CN113716035B - 一种充气式旋翼桨叶及直升机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种充气式旋翼桨叶及直升机，涉及直升机技术领域，所述充气式旋翼桨叶能够折叠，所述充气式旋翼桨叶的翼型为非对称翼型，所述充气式旋翼桨叶包括依次排列的若干气囊，相邻的所述气囊的公共面为抗拉条，各所述抗拉条上均开设有通气孔，各所述气囊的上表面和各所述气囊的下表面为蒙皮，最外侧的所述气囊用于与桨毂连接，且所述气囊与桨毂的连接处设置有充气口。本发明节省了支撑材料，质量上降低明显；能够节省运载器上一定的空间；并且在火星的低雷诺数大气环境中能够产生合适升力，拥有不错的升阻比。

Description

一种充气式旋翼桨叶及直升机
技术领域
本发明涉及直升机技术领域，特别是涉及一种充气式旋翼桨叶及直升机。
背景技术
火星大气环境与地球的临近空间相似，具有低密度、低压强的特点，因此气动环境的主要特征表现为低雷诺数，直升机具备垂直起飞的能力，对于起降地面的要求很低，可以在火星陌生的地面环境中执行任务。火星直升机需要一种在低雷诺数环境下也有良好气动性能的翼型。
目前机智号直升机采用共轴旋翼设计，旋翼桨叶由固体结构支撑，桨叶本身无法折叠，占用了一定的空间和质量，不利于直升机搭载更多的探测设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种充气式旋翼桨叶及直升机，以解决上述现有技术存在的问题，能够折叠，并且在火星大气环境下能够实现正常的气动性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种充气式旋翼桨叶，所述充气式旋翼桨叶能够折叠，所述充气式旋翼桨叶的翼型为非对称翼型，所述充气式旋翼桨叶包括依次排列的若干气囊，相邻的所述气囊的公共面为抗拉条，各所述抗拉条上均开设有通气孔，各所述气囊的上表面和各所述气囊的下表面为蒙皮，最外侧的所述气囊用于与桨毂连接，且所述气囊与桨毂的连接处设置有充气口。
优选地，各所述气囊的上表面和各所述气囊的下表面均与所述非对称翼型的内切圆重合。
优选地，相邻的所述气囊的所述抗拉条与所述非对称翼型的相邻的内切圆的交点的连线重合。
优选地，所述充气式旋翼桨叶包括前段桨叶和后段桨叶，所述前段桨叶和所述后段桨叶均包括若干所述气囊，所述前段桨叶的各所述气囊的上表面和下表面对应的圆心角均为30°-45°，所述后段桨叶的各所述气囊的上表面和下表面对应的圆心角均为45°-60°。
优选地，所述充气式旋翼桨叶采用薄膜制成。
优选地，所述薄膜为Kapton薄膜。
本发明还提供了一种直升机，包括所述充气式旋翼桨叶。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
第一，结构上，常规桨叶为了固定翼型形状，依靠蒙皮下的填充材料与桁架结构，或者直接采用实心桨叶，而本发明的充气式旋翼桨叶由蒙皮与抗拉条组成，通过充气后的内部压强与抗拉条形成翼型外形，节省了支撑材料，质量上降低明显；第二，空间上，常规桨叶总会占用直升机桨盘大小的空间，而充气式旋翼桨叶在充气前可以折叠并收拢在直升机机体周围，因此能够节省运载器上一定的空间；第三，通过采用非对称的抗拉条设计，形成非对称的翼型外形，在火星的低雷诺数大气环境中能够产生合适升力，拥有不错的升阻比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明的充气式旋翼桨叶示意图；
图2为本发明的充气式旋翼桨叶主视图；
图3为E387翼型示意图；
图4为E387翼型的内切圆示意图；
图5为本发明的充气式旋翼桨叶与E387翼型示意图；
其中：100-充气式旋翼桨叶，1-气囊，2-抗拉条，3-蒙皮，4-E387翼型。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种充气式旋翼桨叶及直升机，以解决上述现有技术存在的问题，能够折叠，并且在火星大气环境下能够实现正常的气动性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图5所示：本实施例提供了一种充气式旋翼桨叶100，充气式旋翼桨叶100的翼型为非对称翼型，充气式旋翼桨叶100能够折叠，充气式旋翼桨叶100包括依次排列的若干气囊1，相邻的气囊1的公共面为抗拉条2，抗拉条2用于各气囊1充气后维持充气式旋翼桨叶100的翼型，各抗拉条2上均开设有通气孔，保证各气囊1之间压力相等，各气囊1的上表面和各气囊1的下表面为蒙皮3，最外侧的气囊1用于与桨毂连接，且气囊1与桨毂的连接处设置有充气口，充气装置可以放在桨毂件上或其他位置。本实施例的充气式旋翼桨叶100在未充气时能够折叠卷起，并装进一个很小的空间，在工作时能够迅速充气并展开，能够减轻运载火箭的负担，非常适合应用于火星直升机。非对称翼型在低雷诺数环境下具有良好的气动性能。
本实施例中，本实施例采用E387翼型4作为设计模板。
本实施例中，各气囊1的上表面和各气囊1的下表面均与非对称翼型的内切圆重合。
本实施例中，相邻的气囊1的抗拉条2与非对称翼型的相邻的内切圆的交点的连线重合。
充气式旋翼桨叶100包括前段桨叶和后段桨叶，前段桨叶和后段桨叶依次连接形成前段桨叶和后段桨叶，前段桨叶为充气式旋翼桨叶100靠近前缘的部分，后段桨叶为充气式旋翼桨叶100靠近后缘的部分，前段桨叶和后段桨叶均包括若干气囊1，前段桨叶的各气囊1的上表面和下表面对应的圆心角均为30°-45°，后段桨叶的各气囊1的上表面和下表面对应的圆心角均为45°-60°。
充气式旋翼桨叶100由从前缘向后缘排列的一列气囊1组成，气囊1的外形形成通过以下步骤获得。
如图4所示，将非对称翼型E387的数据导入软件后，通过一系列的内切圆拟合出E387翼型4的轮廓。选择内切圆时，应当兼顾翼型外形与气囊1的数量。内切圆过密，则气囊1过多、面临重量上升和制造困难的问题；内切圆太少，则翼型气动性能难以维持。
如图5所示，将相邻的两个内切圆相交的公共弦线相连，裁剪掉两个内切圆相交的部分，得到了充气式旋翼桨叶100的外形。两个相邻内切圆相交的公共弦线与非相交部分组成气囊1，内切圆非相交部分发挥蒙皮3的作用，产生气动力，公共弦线发挥抗拉条2的作用，约束翼型外形。
以翼型弦长为单位1，x方向为弦向，y方向为弦向的法线方向，弦长、桨叶厚度及内切圆半径如表1所示。x方向为图4的横向，y方向为图4的纵向。前段桨叶厚度变化较大，因此内切圆相距更小以提高拟合精度。在充气式旋翼桨叶100的后缘，由于气囊1的尺度不能无限缩小，因此采用一系列小尺度圆拟合后缘。
表1弦长、桨叶厚度及内切圆半径
本实施例中，充气式旋翼桨叶100采用薄膜制成。薄膜为Kapton薄膜，该材料具有耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀和电绝缘的特点，能够在火星低温、高辐射的地表保持材料性能。
采用fluent软件初步计算本实施例的充气式旋翼桨叶100在火星大气环境下的气动性能，计算得到不同计算状态下的升阻比如表2所示。本实施例的充气式旋翼桨叶100的升阻力普通在5以上，最大升阻比能够达到17，能够满足火星直升机的气动性能需要。
表2不同状态下的升阻比
迎角 50m/s的升阻比 100m/s的升阻比 150m/s的升阻比
2度 5.888255 4.079975 5.105044
6度 5.627936 6.223234 6.481401
10度 6.922003 14.29589 17.02317
14度 7.499404 9.107322 9.006468
本实施例的充气式旋翼桨叶100具有以下优点。第一，结构上，常规桨叶为了固定翼型形状，依靠蒙皮下的填充材料与桁架结构，或者直接采用实心桨叶，而本实施例的充气式旋翼桨叶100由蒙皮3与抗拉条2组成，通过充气后的内部压强与抗拉条2形成翼型外形，节省了支撑材料，质量上降低明显；第二，空间上，常规桨叶总会占用直升机桨盘大小的空间，而充气式旋翼桨叶100在充气前可以折叠并收拢在直升机机体周围，因此能够节省运载器上一定的空间；第三，通过采用非对称的抗拉条2设计，形成非对称的翼型外形，在火星的低雷诺数大气环境中能够产生合适升力，拥有不错的升阻比。
实施例二
本实施例提供了一种直升机，包括实施例一的充气式旋翼桨叶100。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种充气式旋翼桨叶，其特征在于：所述充气式旋翼桨叶能够折叠，所述充气式旋翼桨叶的翼型为非对称翼型，所述充气式旋翼桨叶包括依次排列的若干气囊，相邻的所述气囊的公共面为抗拉条，所述充气式旋翼桨叶的所述抗拉条为非对称抗拉条，各所述抗拉条上均开设有通气孔，各所述气囊的上表面和各所述气囊的下表面为蒙皮，最外侧的所述气囊用于与桨毂连接，且所述气囊与桨毂的连接处设置有充气口，所述充气式旋翼桨叶的后缘位置设置有多个小尺度气囊。
2.根据权利要求1所述的充气式旋翼桨叶，其特征在于：各所述气囊的上表面和各所述气囊的下表面均与所述非对称翼型的内切圆重合。
3.根据权利要求2所述的充气式旋翼桨叶，其特征在于：相邻的所述气囊的所述抗拉条与所述非对称翼型的相邻的内切圆的交点的连线重合。
4.根据权利要求2所述的充气式旋翼桨叶，其特征在于：所述充气式旋翼桨叶包括前段桨叶和后段桨叶，所述前段桨叶和所述后段桨叶均包括若干所述气囊，所述前段桨叶的各所述气囊的上表面和下表面对应的圆心角均为30°-45°，所述后段桨叶的各所述气囊的上表面和下表面对应的圆心角均为45°-60°。
5.根据权利要求1所述的充气式旋翼桨叶，其特征在于：所述充气式旋翼桨叶采用薄膜制成。
6.根据权利要求5所述的充气式旋翼桨叶，其特征在于：所述薄膜为Kapton薄膜。
7.一种直升机，其特征在于：包括如权利要求1-6任一项所述的充气式旋翼桨叶。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB765996A (en) * 1954-10-14 1957-01-16 Goodyear Aircraft Corp Pneumatic airfoil
US3871603A (en) * 1974-05-30 1975-03-18 Schjeldahl Co G T Fin attachment for tethered balloon structures
US4102519A (en) * 1977-05-11 1978-07-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Variable lift inflatable airfoil for tethered balloons
US6015115A (en) * 1998-03-25 2000-01-18 Lockheed Martin Corporation Inflatable structures to control aircraft
CN101659321A (zh) * 2009-10-12 2010-03-03 北京航空航天大学 一种后缘可控摆动充气机翼
CN103158859A (zh) * 2013-04-07 2013-06-19 哈尔滨工业大学 一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼
CN105966615A (zh) * 2016-05-27 2016-09-28 西北工业大学 一种直升机旋翼动态失速主动流动控制装置及方法
CN108482643A (zh) * 2018-03-14 2018-09-04 中国人民解放军国防科技大学 一种可高压充气快速展开的柔性充气机翼结构
CN109533378A (zh) * 2018-11-02 2019-03-29 中国航天空气动力技术研究院 一种充气机翼的优化设计方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU3624101A (en) * 2000-02-10 2001-08-20 Peter Robert Lynn Ram air inflated wing
US8104718B2 (en) * 2007-06-12 2012-01-31 Donald Orval Shaw Inflatable wing flight vehicle
US8944365B2 (en) * 2010-09-09 2015-02-03 Groen Brothers Aviation, Inc. Mission-adaptive rotor blade
US10011346B2 (en) * 2015-12-18 2018-07-03 Amazon Technologies, Inc. Propeller blade indentations for improved aerodynamic performance and sound control

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB765996A (en) * 1954-10-14 1957-01-16 Goodyear Aircraft Corp Pneumatic airfoil
US3871603A (en) * 1974-05-30 1975-03-18 Schjeldahl Co G T Fin attachment for tethered balloon structures
US4102519A (en) * 1977-05-11 1978-07-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Variable lift inflatable airfoil for tethered balloons
US6015115A (en) * 1998-03-25 2000-01-18 Lockheed Martin Corporation Inflatable structures to control aircraft
CN101659321A (zh) * 2009-10-12 2010-03-03 北京航空航天大学 一种后缘可控摆动充气机翼
CN103158859A (zh) * 2013-04-07 2013-06-19 哈尔滨工业大学 一种由压电纤维复合材料驱动的可变形的可充气伸展机翼
CN105966615A (zh) * 2016-05-27 2016-09-28 西北工业大学 一种直升机旋翼动态失速主动流动控制装置及方法
CN108482643A (zh) * 2018-03-14 2018-09-04 中国人民解放军国防科技大学 一种可高压充气快速展开的柔性充气机翼结构
CN109533378A (zh) * 2018-11-02 2019-03-29 中国航天空气动力技术研究院 一种充气机翼的优化设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴文海.《直升机飞行控制系统》.西北工业大学出版社,2020,27-28页. *

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