CN114165478A - 一种仿生的轴流风扇叶及其改型方法 - Google Patents

一种仿生的轴流风扇叶及其改型方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于风机叶片技术领域，公开了一种仿生的轴流风扇叶及其改型方法，该轴流风扇叶用于绕扇叶旋转轴旋转，该轴流风扇叶的叶轮尾缘在垂直于所述扇叶旋转轴的平面上的投影曲线为仿生型线，包括向内切割叶片形成的内凹夹角形结构，被切割的夹角为145度至175度。本发明通过对轴流风扇叶的尾缘结构进行仿生结构改型，借鉴结合自然界中鱼类的尾鳍的V型内凹夹角形结构、及进一步可选的鸟类翅膀的锯齿结构对尾缘型线进行改型，并可进一步对尾缘型线的细节结构进行优选控制，与原始叶轮相比，得到的仿生轴流风扇叶的载荷分布改善，叶顶泄漏流动和尾迹减弱，功率和噪声降低，尤其适用于低压风机领域。

Description

一种仿生的轴流风扇叶及其改型方法
技术领域
本发明属于风机叶片技术领域，更具体地，涉及一种仿生的轴流风扇叶及其改型方法，通过对轴流风扇叶的仿生设计改型，借鉴结合自然界中鱼类的尾鳍结构和鸟类翅膀的锯齿结构改型得到的仿生轴流风扇叶的载荷分布改善，叶顶泄漏流动和尾迹减弱，功率和噪声降低，尤其适用于低压风机领域，特别是空调室外机中的轴流风扇叶。
背景技术
轴流风扇叶具有流量大、压力低、噪声小、安装方便等优点，广泛运用于工厂、家庭、办公楼和公共场所等的通风、换气、冷却。随着人们节能环保意识的增强以及对生活品质的要求调高，对工作生活中广泛运用的轴流风扇叶的节能降噪设计改型也势在必行。
轴流风扇叶的气动损失及噪声源主要有叶顶泄漏流动及尾迹，以往的学者研究专注于在轴流风扇叶的尾缘直接添加锯齿结构，达到减弱尾迹，降低噪声的效果，但无法同时减弱叶顶泄漏流动和降低叶轮功率。因此开发一种可以同时降低轴流风扇叶叶顶泄漏流动和尾迹的尾缘改型方法符合国家节能减排降噪的政策，具有重要意义和实际价值。
发明内容
为改善现有轴流风扇叶功耗大、效率低、噪声高等问题，本发明的目的在于提供一种仿生的轴流风扇叶及其改型方法，其中通过对轴流风扇叶的尾缘结构进行仿生结构改型，借鉴结合自然界中鱼类的尾鳍的V型内凹夹角形结构、及进一步可选的鸟类翅膀的锯齿结构对尾缘型线进行改型，并可进一步对尾缘型线的细节结构进行优选控制(如，各控制点的位置选取，如径向位置和控制点间的夹角，锯齿结构的位置及形状选取等)，与原始叶轮相比，得到的仿生轴流风扇叶的载荷分布改善，叶顶泄漏流动和尾迹减弱，功率和噪声降低，尤其适用于低压(全压<＝1000Pa)风机领域。本发明具有执行简单，节能降噪效果明显，产业运用前景好等特点，适合于在低压风机领域推广，特别是空调室外机中的轴流风扇叶。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种仿生改型的轴流风扇叶，其特征在于，该轴流风扇叶用于绕扇叶旋转轴旋转，该轴流风扇叶的叶轮尾缘在垂直于所述扇叶旋转轴的平面上的投影曲线为仿生型线，包括向内切割叶片形成的内凹夹角形结构，被切割的夹角为145度至175度。
作为本发明的进一步优选，所述仿生型线上具有3个控制点，自风扇叶外径向扇叶旋转轴方向，记这3个控制点分别为第一控制点(1)、第二控制点(4)和第三控制点(3)，所述仿生型线在所述第一控制点(1)与所述第二控制点(4)之间的部分对应为所述内凹夹角形结构夹角的一个边；在所述第二控制点(4)和所述第三控制点(3)之间的部分对应为所述内凹夹角形结构夹角的另一个边。
作为本发明的进一步优选，所述仿生型线具有直线段(7)和锯齿段(8)；其中，所述直线段(7)和所述锯齿段(8)通过向内切割叶片形成，所述直线段(7)靠近所述扇叶旋转轴，所述锯齿段(8)远离所述扇叶旋转轴，并且，所述直线段(7)所在直线与所述锯齿段(8)齿尖所在直线两者之间的夹角为145度至175度，该夹角即对应所述内凹夹角形结构。
作为本发明的进一步优选，所述仿生型线上具有3个控制点，自风扇叶外径向扇叶旋转轴方向，记这3个控制点分别为第一控制点(1)、第二控制点(4)和第三控制点(3)，所述仿生型线在所述第一控制点(1)与所述第二控制点(4)之间的部分为所述锯齿段(8)，具有锯齿结构(9)；在所述第二控制点(4)和所述第三控制点(3)之间的部分为所述直线段(7)，通过直线段连接所述第二控制点(4)和所述第三控制点(3)。
作为本发明的进一步优选，对于所述锯齿段(8)，记连接所述第一控制点(1)与所述第二控制点(4)的直线段为参考直线段(6)，通过沿该参考直线段(6)向内切割叶片由此形成所述锯齿结构(9)；
所述锯齿结构(9)由底边相等、且底边首尾相连的N个等腰三角形构成，这些等腰三角形的底边沿所述参考直线段(6)分布，N为预先设定的正整数；
自所述第一控制点(1)向所述第二控制点(4)，对这N个等腰三角形进行顺序编号，则，
第1个三角形的底边端点和所述第一控制点(1)之间的最短距离与所述参考直线段(6)的长度之比为0.1～0.15；底边上的高与所述参考直线段(6)的长度之比为0.1～0.4；
第N个三角形的底边端点和所述第二控制点(4)之间的最短距离与所述参考直线段(6)的长度之比为0.05～0.1；底边上的高与所述参考直线段(6)的长度之比为0.05～0.15；
并且，所述第1个三角形底边上的高与所述第N个三角形底边上的高的比值为1.5～3；自所述第1个三角形至所述第N个三角形，这N个三角形底边上的高的长度依次递减。
作为本发明的进一步优选，自所述第1个三角形至所述第N个三角形，这N个三角形底边上的高的长度对应等差数列依次递减。
作为本发明的进一步优选，N满足4～10。
作为本发明的进一步优选，该第一控制点(1)、第二控制点(4)、第三控制点(3)分别位于第一圆弧(10)、第二圆弧(11)、第三圆弧(12)上，其中，所述第一圆弧(10)、所述第二圆弧(11)和所述第三圆弧(12)均以所述扇叶旋转轴在垂直于所述扇叶旋转轴的平面上的投影为圆心；记该轴流风扇叶的半径为R，则，
所述第一圆弧(10)的半径R1与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.88～0.94；
所述第二圆弧(11)的半径R2与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.52～0.66；
所述第三圆弧(12)的半径R3与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.26～0.33；
并且，该轴流风扇叶是在原轴流风扇叶的基础上对所述原轴流风扇叶的叶轮尾缘进行改型得到的，记所述原轴流风扇叶的叶轮尾缘在垂直于所述扇叶旋转轴的平面上的投影曲线为叶轮原尾缘线(5)，则：
所述第一控制点(1)为所述第一圆弧(10)与所述叶轮原尾缘线(5)的交点；
记所述第二圆弧(11)与所述叶轮原尾缘线(5)的交点为参考控制点(2)，同时以所述叶轮尾缘(5)指向叶轮前缘(13)的方向为角度正方向，所述第二控制点(4)与该参考控制点(2)之间对应的圆心角为3.5°～14°；
所述第三控制点(3)为所述第三圆弧(12)与所述叶轮原尾缘线(5)的交点。
按照本发明的另一方面，本发明提供了一种轴流风机，其特征在于，该轴流风机具有上述仿生改型的轴流风扇叶。
按照本发明的又一方面，本发明提供了一种空调室外机，其特征在于，该空调室外机的风扇具有上述仿生改型的轴流风扇叶。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明仿生的轴流风扇叶所对应的改型方法是基于轴流风扇叶在垂直于扇叶旋转轴的平面投影，在原始尾缘投影型线的基础上得到具有V型内凹夹角形结构(夹角为145度至175度)的仿生型线，能够模仿鱼类的尾鳍，明显降低叶轮的功率。而通过可选的锯齿结构，能够在降功率的基础上进一步的降低噪声，达到更好的效果。
以同时具有直线段和锯齿段的仿生型线为例，该仿生型线兼具鱼类的尾鳍V型夹角形仿生结构、以及鸟类翅膀的锯齿仿生结构，直线段在内、靠近扇叶旋转轴，锯齿段在外、远离扇叶旋转轴，直线段所在直线与锯齿段齿尖所在直线两者之间存在夹角(夹角为145度至175度)，整体上呈现的“V”型结构，借鉴的是鱼类的尾鳍结构；而位于外侧的锯齿结构借鉴的是鸟类翅膀的锯齿结构。该仿生型线的细节结构可以由多个控制点(即，第一控制点、第二控制点、第三控制点)控制，借鉴结合自然界中鱼类的尾鳍结构和鸟类翅膀的锯齿结构，起到改善叶片受力分布(特别是叶顶区域的压差分布)，减弱叶顶泄漏流动和尾迹的作用，达到提高轴流风扇叶的效率，降低其功率、噪声和材料的消耗的效果。并且，可通过进一步优选设计的多个等腰三角形相连对应形成的锯齿结构，实现更好的减阻降噪效果。
本发明借鉴结合自然界中鱼类的尾鳍结构和鸟类翅膀的锯齿结构，这些自然界中的生物特征是经过千万年进化得到的流体性能优异的结构，具有高效、低噪的特点。本发明通过将这些结构进行适应性优化后运用于轴流风扇叶的尾缘改型，能够明显的改善叶片的载荷分布(特别是叶顶区域的压差分布)，减弱叶顶泄漏流动和尾迹的作用，达到提高轴流风扇叶的效率，降低其功率、噪声和材料的消耗的效果。
以往的学者在针对轴流风扇叶进行仿生设计时，一般主要关注噪声问题，而且采用单一的仿生结构，例如在轴流风扇叶的原始尾缘上从叶片根部到顶部直接添加鸟类翅膀的锯齿结构，从而达到降噪的结果。而本发明则是期望降低叶轮功率(当然若能够同时降低噪声则更好)，达到提升产品综合竞争力的提升。本发明受到鱼类在水中快速高效游动是由于其独特的尾鳍结构的启发，将其运用到轴流风扇叶的尾缘改型当中，从而降低轴流风扇叶的功率和噪声。在针对只采用鱼类的尾鳍结构的仿生设计的流场分析中发现，叶片根部到中部的尾缘出的尾迹减弱，但是叶片尾缘中部到顶部依然有较强的尾迹，因此进一步的在尾缘中部到顶部仿照鸟类翅膀的锯齿结构进行改型设计，达到降低叶片中部到顶部的尾迹流动，从而进一步降低叶片的噪声。而且根据尾缘中部到顶部的尾迹强度变化规律，本发明又针对性的设计了不同高度的锯齿结构来进行匹配，从而达到最优效果。本发明是将鱼类的尾鳍结构和鸟类翅膀的锯齿结构融合进轴流风扇叶的仿生设计之中，从而达到了降低叶轮功率和噪声的双重效果，有效的提升了产品的竞争力。
本发明的仿生改型方法执行简单，基于原始轴流风扇叶尾缘在垂直于扇叶旋转轴的平面投影曲线，按照以上改型要求得到改型后的仿生尾缘曲线，再将仿生尾缘曲线沿轴流风扇叶旋转轴方向进行拉伸对原始叶轮的尾缘进行切割得到最终改型的仿生轴流风扇叶；既可用于轴流风扇叶设计阶段的改型设计，也可用于现有轴流风扇叶的节能降噪改型升级，改型后的轴流风扇叶效率提升，功率、噪声和材料消耗下降，具有重要意义和实际价值。
综上，本发明能够有效的降低轴流风扇叶叶顶泄漏流动和尾迹，实现叶轮功率和噪声的降低，同时降低叶轮的材料消耗，从而降低生产成本，具有良好的产业运用效果。特别适用于空调室外机中的轴流风扇叶。
附图说明
图1为本发明的原始轴流风扇叶与仿生改型轴流风扇叶的对比图，其中，图1中的(a)对应原始叶轮，图1中的(b)对应本发明改型得到的仿生叶轮。
图2为本发明的仿生轴流风扇叶的改型流程及各控制点的定位示意图。
图3为本发明的仿生轴流风扇叶的锯齿结构的示意图。
图4为本发明的实施例仿生轴流风扇叶与原始叶轮在相同流量下的功率对比图。
图5为本发明的实施例仿生轴流风扇叶与原始叶轮在相同流量下的噪声对比图。
图中各附图标记的含义如下：1为第一控制点，2为参考控制点，3为第三控制点，4为第二控制点，5为叶轮原尾缘线，6为参考直线段，7为直线段，8为锯齿段，9为锯齿结构，10为第一圆弧，11为第二圆弧，12为第三圆弧，13为叶轮前缘。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总的来说，本发明中仿生的轴流风扇叶及其改型方法，关键在于轴流风扇叶尾缘在垂直于扇叶旋转轴的平面投影曲线包括仿生型线。该仿生型线具有仿生鱼类尾鳍的V型内凹夹角形结构，可以通过向内切割叶片形成，被切割的夹角为145度至175度；并且，可进一步在远离扇叶旋转轴的V型内凹夹角形结构的一个夹角边上进一步设计仿生鸟类翅膀的锯齿结构，如图2所示。
下面以仿生型线兼具鱼类的尾鳍V型夹角形仿生结构、以及鸟类翅膀的锯齿仿生结构为例：
如图2所示，仿生型线(7、8)包括3个控制点,这3个控制点分别为第一控制点(1)、第二控制点(4)、第三控制点(3)。这3个控制点均位于仿生型线(7、8)上。所述的第一控制点(1)、第二控制点(4)、第三控制点(3)分别位于第一圆弧(10)、第二圆弧(11)、第三圆弧(12)上。所述的第一圆弧(10)、第二圆弧(11)、第三圆弧(12)均以垂直于扇叶旋转轴的平面与旋转轴的交点(O)为圆心。以原始叶轮尾缘(5)指向叶轮前缘(13)的方向为角度正方向，则
所述第一圆弧(10)的半径R1与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.88～0.94；
所述第二圆弧(11)的半径R2与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.52～0.66；
所述第三圆弧(12)的半径R3与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.26～0.33；
所述第一控制点(1)为第一圆弧(10)与轴流风扇叶的原始尾缘(5)的交点；
所述第二控制点(4)与参考控制点(2)之间对应的圆心角(θt)为3.5°～14°,其中参考控制点(2)为第二圆弧(11)与轴流风扇叶的原始尾缘(5)的交点；
所述第三控制点(3)为第三圆弧(12)与轴流风扇叶的原始尾缘(5)的交点。
仿生型线分为直线段(7)与锯齿段(8)两部分。其中直线段(7)通过直线连接第二控制点(4)、第三控制点(3)得到，锯齿段(8)是在参考直线段(6)的基础上添加优选的锯齿结构(9)得到，参考直线段(6)通过直线连接第二控制点(4)、第一控制点(1)得到。
所述的锯齿结构(9)位于参考直线段(6)上，可以在参考直线段(6)的基础上向内切割得到；该锯齿结构(9)，如图3所示，由底边相等并首尾相连的N个等腰三角形构成。三角形个数N可以为4～10。
其中，锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)和第一控制点(1)之间的距离(L1N)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值例如可以为0.1～0.15，锯齿结构(9)的第N个三角形(SN)和第二控制点(4)之间的距离(L4N)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值例如可以为0.05～0.1；进一步的，每个三角形的底边为：
LS1＝LS2＝˙˙˙＝LSN-1＝LSN＝(L6–L1N–L4N)/N
锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)的高(HS1)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值例如可以为0.1～0.4,第N个三角形(SN)的高(HSN)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值例如可以为0.05～0.15,并且锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)的高(HS1)与第N个三角形(SN)的高(HSN)的比值例如可以为1.5～3。进一步的，锯齿结构(9)的三角形的高(H)从第一个三角形(S1)的高(HS1)开始等值降低到第N个三角形(SN)的高(HSN)，即第i个三角形的高为：
HSi＝HS1–(i-1)(HS1–HSN)/(N-1) (i＝1,2˙˙˙N)
具体的仿生改型步骤可以包括：
S1：通过投影得到原始轴流风扇叶在垂直于扇叶旋转轴的平面上的轮廓曲线；
S2：在投影轮廓曲线中，以叶轮的旋转轴的投影为圆心，根据半径值分别作出第一圆弧(10)、第二圆弧(11)、第三圆弧(12)，并得到三段圆弧与轴流风扇叶的原始尾缘的投影曲线(5)的交点，分别记为第一控制点(1)、参考控制点(2)、第三控制点(3)；
S3：在第二圆弧(11)上，以参考控制点(2)为起点，原始叶轮尾缘(5)指向叶轮前缘(13)的方向为角度正方向，根据圆心角(θt)得到第二控制点(4)；
S4：通过直线连接第二控制点(4)、第三控制点(3)得到仿生型线(7)；
S5：通过直线连接第一控制点(1)、第二控制点(4)得到参考直线段(6)；
S6：在参考直线段(6)的基础上，根据选定的锯齿结构(9)的起始位置(L1N、L4N)、包含的三角形个数N、每个三角形的底边(LS1、LS2、˙˙˙、LSN-1、LSN)和高(HS1、HS2、˙˙˙、HSN-1、HSN)可以得到仿生型线(8)；
S7：将仿生尾缘型线(7、8)沿轴流风扇叶旋转轴方向进行拉伸对原始叶轮的尾缘进行切割得到最终改型的仿生轴流风扇叶。
以下为具体实施例。
实施例1：
本实施例中，叶轮半径R为211mm，轮毂比为0.213，叶片数为3。
第一控制点(1)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第一圆弧(10)的半径R1与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.924，即第一圆弧(10)的半径R1为195mm；
第二控制点(4)所在的第二圆弧(11)的半径R2与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.607，即第二圆弧(11)的半径R2为128mm，第二控制点(4)与第二圆弧(11)和轴流风扇叶的原始尾缘(5)的交点，即参考控制点(2)之间对应的圆心角(θt)为13.5°；
第三控制点(3)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第三圆弧(12)的半径R3与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.284，即第三圆弧(12)的半径R1为60mm；
不包含锯齿结构(9)，第一控制点(1)与第二控制点(4)之间通过直线段连接。
图4为实施例1中仿生轴流风扇叶与原始叶轮在相同流量下的功率对比图，从图中可以看出，在整体流量范围内，仿生轴流风扇叶的功率均低于原型风扇叶，功率降低了5％～7％；
图5为实施例1中仿生轴流风扇叶与原始叶轮在相同流量下的噪声对比图，从图中可以看出，在整体流量范围内，仿生轴流风扇叶的噪声均低于原型风扇叶，噪声降低了0.3dB～0.8dB。
从图4、5中可以看出，在整体的流量范围内，仿生轴流风扇叶在功率和噪声方面较原型机具有明显的竞争优势。
实施例2：
本实施例中，叶轮半径R为211mm，轮毂比为0.213，叶片数为3。
第一控制点(1)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第一圆弧(10)的半径R1与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.924，即第一圆弧(10)的半径R1为195mm；
第二控制点(4)所在的第二圆弧(11)的半径R2与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.607，即第二圆弧(11)的半径R2为128mm，第二控制点(4)与第二圆弧(11)和轴流风扇叶的原始尾缘(5)的交点，即参考控制点(2)之间对应的圆心角(θt)为13.5°；
第三控制点(3)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第三圆弧(12)的半径R3与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.284，即第三圆弧(12)的半径R1为60mm；
锯齿结构(9)包含的三角形个数N为8。锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)和第一控制点(1)之间的距离(L18)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.1，锯齿结构(9)的第8个三角形(S8)和第二控制点(4)之间的距离(L48)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.1，则每个三角形的底边为：
LS1＝LS2＝LS3＝LS4＝LS5＝LS6＝LS7＝LS8＝0.1L6
锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)的高(HS1)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.24,第2个三角形(S2)的高(HS2)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.22，第3个三角形(S8)的高(HS3)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.20，第4个三角形(S4)的高(HS4)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.18，第5个三角形(S5)的高(HS5)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.16，第6个三角形(S6)的高(HS6)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.14，第7个三角形(S7)的高(HS7)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.12，第8个三角形(S8)的高(HS8)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.1。
图4为实施例2中仿生轴流风扇叶与原始叶轮在相同流量下的功率对比图，从图中可以看出，在整体流量范围内，仿生轴流风扇叶的功率均低于原型风扇叶，功率降低了6％～9％；
图5为实施例2中仿生轴流风扇叶与原始叶轮在相同流量下的噪声对比图，从图中可以看出，在整体流量范围内，仿生轴流风扇叶的噪声均低于原型风扇叶，噪声降低了0.8dB～1.5dB。
从图4、5中可以看出，在整体的流量范围内，仿生轴流风扇叶在功率和噪声方面较原型机具有明显的竞争优势。
实施例3：
本实施例中，叶轮半径R为560mm，轮毂比为0.25，叶片数为4。
第一控制点(1)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第一圆弧(10)的半径R1与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.893，即第一圆弧(10)的半径R1为500mm；
第二控制点(4)所在的第二圆弧(11)的半径R2与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.563，即第二圆弧(11)的半径R2为315mm，第二控制点(4)与第二圆弧(11)和轴流风扇叶的原始尾缘(5)的交点，即参考控制点(2)之间对应的圆心角(θt)为9°；
第三控制点(3)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第三圆弧(12)的半径R3与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.313，即第三圆弧(12)的半径R1为175mm；
锯齿结构(9)包含的三角形个数N为4。锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)和第一控制点(1)之间的距离(L18)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.15，锯齿结构(9)的第4个三角形(S8)和第二控制点(4)之间的距离(L48)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.05，则每个三角形的底边为：
LS1＝LS2＝LS3＝LS4＝0.2L6
锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)的高(HS1)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.36,第2个三角形(S2)的高(HS2)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.28，第3个三角形(S8)的高(HS3)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.20，第4个三角形(S4)的高(HS4)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.12。
实施例4：
本实施例中，叶轮半径R为420mm，轮毂比为0.25，叶片数为3。
第一控制点(1)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第一圆弧(10)的半径R1与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.88，即第一圆弧(10)的半径R1为369.6mm；
第二控制点(4)所在的第二圆弧(11)的半径R2与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.52，即第二圆弧(11)的半径R2为218.4mm，第二控制点(4)与第二圆弧(11)和轴流风扇叶的原始尾缘(5)的交点，即参考控制点(2)之间对应的圆心角(θt)为3.5°；
第三控制点(3)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第三圆弧(12)的半径R3与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.26，即第三圆弧(12)的半径R1为109.2mm；
锯齿结构(9)包含的三角形个数N为5。锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)和第一控制点(1)之间的距离(L18)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.1，锯齿结构(9)的第5个三角形(S8)和第二控制点(4)之间的距离(L48)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.05，则每个三角形的底边为：
LS1＝LS2＝LS3＝LS4＝LS5＝0.17L6
锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)的高(HS1)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.1,第2个三角形(S2)的高(HS2)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.0875，第3个三角形(S8)的高(HS3)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.075，第4个三角形(S4)的高(HS4)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.0625,第5个三角形(S5)的高(HS5)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.05。
实施例5：
本实施例中，叶轮半径R为350mm，轮毂比为0.3，叶片数为3。
第一控制点(1)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第一圆弧(10)的半径R1与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.94，即第一圆弧(10)的半径R1为329mm；
第二控制点(4)所在的第二圆弧(11)的半径R2与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.66，即第二圆弧(11)的半径R2为231mm，第二控制点(4)与第二圆弧(11)和轴流风扇叶的原始尾缘(5)的交点，即参考控制点(2)之间对应的圆心角(θt)为14°；
第三控制点(3)位于轴流风扇叶的原始尾缘(5)的上，其所在的第三圆弧(12)的半径R3与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.33，即第三圆弧(12)的半径R1为115.5mm；
锯齿结构(9)包含的三角形个数N为6。锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)和第一控制点(1)之间的距离(L18)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.15，锯齿结构(9)的第6个三角形(S8)和第二控制点(4)之间的距离(L48)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.1，则每个三角形的底边为：
LS1＝LS2＝LS3＝LS4＝LS5＝LS6＝0.125L6
锯齿结构(9)的第一个三角形(S1)的高(HS1)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.4,第2个三角形(S2)的高(HS2)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.35，第3个三角形(S8)的高(HS3)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.30，第4个三角形(S4)的高(HS4)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.25，第5个三角形(S5)的高(HS5)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.20，第6个三角形(S6)的高(HS6)与参考直线段(6)的长度(L6)的比值为0.15。
本发明中鸟类翅膀的锯齿仿生结构是可选结构，可根据实际需求选择需不需要该鸟类翅膀的锯齿仿生结构。若仅有鱼类的尾鳍结构的仿生、无鸟类翅膀的锯齿结构的仿生的话，基于本发明也能明显降低叶轮的功率，降噪效果较为明显；而加上鸟类翅膀的锯齿仿生结构后，如上述实施例所展示的，可以在降功率的基础上进一步的降低噪声，达到更好的效果。
上述实施例均是原始轴流风扇叶以空调中所用的开式轴流风扇叶为例，本发明适用的原始轴流风扇叶可以为本领域现有的任意一种轴流风扇叶，如市场上销售的各类轴流风扇叶，尤其是各种空调外机系统中的轴流风扇叶，如SW310*85*10-9、SW398*118*12-10SW527*164*14-12.5等。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种仿生改型的轴流风扇叶，其特征在于，该轴流风扇叶用于绕扇叶旋转轴旋转，该轴流风扇叶的叶轮尾缘在垂直于所述扇叶旋转轴的平面上的投影曲线为仿生型线，包括向内切割叶片形成的内凹夹角形结构，被切割的夹角为145度至175度。
2.如权利要求1所述仿生改型的轴流风扇叶，其特征在于，所述仿生型线上具有3个控制点，自风扇叶外径向扇叶旋转轴方向，记这3个控制点分别为第一控制点(1)、第二控制点(4)和第三控制点(3)，所述仿生型线在所述第一控制点(1)与所述第二控制点(4)之间的部分对应为所述内凹夹角形结构夹角的一个边；在所述第二控制点(4)和所述第三控制点(3)之间的部分对应为所述内凹夹角形结构夹角的另一个边。
3.如权利要求1所述仿生改型的轴流风扇叶，其特征在于，所述仿生型线具有直线段(7)和锯齿段(8)；其中，所述直线段(7)和所述锯齿段(8)通过向内切割叶片形成，所述直线段(7)靠近所述扇叶旋转轴，所述锯齿段(8)远离所述扇叶旋转轴，并且，所述直线段(7)所在直线与所述锯齿段(8)齿尖所在直线两者之间的夹角为145度至175度，该夹角即对应所述内凹夹角形结构。
4.如权利要求3所述仿生改型的轴流风扇叶，其特征在于，所述仿生型线上具有3个控制点，自风扇叶外径向扇叶旋转轴方向，记这3个控制点分别为第一控制点(1)、第二控制点(4)和第三控制点(3)，所述仿生型线在所述第一控制点(1)与所述第二控制点(4)之间的部分为所述锯齿段(8)，具有锯齿结构(9)；在所述第二控制点(4)和所述第三控制点(3)之间的部分为所述直线段(7)，通过直线段连接所述第二控制点(4)和所述第三控制点(3)。
5.如权利要求4所述仿生改型的轴流风扇叶，其特征在于，对于所述锯齿段(8)，记连接所述第一控制点(1)与所述第二控制点(4)的直线段为参考直线段(6)，通过沿该参考直线段(6)向内切割叶片由此形成所述锯齿结构(9)；
所述锯齿结构(9)由底边相等、且底边首尾相连的N个等腰三角形构成，这些等腰三角形的底边沿所述参考直线段(6)分布，N为预先设定的正整数；
自所述第一控制点(1)向所述第二控制点(4)，对这N个等腰三角形进行顺序编号，则，
第1个三角形的底边端点和所述第一控制点(1)之间的最短距离与所述参考直线段(6)的长度之比为0.1～0.15；底边上的高与所述参考直线段(6)的长度之比为0.1～0.4；
第N个三角形的底边端点和所述第二控制点(4)之间的最短距离与所述参考直线段(6)的长度之比为0.05～0.1；底边上的高与所述参考直线段(6)的长度之比为0.05～0.15；
并且，所述第1个三角形底边上的高与所述第N个三角形底边上的高的比值为1.5～3；自所述第1个三角形至所述第N个三角形，这N个三角形底边上的高的长度依次递减。
6.如权利要求5所述仿生改型的轴流风扇叶，其特征在于，自所述第1个三角形至所述第N个三角形，这N个三角形底边上的高的长度对应等差数列依次递减。
7.如权利要求5所述仿生改型的轴流风扇叶，其特征在于，N满足4～10。
8.如权利要求2或4所述仿生改型的轴流风扇叶，其特征在于，该第一控制点(1)、第二控制点(4)、第三控制点(3)分别位于第一圆弧(10)、第二圆弧(11)、第三圆弧(12)上，其中，所述第一圆弧(10)、所述第二圆弧(11)和所述第三圆弧(12)均以所述扇叶旋转轴在垂直于所述扇叶旋转轴的平面上的投影为圆心；记该轴流风扇叶的半径为R，则，
所述第一圆弧(10)的半径R1与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.88～0.94；
所述第二圆弧(11)的半径R2与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.52～0.66；
所述第三圆弧(12)的半径R3与所述的轴流风扇叶的半径R的比值为0.26～0.33；
并且，该轴流风扇叶是在原轴流风扇叶的基础上对所述原轴流风扇叶的叶轮尾缘进行改型得到的，记所述原轴流风扇叶的叶轮尾缘在垂直于所述扇叶旋转轴的平面上的投影曲线为叶轮原尾缘线(5)，则：
所述第一控制点(1)为所述第一圆弧(10)与所述叶轮原尾缘线(5)的交点；
记所述第二圆弧(11)与所述叶轮原尾缘线(5)的交点为参考控制点(2)，同时以所述叶轮尾缘(5)指向叶轮前缘(13)的方向为角度正方向，所述第二控制点(4)与该参考控制点(2)之间对应的圆心角为3.5°～14°；
所述第三控制点(3)为所述第三圆弧(12)与所述叶轮原尾缘线(5)的交点。
9.一种轴流风机，其特征在于，该轴流风机具有如权利要求1－8任意一项所述仿生改型的轴流风扇叶。
10.一种空调室外机，其特征在于，该空调室外机的风扇具有如权利要求1－8任意一项所述仿生改型的轴流风扇叶。
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