CN207826548U - 一种高效低噪旋翼 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高效低噪旋翼,涉及无人机技术领域,包括桨叶,所述桨叶包括旋转定位孔,所述旋转定位孔依次连接有一体成型的平滑段和后掠段;所述后掠段包括下反桨尖,所述后掠段还包括后掠上弧和后掠下弧,所述后掠上弧和所述后掠下弧的相交处形成尖削端。本实用新型具有结构简单、便于加工、升阻比高、抗干扰能力强、整体结构稳定性强的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于无人机技术领域,具体涉及一种高效低噪旋翼。
背景技术
旋翼是直升机的重要部件。在直升机飞行过程中,旋翼起产生升力和拉力双重作用。不仅如此,旋翼还起到类似于飞机副翼、升降舵的作用。随着社会经济不断的发展,无人机领域也衍生出了众多技术产品,现有的应用在无人机领域的旋翼多采用椭圆形桨叶,并采用同等厚度的对称翼型,但其制造成本高,制造工艺复杂,且对称翼型升阻比小,存在飞行效率低,噪声高的问题。
中国专利一种用于旋翼飞行器的低噪声桨叶(申请号:CN201610405088.4),涉及空气动力学技术领域,能够在保证桨叶生产成本和结构强度的同时,提升了气动效率且降低了噪声。本实用新型包括:平滑延伸段、前掠段、后掠段和后掠下反段,前掠段、后掠段和后掠下反段位于桨叶外侧,桨叶外侧结构呈现先前掠再后掠;平滑延伸段为从起点向外侧平滑延伸至指定半径之处连接前掠段,起点为桨叶与桨毂连接处;前掠段连接平滑延伸段,后掠段连接前掠段,后掠下反段连接后掠段。该方案通过由多段组成的桨叶实现了旋翼飞行器低噪声的飞行,但其桨叶通过平滑延伸段、前掠段、后掠段和后掠下反段构成,结构形状较为复杂,制造难度大、成本不可控,且多段的设计容易造成桨叶整体结构强度的缺失,需要作出改进。
因此急需要一种结构简单、便于加工、升阻比高、抗干扰能力强、整体结构稳定性强的高效低噪旋翼。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高效低噪旋翼,以解决现有技术结构形状较为复杂,制造难度大、成本不可控、结构稳定度不够的问题。
本实用新型提供了如下的技术方案:
一种高效低噪旋翼,包括桨叶,所述桨叶包括旋转定位孔,所述旋转定位孔依次连接有一体成型的平滑段和后掠段;所述后掠段包括下反桨尖,所述后掠段还包括后掠上弧和后掠下弧,所述后掠上弧和所述后掠下弧的相交处形成尖削端。
优选的,所述平滑段包括上弧面和下弧面,所述上弧面的弯曲程度大于所述下弧面的弯曲程度,可以获得较高的升阻比,且该种桨叶为双凸翼型,结构简单,便于加工。
优选的,所述桨叶包括参考弦长,所述桨叶的厚度满足:最大桨叶厚度/弦长≤8%,有利于保障较小的阻力。
优选的,所述后掠段的后掠角为22度,可以减少型阻功率、改善升力分布以及减弱桨-涡干扰。
优选的,所述下反桨尖的下反角为33度,下反桨尖的设计不仅使桨叶的诱导速度减小,而且较普通矩形桨叶的诱导速度分布更趋均匀。
优选的,所述桨叶包括前缘和后缘,所述前缘采用尖前缘,可减小波阻,使产生附体的斜激波以代替离体的正激波。
优选的,所述桨叶包括弦线,所述桨叶沿着所述弦线正扭转形成扭转角,所述扭转角不超过15度,有利于改变沿展向各剖面的有效迎角,进而调整气动载荷的展向分布,从而减小机翼诱导阻力,改善机翼升力。
本实用新型的有益效果是:
1、采用包括平滑段和后掠段的桨叶,而后掠段包括下反桨尖,且下反桨尖有尖削端,一方面主体结构稳固,没有过多的分段,另一方面该种设计使桨叶的诱导速度减小,且诱导速度的分布也更均匀,也使桨叶的叶尖涡位置更靠下方,有利于降低桨-涡干扰,飞行效率高,飞行器的整体功耗低;
2、采用双凸翼型,且桨叶平滑段的上弧面弯曲程度比下弧面弯曲程度更大,有利于保障更低的相对厚度,获得更高的升阻比;
3、桨叶采用正扭转,且最大扭转角为15度,有利于改变桨叶的迎角,进而调整气动载荷的展向分布,从而改善桨叶的升力,有利于提升效率;
4、本实用新型结构简单、便于加工,气动效率高,易于广泛推广应用。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型,并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
图1是本实用新型结构示意图;
图2是本实用新型主视示意图;
图3是后掠段细节示意图;
图4是本实用新型实施例示意图;
图5是图4中B-B向剖面示意图;
图6是图4中C-C向剖面示意图;
图7是图4中E-E向剖面示意图;
图8是图4中F-F向剖面示意图;
图9是图4中G-G向剖面示意图;
图10是图4中H-H向剖面示意图;
图11是图4中I-I向剖面示意图;
图12是图4中J-J向剖面示意图;
图13是图4中K-K向剖面示意图;
图14是图4中L-L向剖面示意图;
图15是图4中M-M向剖面示意图;
图16是图4中N-N向剖面示意图;
图17是图4中O-O向剖面示意图;
图18是图4中P-P向剖面示意图;
图19为旋翼桨叶的拉力-功率实验图;
图中:1.旋转定位孔,2.前缘,3.后缘,4.后掠段,41.后掠上弧,42.后掠下弧,5.下反桨尖,6.上弧面,7.下弧面,8.弦线,9.平滑段;
STA:后掠尖削下反桨尖,ST:后掠尖削桨尖,R:矩形桨尖。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
如图1至图4所示,本实用新型实施例提供一种高效低噪旋翼,包括桨叶,桨叶包括旋转定位孔1,旋转定位孔1依次连接有一体成型的平滑段9和后掠段4;后掠段4包括下反桨尖5,后掠段4还包括后掠上弧41和后掠下弧42,后掠上弧41和后掠下弧42的相交处形成尖削端。
优选的,平滑段9包括上弧面6和下弧面7,上弧面6的弯曲程度大于下弧面7的弯曲程度,可以获得较高的升阻比,且该种桨叶为双凸翼型,结构简单,便于加工。桨叶包括参考弦长,桨叶的厚度满足:最大桨叶厚度/弦长≤8%,有利于保障较小的阻力。后掠段4的后掠角为22度,可以减少型阻功率、改善升力分布以及减弱桨-涡干扰。下反桨尖5的下反角为33度,下反桨尖5的设计不仅使桨叶的诱导速度减小,而且较普通矩形桨叶的诱导速度分布更趋均匀。桨叶包括前缘2和后缘3,前缘2采用尖前缘,可减小波阻,使产生附体的斜激波以代替离体的正激波。桨叶包括弦线8,桨叶沿着弦线8正扭转形成扭转角,扭转角不超过15度,有利于改变沿展向各剖面的有效迎角,进而调整气动载荷的展向分布,从而减小机翼诱导阻力,改善机翼升力。
具体的,如图4至图18所示,桨叶的前缘2与后缘3之间的距离由旋转定位孔1的直径逐渐以平滑的曲线扩大,在中间截面处达到最大,再逐渐缩小,直至尾部后掠段4。从旋转定位孔1的中心处沿着弦线8以20公分为间隔分别对桨叶截面,如图5至图18可见,B-B向剖面的扭转角为7度,弦长40.23公分,C-C向剖面的扭转角最大,为15度,其弦长52.8公分,E-E向剖面的扭转角为14度,弦长66.37公分,F-F向剖面的扭转角为13度,弦长71.02公分,桨叶在F-F处达到最大厚度5.7公分,其相对厚度为最大厚度与弦长的比值,即5.7/71*100%=8%,G-G向剖面的扭转角为12度,弦长为72.58公分,H-H向剖面的扭转角为11度,弦长为73.35公分,I-I向剖面的扭转角为10度,弦长为70.27公分,J-J向剖面的扭转角为9度,弦长为63.8公分,K-K向剖面的扭转角为8度,弦长58.57公分,L-L向剖面的扭转角为7度,弦长为55.09公分,M-M向剖面的扭转角为6度,弦长为51.7公分,N-N向剖面的扭转角为5度,弦长为48.46公分,O-O向剖面的扭转角为4度,弦长为45.29公分,P-P向剖面的扭转角为3度,弦长为42.65公分;可见,桨叶的扭转角从小到大,达到最大值15度后,再逐渐减小,对应的弦长也先逐渐变大,后递减。
按照本方案加工的桨叶,在构型上不同于传统的矩形桨叶,制造更为方便,成本更可控;如图1至图18所示,双凸翼型的涉及可以获得更高的升阻比,传统的圆头翼型在超音速气流中会产生脱体激波,而这种机翼为了采用尖前缘可减小波阻,使产生附体的斜激波以代替离体的正激波。波阻是和相对厚度的平方成正比的,因此阻力较小。
如图4至图19所示,桨叶的下反角为33度,后掠角为22度,其尖削比为20/23,对比传统的矩形浆尖,下反不仅使桨叶的诱导速度减小,而且较矩形的诱导速度分布更趋均匀。此外下反浆尖可使叶尖涡位置更向下,因此在减弱浆-涡干扰方面较传统的矩形浆尖更为有利。而后掠尖削浆尖的设计可以减少型阻功率、改善升力分布以及减弱浆-涡干扰。对比传统的矩形浆尖和后掠尖削浆尖(浆尖未下反),当拉力相同,旋翼其他参数相同时,功率最小,由图2的实验数据可得,功率比矩形桨叶减少3%。当飞行速度较大时,前缘2后掠会导致压缩性引起的功率损失降低。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高效低噪旋翼,包括桨叶,其特征在于,所述桨叶包括旋转定位孔,所述旋转定位孔依次连接有一体成型的平滑段和后掠段;所述后掠段包括下反桨尖,所述后掠段还包括后掠上弧和后掠下弧,所述后掠上弧和所述后掠下弧的相交处形成尖削端。
2.根据权利要求1所述的一种高效低噪旋翼,其特征在于,所述平滑段包括上弧面和下弧面,所述上弧面的弯曲程度大于所述下弧面的弯曲程度。
3.根据权利要求2所述的一种高效低噪旋翼,其特征在于,所述桨叶包括参考弦长,所述桨叶的厚度满足:最大桨叶厚度/弦长≤8%。
4.根据权利要求1所述的一种高效低噪旋翼,其特征在于,所述后掠段的后掠角为22度。
5.根据权利要求4所述的一种高效低噪旋翼,其特征在于,所述下反桨尖的下反角为33度。
6.根据权利要求1所述的一种高效低噪旋翼,其特征在于,所述桨叶包括前缘和后缘,所述前缘采用尖前缘。
7.根据权利要求6所述的一种高效低噪旋翼,其特征在于,所述桨叶包括弦线,所述桨叶沿着所述弦线正扭转形成扭转角,所述扭转角不超过15度。
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