CN116395133A - 一种飞行器和尾桨及涵道尾桨桨叶 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涵道尾桨桨叶，在与涵道尾桨桨叶转动轴线相垂直的平面内，涵道尾桨桨叶的投影轮廓具有圆弧段；涵道尾桨桨叶转动过程中，在与涵道尾桨桨叶转动轴线相垂直的平面内，涵道尾桨桨叶的投影与涵道尾桨的定子叶片的投影最大重合面积小于涵道尾桨的定子叶片的投影面积。本发明的涵道尾桨桨叶，改变现有技术中矩形平面的桨叶外形，构建弯曲外形的涵道尾桨桨叶，使得涵道尾桨桨叶在转动过程中，涵道尾桨桨叶的投影不会与涵道尾桨的定子叶片的投影完全重合，从而降低涵道尾桨桨叶旋转通过定子叶片上方时发生的遮挡干扰，降低噪声水平。本发明还提供一种包含上述涵道尾桨桨叶的尾桨同时，本发明还提供一种包含上述尾桨的飞行器。

Description

一种飞行器和尾桨及涵道尾桨桨叶

技术领域

本发明涉及飞行器及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种飞行器和尾桨及涵道尾桨桨叶。

背景技术

涵道尾桨是在垂尾中制成筒形涵道，在涵道内装尾桨叶和尾桨毂，利用涵道产生附加气动力。涵道尾桨的桨叶外形对其气动和噪声特性具有重要的影响，针对桨叶气动外形开展设计是提升涵道尾桨性能的主要手段之一。

目前，涵道尾桨的桨叶外形较为常规。其中，翼型主要套用现有旋翼的翼型，而涵道尾桨工作环境与旋翼差异较大，旋翼的翼型难以适用于涵道尾桨中。在三维外形方面，常规涵道尾桨桨叶以线性扭转、单一弦长、矩形平面外形为主，对涵道尾桨气动性能的提升效果有限，且矩形桨叶与定子之间存在较强的气动干扰，增大了涵道尾桨的干扰噪声水平。

因此，如何改变现有技术中，涵道尾桨的干扰噪声较强的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种飞行器和尾桨及涵道尾桨桨叶，以解决上述现有技术存在的问题，降低涵道尾桨的噪声水平，提升飞行器气动性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种涵道尾桨桨叶，在与所述涵道尾桨桨叶转动轴线相垂直的平面内，所述涵道尾桨桨叶的投影轮廓具有圆弧段；

所述涵道尾桨桨叶转动过程中，在与所述涵道尾桨桨叶转动轴线相垂直的平面内，所述涵道尾桨桨叶的投影与涵道尾桨的定子叶片的投影最大重合面积小于所述涵道尾桨的定子叶片的投影面积。

优选地，沿所述涵道尾桨桨叶的桨根至桨尖的方向，所述涵道尾桨桨叶的投影轮廓线包括多段依次相连的所述圆弧段。

优选地，沿所述涵道尾桨桨叶的桨根至桨尖的方向，所述圆弧段的弦长呈先减小后增大，再减小再增大的变化趋势。

优选地，沿所述涵道尾桨桨叶的桨根至桨尖的方向，所述圆弧段按照圆心位于投影内、圆心位于投影外的循环规律分布。

优选地，所述涵道尾桨桨叶的上翼面前缘半径较下翼面前缘半径大。

优选地，所述涵道尾桨桨叶的翼型遵循下列公式：

上翼面：

式一中，A_i为上翼面参数，如下表所示：

下翼面：

式二中，B_i为上翼面参数，如下表所示：

式一和式二中，x和y为以弦长进行无量纲，即弦长为1时的坐标值，不同桨叶展向位置的翼型坐标对应乘以当地的弦长长度，y_u为上翼面坐标值，y_l为下翼面坐标值；

非线性弦长分布，弦长分布公式为：

式三中，x为展向位置与桨叶半径的比值，y为弦长与桨叶半径的比值，Ci为弦长公式参数，如下表所示：

非线性扭转分布，扭转分布公式为：

式四中，x为展向位置与桨叶半径的比值，y为该展向位置的扭转角度，D_i为扭转公式参数，如下表所示：

四分之一弦线位置分布：

式五中，x为展向位置与桨叶半径的比值，y为该展向位置四分之一弦线位置的移动量与桨叶半径的比值，以0.432R展向位置为基准，即0.432R展向位置处移动量为0，R为所述涵道尾桨桨叶的半径，数值为正表示向桨叶前缘移动，数值为负表示向桨叶后缘移动，E_i为四分之一弦线位置分布参数，如下表所示：

。

本发明还提供一种尾桨，包含上述的涵道尾桨桨叶。

本发明还提供一种飞行器，包含上述的尾桨。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的涵道尾桨桨叶，改变现有技术中矩形平面的桨叶外形，构建弯曲外形的涵道尾桨桨叶，使得涵道尾桨桨叶在转动过程中，涵道尾桨桨叶的投影不会与涵道尾桨的定子叶片的投影完全重合，从而降低涵道尾桨桨叶旋转通过定子叶片上方时发生的遮挡干扰，降低噪声水平。

本发明还提供一种包含上述涵道尾桨桨叶的尾桨，有效降低尾桨的干扰噪声水平。同时，本发明还提供一种包含上述尾桨的飞行器，提升飞行器气动性能。

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为现有技术中的矩形桨叶的结构示意图；

图2为本发明的实施例中所公开的涵道尾桨桨叶的结构示意图；

图3为本发明的实施例中所公开的涵道尾桨桨叶工作时的主视图；

图4为本发明的实施例中所公开的涵道尾桨桨叶工作时的后视图；

图5为本发明的实施例中所公开的涵道尾桨桨叶工作时的侧视图；

图6为本发明的实施例中所公开的涵道尾桨桨叶的翼型图；

图7为本发明的实施例中所公开的涵道尾桨桨叶的非线性弦长分布图；

图8为本发明的实施例中所公开的涵道尾桨桨叶的非线性扭转分布图；

图9为本发明的实施例中所公开的涵道尾桨桨叶的外形分布结构图；

图10为本发明的实施例一公开的涵道尾桨桨叶与现有技术矩形桨叶的气动性能对比图；

图11为本发明的实施例一公开的涵道尾桨桨叶与现有技术矩形桨叶的涵道尾桨噪声对比图；

图12为本发明的实施例中所公开的尾桨的结构示意图。

其中，1为涵道尾桨桨叶，101为桨根，102为桨尖，2为定子叶片，3为涵道壁面。

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做出创造性劳动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飞行器和尾桨及涵道尾桨桨叶，以解决上述现有技术存在的问题，降低涵道尾桨的噪声水平，提升飞行器气动性能。

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。

本发明提供一种涵道尾桨桨叶1，在与涵道尾桨桨叶1转动轴线相垂直的平面内，涵道尾桨桨叶1的投影轮廓具有圆弧段；涵道尾桨桨叶1转动过程中，在与涵道尾桨桨叶1转动轴线相垂直的平面内，涵道尾桨桨叶1的投影与涵道尾桨的定子叶片2的投影最大重合面积小于涵道尾桨的定子叶片2的投影面积。

本发明的涵道尾桨桨叶1，改变现有技术中矩形平面的桨叶外形，构建弯曲外形的涵道尾桨桨叶1，使得涵道尾桨桨叶1在转动过程中，涵道尾桨桨叶1的投影不会与涵道尾桨的定子叶片2的投影完全重合，从而降低涵道尾桨桨叶1旋转通过定子叶片2上方时发生的遮挡干扰，降低噪声水平。

在实际应用中，沿涵道尾桨桨叶1的桨根101至桨尖102的方向，涵道尾桨桨叶1的投影轮廓线可设置为包括多段依次相连的圆弧段，在涵道尾桨桨叶1转动过程中，从而进一步减小涵道尾桨桨叶1的投影与涵道尾桨的定子叶片2的投影重合面积，有利于降低噪声水平。

其中，沿涵道尾桨桨叶1的桨根101至桨尖102的方向，圆弧段的弦长呈先减小后增大，再减小再增大的变化趋势，构建涵道尾桨桨叶1的非线性弦长分布。此处需要解释说明的是，弦长的变化趋势呈现减小-增大-减小-增大的变化趋势，即先减小再增大，重复变化两次，得到的涵道尾桨桨叶1的中段弦长较大。

同时，沿涵道尾桨桨叶1的桨根101至桨尖102的方向，圆弧段按照圆心位于投影内、圆心位于投影外的循环规律分布。

涵道尾桨桨叶1的上翼面前缘半径较下翼面前缘半径大，厚度较小，且最大厚度位置靠近前缘，弯度较大且最大弯度位置靠近前缘。

具体地，涵道尾桨桨叶1的翼型遵循下列公式：

上翼面：

式一中，A_i为上翼面参数，如下表所示：

下翼面：

式二中，B_i为上翼面参数，如下表所示：

式一和式二中，x和y为以弦长进行无量纲，即弦长为1时的坐标值，不同桨叶展向位置的翼型坐标对应乘以当地的弦长长度，y_u为上翼面坐标值，y_l为下翼面坐标值；具体地，涵道尾桨桨叶1的翼型图可参考图6。

非线性弦长分布，弦长分布公式为：

式三中，x为展向位置与桨叶半径的比值，y为弦长与桨叶半径的比值，Ci为弦长公式参数，如下表所示：

本发明的涵道尾桨桨叶1的非线性弦长分布图详见图7。

非线性扭转分布，扭转分布公式为：

式四中，x为展向位置与桨叶半径的比值，y为该展向位置的扭转角度，D_i为扭转公式参数，如下表所示：

本发明的涵道尾桨桨叶1的非线性扭转分布图详见图8。

四分之一弦线位置分布：

式五中，x为展向位置与桨叶半径的比值，y为该展向位置四分之一弦线位置的移动量与桨叶半径的比值，以0.432R展向位置为基准(即0.432R展向位置处移动量为0，其中，R为涵道尾桨桨叶1的半径)，数值为正表示向桨叶前缘移动，数值为负表示向桨叶后缘移动，E_i为四分之一弦线位置分布参数，如下表所示：

更具体地，本发明的涵道尾桨桨叶1的外形分布结构如图9所示，本发明在0.9R至1.0R展向范围内设计了正扭转。本发明通过翼型、弦长和扭转的设计，改善涵道尾桨桨叶1的载荷分布，增大桨尖102载荷，加速桨尖102处涵道壁面3的气流，改变涵道壁面3的压强分布，进而增加涵道拉力，提升涵道尾桨整体气动性能。此外，通过改变涵道尾桨桨叶1展向不同位置剖面翼型的四分之一弦线中心，得到了从桨根101至桨尖102先后掠-再前掠的弯曲平面外形，减小桨叶旋转通过定子时的遮挡干扰，降低涵道尾桨的噪声水平。

除此之外，还需要说明的是，本发明的涵道尾桨桨叶1的桨根101为非设计段，主要起到涵道尾桨桨叶1与其他结构连接的作用。

与此同时，本发明还提供一种尾桨，详见图12，包含上述的涵道尾桨桨叶1，有效改善尾桨的干扰噪声水平。

进一步地，本发明还提供一种飞行器，包含上述的尾桨，从而提升飞行器的气动性能。

下面通过具体的实施例对本发明的涵道尾桨桨叶1，进行进一步的解释说明。

实施例一

本实施例以涵道尾桨桨叶1的半径为547毫米为例，下表给出了涵道尾桨桨叶1的具体外形数据。

表1本实施例的涵道尾桨桨叶1的翼型

表2本实施例的涵道尾桨桨叶1的非线性扭转分布

表3本实施例的涵道尾桨桨叶1的非线性弦长分布

r/R	弦长/(米)
		0.432	0.07736
0.45	0.07553
		0.5	0.07409
0.55	0.07541
		0.6	0.07772
0.65	0.07978
		0.7	0.08064
0.75	0.07990
		0.8	0.07799
0.85	0.07607
		0.9	0.07543
0.95	0.07652
		1	0.07784

表4本实施例的涵道尾桨桨叶1的四分之一弦线位置移动量

本实施例的涵道尾桨桨叶1，与现有技术中矩形桨叶的气动、噪声性能相比，请参考图10和图11，本实施例的涵道尾桨桨叶1提升了涵道尾桨的最大悬停效率，推迟了大拉力下的失速，同时降低了涵道尾桨的噪声。

本发明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 (8)

1.一种涵道尾桨桨叶，其特征在于：

在与所述涵道尾桨桨叶转动轴线相垂直的平面内，所述涵道尾桨桨叶的投影轮廓具有圆弧段；

所述涵道尾桨桨叶转动过程中，在与所述涵道尾桨桨叶转动轴线相垂直的平面内，所述涵道尾桨桨叶的投影与涵道尾桨的定子叶片的投影最大重合面积小于所述涵道尾桨的定子叶片的投影面积。

2.根据权利要求1所述的涵道尾桨桨叶，其特征在于：沿所述涵道尾桨桨叶的桨根至桨尖的方向，所述涵道尾桨桨叶的投影轮廓线包括多段依次相连的所述圆弧段。

3.根据权利要求2所述的涵道尾桨桨叶，其特征在于：沿所述涵道尾桨桨叶的桨根至桨尖的方向，所述圆弧段的弦长呈先减小后增大，再减小再增大的变化趋势。

4.根据权利要求2所述的涵道尾桨桨叶，其特征在于：沿所述涵道尾桨桨叶的桨根至桨尖的方向，所述圆弧段按照圆心位于投影内、圆心位于投影外的循环规律分布。

5.根据权利要求1所述的涵道尾桨桨叶，其特征在于：所述涵道尾桨桨叶的上翼面前缘半径较下翼面前缘半径大。

6.根据权利要求1-5任一项所述的涵道尾桨桨叶，其特征在于：所述涵道尾桨桨叶的翼型遵循下列公式：

上翼面：

式一中，A_i为上翼面参数，如下表所示：

下翼面：

式二中，B_i为上翼面参数，如下表所示：

式一和式二中，x和y为以弦长进行无量纲，即弦长为1时的坐标值，不同桨叶展向位置的翼型坐标对应乘以当地的弦长长度，y_u为上翼面坐标值，y_l为下翼面坐标值；

非线性弦长分布，弦长分布公式为：

式三中，x为展向位置与桨叶半径的比值，y为弦长与桨叶半径的比值，Ci为弦长公式参数，如下表所示：

非线性扭转分布，扭转分布公式为：

式四中，x为展向位置与桨叶半径的比值，y为该展向位置的扭转角度，D_i为扭转公式参数，如下表所示：

四分之一弦线位置分布：

式五中，x为展向位置与桨叶半径的比值，y为该展向位置四分之一弦线位置的移动量与桨叶半径的比值，以0.432R展向位置为基准，即0.432R展向位置处移动量为0，R为所述涵道尾桨桨叶的半径，数值为正表示向桨叶前缘移动，数值为负表示向桨叶后缘移动，E_i为四分之一弦线位置分布参数，如下表所示：

。

7.一种尾桨，其特征在于：包含权利要求1-6任一项所述的涵道尾桨桨叶。

8.一种飞行器，其特征在于：包含权利要求7所述的尾桨。

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