶扭转角为0°；C-C段的弦长为82%bmax，此处的桨叶扭转角为5°；B-B的弦长为100%bmax，此处的桨叶扭转角为15°；A-A的弦长为73%bmax，此处的桨叶扭转角为25°；桨叶根部对接区域的弦长为52%bmax，此处的桨叶扭转角为28.5°。
为了保证良好的切割效果，如图1所示，切割翼型沿弦线从前缘到后缘依次分为三段，分别为切削刃段、过渡段和标准翼型段，如图3，其中切削刃段包括由上、下表面构成的刃口，上、下表面均为平面，上、下表面与弦线之间分别构成上刃和下刃，其中上刃与弦线的夹角为22.5°，下刃与弦线的夹角为15°；以弦线的前缘到后缘为方向，将上翼型分为原点、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、A特征点，将下翼型分为原点、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、A特征点；切割翼型部分的弦长为B；
整体造型参数如图2和图1；
其中原点到S1为上刃，为弦线的百分之20，原点到P1为下刃，为弦线的百分之20；
上翼型的过渡段包括S1、S2，下翼型的过渡段包括P1、P2；其中S1到S2为弦线的百分之10，S1到S2为外凸弧面，S1到S2的弧面切线与弦线之间的夹角为X1，其中X1=tan-1{|S2-S1|/（0.1B）}；P1到P2为外凸弧面，P1到P2的弧面切线与弦线之间的夹角为Y1，其中Y1=tan-1{| P2-P1|/（0.1B）}；
上翼型的标准翼型段为S2到A，下翼型的标准翼型段为P2到A；
S2到S3为弦线的百分之10，S2到S3为外凸弧面，S2到S3的弧面切线与弦线之间的夹角为X2，其中X2= tan-1{| S3-S2|/（0.1B）}；P2到P3为外凸弧面，P2到P3的弧面切线与弦线之间的夹角为Y2，其中Y2= tan-1{ | P3-P2|/（0.1B）}；S3到S4为弦线的百分之10，S3到S4为外凸弧面，S3到S4的弧面切线与弦线之间的夹角为X3，其中X3= tan-1{| S4-S3|/（0.1B）}；P3到P4为外凸弧面，P3到P4的弧面切线与弦线之间的夹角为Y3，其中Y3= tan-1{| P4-P3|/（0.1B）}；S4到S5为弦线的百分之10，S4到S5为外凸弧面，S4到S5的弧面切线与弦线之间的夹角为X4，其中X4= tan-1{| S5-S4|/（0.1B）}；P4到P5为外凸弧面，P4到P5的弧面切线与弦线之间的夹角为Y4，其中Y4= tan-1{ | P5-P4|/（0.1B）}；S5到S6为弦线的百分之10，S5到S6为外凸弧面，S5到S6的弧面切线与弦线之间的夹角为X5，其中X5= tan-1{| S6-S5|/（0.1B）}；P5到P6为外凸弧面，P5到P6的弧面切线与弦线之间的夹角为Y5，其中Y5=tan-1{ | P6-P5|/（0.1B）}；S6到S7为弦线的百分之10，S6到S7为外凸弧面，S6到S7的弧面切线与弦线之间的夹角为X6，其中X6= tan-1{| S7-S6|/（0.1B）}；P6到P7为外凸弧面，P6到P7的弧面切线与弦线之间的夹角为Y6，其中Y6= tan-1{ | P7-P6|/（0.1B）}；
S7到S8为弦线的百分之10，S7到S8为外凸弧面，S7到S8的弧面切线与弦线之间的夹角为X7，其中X7= tan-1{| S8-S7|/（0.1B）}；P7到P8为外凸弧面，P7到P8的弧面切线与弦线之间的夹角为Y7，其中Y7= tan-1{ | P8-P7|/（0.1B）}；
S8到A为弦线的百分之10，S8到A为平面，S8到A之间平面与弦线的夹角为X8，其中X8= tan-1{| S8-0|/（0.1B）}；P8到A为平面，P8到A的弧面切线与弦线之间的夹角为Y8，其中Y8= tan-1{ | P8-0|/（0.1B）}；
其中：原点=0，S1=0.0828、S=0.0828、S3=0.1053、S4=0.0974、S5=0.0829、S6=0.0637、S7=0.0431、S8=0.0224、P1=0.0519、P2=0.0538、P3=0.0532、P4=0.0496、P5=0.0424、P6=0.0331、P7=0.0232、P8=0.0132、A=0。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (2)

1.一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型，其特征是：包括桨叶造型和切割翼型；其中桨叶造型由桨叶端部到桨叶根部依次包括切割段、过渡段、主升力段和根部加强段，其中切割段为桨叶展向的100%-80%,切割段的桨叶扭转角为0°，切割段沿展向的100%-80%方向的桨叶迎风面为渐扩结构，渐扩末端与过渡段等宽，切割段的翼型为切割翼型；过渡段为桨叶展向的80%-70%，过渡段的桨叶扭转角由0°向5°过渡，过渡段的翼型由切割翼型向标准翼型平滑过渡；主升力段为桨叶展向的70%-40%，主升力段的造型为16%标准翼型；根部加强段为展向的40%-10%，根部加强段造型为16%标准翼型过渡到24%标准翼型，根部加强段沿展向的40%-10%方向的迎风面为渐缩结构；桨叶与桨毂对接区域为展向的10%-0%；其中切割翼型的翼型前缘设置有横截面为锐角三角形结构的切割刃。
2.如权利要求1所述的一种采摘无人机的带切割翼型旋翼造型，其特征是：其中切割翼型沿弦线从前缘到后缘依次分为三段，分别为切削刃段、过渡段和标准翼型段，其中切削刃段包括由上、下表面构成的刃口，上、下表面均为平面，上、下表面与弦线之间分别构成上刃和下刃，其中上刃与弦线的夹角为10°-45°，下刃与弦线的夹角为10°-15°；以弦线的前缘到后缘为方向，将上翼型分为原点、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、A特征点，将下翼型分为原点、P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、A特征点；切割翼型部分的弦长为B；
其中原点到S1为上刃，为弦线的百分之20，原点到P1为下刃，为弦线的百分之20；
上翼型的过渡段包括S1到S2部分，下翼型的过渡段包括P1到P2部分；其中S1到S2为弦线的百分之10，S1到S2为外凸弧面，S1到S2的弧面切线与弦线之间的夹角为X1，其中X1=tan-1{| S2-S1|/（0.1B）}；P1到P2为外凸弧面，P1到P2的弧面切线与弦线之间的夹角为Y1，其中Y1= tan-1{| P2-P1|/（0.1B）}；
上翼型的标准翼型段为S2到A，下翼型的标准翼型段为P2到A；
S2到S3为弦线的百分之10，S2到S3为外凸弧面，S2到S3的弧面切线与弦线之间的夹角为X2，其中X2= tan-1{| S3-S2|/（0.1B）}；P2到P3为外凸弧面，P2到P3的弧面切线与弦线之间的夹角为Y2，其中Y2= tan-1{ | P3-P2|/（0.1B）}；S3到S4为弦线的百分之10，S3到S4为外凸弧面，S3到S4的弧面切线与弦线之间的夹角为X3，其中X3= tan-1{| S4-S3|/（0.1B）}；P3到P4为外凸弧面，P3到P4的弧面切线与弦线之间的夹角为Y3，其中Y3= tan-1{ | P4-P3|/（0.1B）}；S4到S5为弦线的百分之10，S4到S5为外凸弧面，S4到S5的弧面切线与弦线之间的夹角为X4，其中X4= tan-1{| S5-S4|/（0.1B）}；P4到P5为外凸弧面，P4到P5的弧面切线与弦线之间的夹角为Y4，其中Y4= tan-1{ | P5-P4|/（0.1B）}；S5到S6为弦线的百分之10，S5到S6为外凸弧面，S5到S6的弧面切线与弦线之间的夹角为X5，其中X5= tan-1{| S6-S5|/（0.1B）}；P5到P6为外凸弧面，P5到P6的弧面切线与弦线之间的夹角为Y5，其中Y5= tan-1{ |P6-P5|/（0.1B）}；S6到S7为弦线的百分之10，S6到S7为外凸弧面，S6到S7的弧面切线与弦线之间的夹角为X6，其中X6= tan-1{| S7-S6|/（0.1B）}；P6到P7为外凸弧面，P6到P7的弧面切线与弦线之间的夹角为Y6，其中Y6= tan-1{ | P7-P6|/（0.1B）}；
S7到S8为弦线的百分之10，S7到S8为外凸弧面，S7到S8的弧面切线与弦线之间的夹角为X7，其中X7= tan-1{| S8-S7|/（0.1B）}；P7到P8为外凸弧面，P7到P8的弧面切线与弦线之间的夹角为Y7，其中Y7= tan-1{ | P8-P7|/（0.1B）}；
S8到A为弦线的百分之10，S8到A为平面，S8到A之间平面与弦线的夹角为X8，其中X8=tan-1{| S8-0|/（0.1B）}；P8到A为平面，P8到A的弧面切线与弦线之间的夹角为Y8，其中Y8=tan-1{ | P8-0|/（0.1B）}；
其中：原点=0，S1=0.0828、S2=0.0828、S3=0.1053、S4=0.0974、S5=0.0829、S6=0.0637、S7=0.0431、S8=0.0224、P1=0.0519、P2=0.0538、P3=0.0532、P4=0.0496、P5=0.0424、P6=0.0331、P7=0.0232、P8=0.0132、A=0。
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