CN206125417U - 一种螺旋桨组件、动力系统及飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种螺旋桨组件、动力系统以及飞行器，螺旋桨组件包括间隔设置的第一螺旋桨和第二螺旋桨，第一螺旋桨包括第一桨毂以及连接第一桨毂的至少一第一桨叶，第二螺旋桨包括第二桨毂以及连接第二桨毂的至少一第二桨叶，在螺旋桨组件的转动过程中，经第一螺旋桨旋转过程产生的加速气流从第一螺旋桨指向并作用于第二螺旋桨，第二桨叶的径向攻角线型不同于第一桨叶的径向攻角线型。通过上述方式，不同层桨叶的径向攻角线型设置成彼此不同，可有效避免不同层桨叶之间的气流流速差对螺旋桨的工作效果的影响。

Description

一种螺旋桨组件、动力系统及飞行器

技术领域

本实用新型实施例涉及动力领域，特别是涉及一种螺旋桨组件、动力系统及飞行器。

背景技术

螺旋桨是一种依靠桨叶在空气或水等传动介质中旋转，将发动机转动功率转化为推力或拉力的装置，其广泛应用于飞行器、潜艇等装置的动力系统。以多旋翼飞行器为例，为了在相同投影尺寸的情况下获得更大的升力，普遍采用共轴双桨式螺旋桨设计，即沿同一轴向上下间隔设置两层螺旋桨。

然而，使用共轴双桨时，上层桨叶在旋转过程中产生的气流会进入下层桨叶，导致下层桨叶的气流流速远高于上层桨叶的气流流速。在现有共轴双桨式螺旋桨设计中，上层桨叶和下层桨叶一般都是采用相同的攻角设计，上述气流流速差会导致上层桨叶和下层桨叶无法达到预期的工作效果。例如，由于上述气流流速差会导致下层桨叶的桨效率受到极大损失。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种螺旋桨组件、动力系统及飞行器，以解决因不同层桨叶之间的气流流速差而对螺旋桨的工作效果的影响。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：提供一种螺旋桨组件，包括间隔设置的第一螺旋桨和第二螺旋桨，第一螺旋桨包括第一桨毂以及连接第一桨毂的至少一第一桨叶，第二螺旋桨包括第二桨毂以及连接第二桨毂的至少一第二桨叶，在螺旋桨组件的转动过程中，经第一螺旋桨旋转过程产生的加速气流从第一螺旋桨指向并作用于第二螺旋桨，第二桨叶的径向攻角线型不同于第一桨叶的径向攻角线型。

其中，第二桨叶所采用的径向攻角线型使得第二螺旋桨的桨效率相较于第二桨叶采用第一桨叶的径向攻角线型时第二螺旋桨的桨效率更大。

其中，第二螺旋桨的桨效率取决于第二螺旋桨在特定转速下旋转时产生的拉力的大小。

其中，第一螺旋桨的旋转轴与第二螺旋桨的旋转轴共轴设置，且经第一螺旋桨旋转过程产生的加速气流的至少部分从第一螺旋桨进入第二螺旋桨。

其中，在第一螺旋桨和第二螺旋桨的距离二者的公共轴的相同半径位置处，第二桨叶的攻角大于第一桨叶的攻角。

其中，在第一桨叶和第二桨叶等长或等比例缩放成等长且第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴等距设置的情况下，在半径为第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴之间间距的25.9％的位置处，第二桨叶的攻角与第一桨叶的攻角之间的差值为10.4±0.5度。

其中，在第一桨叶和第二桨叶等长或等比例缩放成等长且第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴等距设置的情况下，在半径为第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴之间间距的44.4％的位置处，第二桨叶的攻角与第一桨叶的攻角之间的差值为13.9±0.5度。

其中，在第一桨叶和第二桨叶等长或等比例缩放成等长且第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴等距设置的情况下，在半径为第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴之间间距的63.0％的位置处，第二桨叶的攻角与第一桨叶的攻角之间的差值为8.4±0.5度。

其中，在第一桨叶和第二桨叶等长或等比例缩放成等长且第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴等距设置的情况下，在半径为第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴之间间距的81.5％的位置处，第二桨叶的攻角与第一桨叶的攻角之间的差值为5.2±0.5度。

其中，在第一桨叶和第二桨叶等长或等比例缩放成等长且第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴等距设置的情况下，在半径为第一桨叶和第二桨叶的外端部与公共轴之间间距的100％的位置处，第二桨叶的攻角与第一桨叶的攻角之间的差值为6±0.5度。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：提供一种动力系统，该动力系统包括上述螺旋桨组件以及用于驱动螺旋桨组件的电机组件。

其中，电机组件包括用于驱动第一螺旋桨的第一电机以及用于驱动第二螺旋桨的第二电机。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：提供一种飞行器，该飞行器包括上述动力系统以及支撑动力系统的机臂。

本实用新型实施例的有益效果是：在本实用新型实施例所提供的螺旋桨组件、动力系统及飞行器中，将不同层桨叶的径向攻角线型设置成彼此不同，可有效避免不同层桨叶之间的气流流速差对螺旋桨的工作效果的影响。

附图说明

图1是使用根据本实用新型一实施例的螺旋桨组件的飞行器的局部立体示意图；

图2是图1所示的螺旋桨组件的侧视图；

图3是根据本实用新型一实施例的螺旋桨组件的两层桨叶所采用的径向攻角线型实例的曲线示意图；

图4是根据本实用新型另一实施例的两层桨叶的俯视图；

图5是沿图4所示的A-A线的螺旋桨组件的两层桨叶的截面示意图；

图6是沿图4所示的B-B线的螺旋桨组件的两层桨叶的截面示意图；

图7是沿图4所示的C-C线的螺旋桨组件的两层桨叶的截面示意图；

图8是沿图4所示的D-D线的螺旋桨组件的两层桨叶的截面示意图；

图9是沿图4所示的E-E线的螺旋桨组件的两层桨叶的截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1，图1是使用根据本实用新型一实施例的螺旋桨组件的飞行器的局部立体示意图。本实施例的飞行器包括机臂11、支撑于机臂11上的电机组件12以及由电机组件12驱动的螺旋桨组件13。其中，螺旋桨组件13包括间隔设置的第一螺旋桨131和第二螺旋桨132。第一螺旋桨131包括第一桨毂1311以及与第一桨毂1311连接的至少一第一桨叶1312，第二螺旋桨132包括第二桨毂1321以及与第二桨毂1321连接的至少一第二桨叶1322。在本实施例中，第一桨叶1312和第二桨叶1322的数量为两个，在其他实施例中，二者的数量可根据实际需要进行任意设定。此外，在本实施例中，第一螺旋桨131和第二螺旋桨132的旋转轴共轴设置，且电机组件12包括分别驱动第一螺旋桨131和第二螺旋桨132的两个电机121、122。然而，在其他实施例中，第一螺旋桨131和第二螺旋桨132的旋转轴可以是平行设置，或者第一螺旋桨131和第二螺旋桨132也可以由同一电机进行驱动。

在本实施例中，螺旋桨组件13和电机组件12构成飞行器的动力系统，并通过第一螺旋桨131和第二螺旋桨132的旋转为飞行器提供飞行所需的动力。

请参见图2，图2是图1所示的螺旋桨组件的侧视图。在螺旋桨组件13的转动过程中，经第一螺旋桨131的旋转过程产生的加速气流从第一螺旋桨131指向并作用于第二螺旋桨132。具体来说，如图2所示，经第一螺旋桨131旋转过程产生的加速气流的至少部分沿箭头所示方向从第一螺旋桨131进入第二螺旋桨132，导致第一螺旋桨131和第二螺旋桨132所处位置的气流具有一定流速差。

在本实施例中，为了克服上述流速差对第一螺旋桨131和第二螺旋桨132的工作效果的影响，将第二螺旋桨132的第二桨叶1322的径向攻角线型设计成不同第一螺旋桨131的第一桨叶1321的径向攻角线型。其中，径向攻角线型是指桨叶的攻角沿螺旋桨的径向方向的变化曲线。

请进一步参见图3，图3是根据本实用新型一实施例的螺旋桨组件的两层桨叶所采用的径向攻角线型实例的曲线示意图。如上文所描述的，由于第二螺旋桨132的气流流速远高于第一螺旋桨131的气流流速，进而导致第二螺旋桨132的桨效率下降。在本实施例中，第二螺旋桨132的桨效率取决于第二螺旋桨132在特定转速下产生的拉力大小。简言之，当特定转速下产生的拉力越大，则表明桨的效率越高。

为此，在本实施例中，第一螺旋桨131的第一桨叶1312选择曲线10所示的径向攻角线型，第二螺旋桨132的第二桨叶1322选择曲线20所示的径向攻角线型。在图3所示的两种径向攻角线型中，在第一螺旋桨131和第二螺旋桨132的距离二者的公共轴(原点)的相同半径位置处，第二桨叶1322的攻角大于第一桨叶1312的攻角。

通过上述设计，在上述气流流速差存在的情况下，可以使得在第二桨叶1322采用曲线20所示的径向攻角线型时，第二螺旋桨132的桨效率比第二桨叶1322采用曲线10所示的径向攻角线型的第二螺旋桨132的桨效率更大(例如，产生的拉力更大)，由此克服了第一桨叶1312和第二桨叶1322采用相同径向攻角线型情况下，上述气流流速差对桨效率造成的影响。

上述实施例仅以桨效率为例，对第一桨叶1312和第二桨叶1322的具体实例进行说明，当然本领域技术人员在阅读本实用新型后，完全可以想到以其他方式将第一桨叶1312和第二桨叶1322的径向攻角线型设置成彼此不同，进而达到预期的工作效果。此外，值得注意的是，上述实施例虽然仅以二层桨为例进行了描述，但本发明的各实施例适用于三层桨、四层桨等其他多层桨设计。

请参见图4-9，下面将结合具体实例对第一桨叶1312和第二桨叶1322的具体参数进行描述。

图4是根据本实用新型另一实施例的两层桨叶的俯视图，图5-图9是在图4所示的第一桨叶1312和第二桨叶1322的不同半径位置处截取的第一桨叶1312和第二桨叶1322的截面示意图，进而比较第一桨叶1312和第二桨叶1322的攻角之间的差异。在本实施例中，如图4所示，第一桨叶1312和第二桨叶1322等长设置且第一桨叶1312和第二桨叶1322的外端部与公共轴等距设置，其具体距离如图4中的L所示。当然，在其他实施例中，第一桨叶1312和第二桨叶1322中的任意一个在实际应用中也可以进行等比例缩放，以使得第一桨叶1312和第二桨叶1322的实际长度不一致。然而，在将第一桨叶1312和第二桨叶1322等比例缩放成彼此等长时，且二者的外端部与公共轴等距设置时，第一桨叶1312和第二桨叶1322之间的攻角仍满足以下数字范围。

如图4和图5所示，在半径为第一桨叶1312和第二桨叶1322的外端部与公共轴之间间距L的25.9％的位置处，即图4所示的25.9％L位置处，第二桨叶1322的攻角a12为28.7度，第一桨叶1312的攻角a11为18.3度，二者之间的差值为10.4，并进一步考虑制造及装备公差，二者之间的差值优选为10.4±0.5度。

如图4和图6所示，在半径为第一桨叶1312和第二桨叶1322的外端部与公共轴之间间距L的44.4％的位置处，即图4所示的44.4％位置处，第二桨叶1322的攻角a22为26.9度，第一桨叶1312的攻角a21为13.0度，二者之间的差值为13.9，并进一步考虑制造及装备公差，二者之间的差值优选为13.9±0.5度。

如图4和图7所示，在半径为第一桨叶1312和第二桨叶1322的外端部与公共轴之间间距L的63.0％的位置处，即图4所示的63.0％L位置处，第二桨叶1322的攻角a32为19.2度，第一桨叶1312的攻角a31为10.8度，二者之间的差值为8.4，并进一步考虑制造及装备公差，二者之间的差值优选为8.4±0.5度。

如图4和图8所示，在半径为第一桨叶1312和第二桨叶1322的外端部与公共轴之间间距L的81.5％的位置处，即图4所示的81.5％L位置处，第二桨叶1322的攻角a42为14.0度，第一桨叶1312的攻角a41为8.8度，二者之间的差值为5.2，并进一步考虑制造及装备公差，二者之间的差值优选为5.2±0.5度。

如图4和图9所示，在半径为第一桨叶1312和第二桨叶1322的外端部与公共轴之间间距L的100％位置处，即图4所示的L位置处，第二桨叶1322的攻角a52为13.0度，第一桨叶1312的攻角a51为7.0度，二者之间的差值为6度，并进一步考虑制造及装备公差，二者之间的差值优选为6±0.5度。

综上所述，本领域技术人员容易理解，本实用新型实施例所提供的螺旋桨组件、动力系统及飞行器中，将不同层桨叶的径向攻角线型设置成彼此不同，可有效避免不同层桨叶之间的气流流速差对螺旋桨的工作效果的影响。进一步，通过特定的攻角设计，有效避免了气流流速差对螺旋桨的影响。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种螺旋桨组件，其特征在于，所述螺旋桨组件包括间隔设置的第一螺旋桨和第二螺旋桨，所述第一螺旋桨包括第一桨毂以及连接所述第一桨毂的至少一第一桨叶，所述第二螺旋桨包括第二桨毂以及连接所述第二桨毂的至少一第二桨叶，在所述螺旋桨组件的转动过程中，经所述第一螺旋桨旋转过程产生的加速气流从所述第一螺旋桨指向并作用于所述第二螺旋桨，所述第二桨叶的径向攻角线型不同于所述第一桨叶的径向攻角线型。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨组件，其特征在于，所述第二桨叶所采用的径向攻角线型使得所述第二螺旋桨的桨效率相较于所述第二桨叶采用所述第一桨叶的径向攻角线型时所述第二螺旋桨的桨效率更大。

3.根据权利要求1所述的螺旋桨组件，其特征在于，所述第二螺旋桨的桨效率取决于所述第二螺旋桨在特定转速下旋转时产生的拉力的大小。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨组件，其特征在于，所述第一螺旋桨的旋转轴与所述第二螺旋桨的旋转轴共轴设置，且经所述第一螺旋桨旋转过程产生的加速气流的至少部分从所述第一螺旋桨进入所述第二螺旋桨。

5.根据权利要求4所述的螺旋桨组件，其特征在于，在所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨的距离二者的公共轴的相同半径位置处，所述第二桨叶的攻角大于所述第一桨叶的攻角。

6.根据权利要求4所述的螺旋桨组件，其特征在于，在所述第一桨叶和所述第二桨叶等长或等比例缩放成等长且所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨的公共轴等距设置的情况下，在半径为所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述公共轴之间间距的25.9％的位置处，所述第二桨叶的攻角与所述第一桨叶的攻角之间的差值为10.4±0.5度。

7.根据权利要求4所述的螺旋桨组件，其特征在于，在所述第一桨叶和所述第二桨叶等长或等比例缩放成等长且所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨的公共轴等距设置的情况下，在半径为所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述公共轴之间间距的44.4％的位置处，所述第二桨叶的攻角与所述第一桨叶的攻角之间的差值为13.9±0.5度。

8.根据权利要求4所述的螺旋桨组件，其特征在于，在所述第一桨叶和所述第二桨叶等长或等比例缩放成等长且所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨的公共轴等距设置的情况下，在半径为所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述公共轴之间间距的63.0％的位置处，所述第二桨叶的攻角与所述第一桨叶的攻角之间的差值为8.4±0.5度。

9.根据权利要求4所述的螺旋桨组件，其特征在于，在所述第一桨叶和所述第二桨叶等长或等比例缩放成等长且所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨的公共轴等距设置的情况下，在半径为所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述公共轴之间间距的81.5％的位置处，所述第二桨叶的攻角与所述第一桨叶的攻角之间的差值为5.2±0.5度。

10.根据权利要求4所述的螺旋桨组件，其特征在于，在所述第一桨叶和所述第二桨叶等长或等比例缩放成等长且所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨的公共轴等距设置的情况下，在半径为所述第一桨叶和所述第二桨叶的外端部与所述公共轴之间间距的100％的位置处，所述第二桨叶的攻角与所述第一桨叶的攻角之间的差值为6±0.5度。

11.一种动力系统，其特征在于，所述动力系统包括权利要求1-10任意一项所述的螺旋桨组件以及用于驱动所述螺旋桨组件的电机组件。

12.根据权利要求11所述的动力系统，其特征在于，所述电机组件包括用于驱动所述第一螺旋桨的第一电机以及用于驱动所述第二螺旋桨的第二电机。

13.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括如权利要求11所述的动力系统以及支撑所述动力系统的机臂。