CN211364941U - 旋翼飞行器的桨叶及旋翼飞行器 - Google Patents

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郜奥林
卢鹏
马聪
唐河森
刘金来
李振凯
孙恒盛
闫波
姜欣宏
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Abstract

本公开涉及一种旋翼飞行器的桨叶及旋翼飞行器，其中桨叶包括桨根、桨尖以及上下相对设置的上翼面和下翼面，上翼面和下翼面的一侧连接形成前缘，另一侧连接形成所述尾缘，上翼面由通过多个坐标对限定的(kx，ky，kz)构成的上翼面特征线所限定，下翼面由通过多个坐标对限定的(kx，ky，kz)构成的下翼面特征线所限定。本公开的桨叶能够减少空气的阻力，提高拉力和效率，增加旋翼飞行器的续航时间，此外还能够减少飞行器在飞行时产生的噪音，提升用户体验。

Description

旋翼飞行器的桨叶及旋翼飞行器
技术领域
本公开涉及飞行器技术领域，具体地，涉及一种旋翼飞行器的桨叶及旋翼飞行器。
背景技术
旋翼是旋翼飞行器的重要零部件，用于将电机或发动机的输出轴的动力转化为推力或升力，以实现旋翼飞行器的起降、悬停、行进或者倾转等动作。相关技术中的旋翼的桨叶由于其立体外形轮廓和结构上的限制，导致力效较低，在工作时无满足法所需求的推进力。此外，相关技术中的旋翼飞行器的旋翼噪音水平偏高，该类型的旋翼用于植保、电力巡航等人口相对稀少的地区尚可，对于物流配送等应用于人口较为密集的区域时，其产生的噪音会对居民的日常生活产生较大的干扰，影响用户体验。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种旋翼飞行器的桨叶，能够提高旋翼飞行器的航时、航程能力，同时降低产生的噪音水平。
为了实现上述目的，本公开提供一种旋翼飞行器的桨叶，所述桨叶包括桨根、桨尖以及上下相对设置的上翼面和下翼面，所述上翼面和所述下翼面的一侧连接形成所述前缘，另一侧连接形成所述尾缘，所述上翼面由通过多个坐标对限定的(kx，ky，kz)构成的上翼面特征线所限定，所述下翼面由通过多个坐标对限定的(kx，ky，kz)构成的下翼面特征线所限定，所述上翼面特征线和所述下翼面特征线根据以下所限定：
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000011
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000021
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000022
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000031
其中，x方向为旋翼的展向方向，y方向为旋翼的弦长方向，z为厚度方向；k＝a/229，其中，a为旋翼的半径取值；所述上翼面特征线和所述下翼面特征线中的每个的最大误差等于±3％。
通过上述技术方案，本公开对桨叶的主要拉力产生区进行了上下翼面特征线的优化，从而使得旋翼展向上处于较佳的工作段，以减少空气的阻力，提高拉力和效率，从而能够增加旋翼飞行器的续航时间，此外还能够减少飞行器在飞行时产生的噪音，提升用户体验。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据一示例性实施例示出的旋翼的立体结构示意图；
图2是根据一示例性实施例示出的旋翼的平面视图；
图3是本公开的桨叶与T-motor纯碳桨叶的力效对比图。
附图标记说明
1 桨叶 11 前缘 12 尾缘
13 上弧线 14 下弧线 15 弦线
16 桨根 17 桨尖 171 后掠部
18 上翼面 19 下翼面
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本实施例中出现的上、下等方位用语是以旋翼安装于飞行器以后旋翼以及旋翼飞行器的常规运行姿态为参考，而不应该认为具有限制性。
下面结合附图，对本公开的旋翼飞行器的旋翼及旋翼飞行器进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
如图1和图2所示，本公开提供了一种旋翼飞行器的旋翼，包括桨叶1 和桨毂，桨叶1通过桨毂安装于旋翼飞行器的驱动组件上，驱动组件例如可以是安装在旋翼飞行器机身上的旋转电机，旋转电机的输出轴与桨毂连接，以带动桨叶1旋转。旋翼飞行器的机身上可以设置多个旋翼，通过对旋翼的旋转速度以及姿态的调节，能够改变旋翼飞行器的飞行姿态，以在悬停、行进或者侧倾等动作之间切换。
本公开的桨叶1可以采用相关技术中的任意材质制成，包括但不限于金属材料、塑料、碳纤维等。此外，在制造时可以采用模塑。冲压、锻造等各种相关技术中的加工工艺手段。
桨叶1包括桨根16、桨尖17以及上下相对设置的上翼面18和下翼面 19，上翼面18和下翼面19的一侧连接形成前缘11，另一侧连接形成尾缘 12，所述上翼面18由通过多个坐标对限定的(kx，ky，kz)构成的上翼面特征线所限定，下翼面19由通过多个坐标对限定的(kx，ky，kz)构成的下翼面特征线所限定，上翼面特征线和下翼面特征线根据以下所限定：
表1a上翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000041
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000051
表1b下翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000052
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000061
其中，x方向为旋翼的展向方向，y方向为旋翼的弦长方向，z为厚度方向。k＝a/229，其中a为旋翼的半径取值。表1为选取的半径为229㎜的桨叶的一项实施方式的立体外形数据，应当理解的是，采用该数据等比例放大或缩小而得到的曲线簇亦在本公开的实施范畴之内，特征线之间具有平滑的过渡。
下面示例性的提供一种在选取其他半径尺寸桨叶的情况下，如何测绘得到外形与本公开相同的桨叶的方式。当桨叶的半径尺寸为600㎜，即a＝600，则k＝2.62009，然后将k分别乘以表1中对应的坐标值，最后得到一组新的特征线的特征点坐标，例如表1a中上翼面特征线5中对应的坐标变为 (297.60030,-31.16505,7.31181)，(297.60030,-30.85444,7.64422)……；表 1b中下翼面特征线5中对应的坐标变为(297.60030,-31.16505,7.31181)， (297.60030,-31.01191,6.97195)……。
上翼面特征线和下翼面特征线中的每个的最大误差等于±3％，即在±3％误差允许范围内的上翼面特征线和下翼面特征线所构成的机翼的形状均落入到本公开所要求的保护的范围内。
根据上述表格中的数据，可以看出，本公开的桨叶1中距离中心的较远的区间内(大致113-196的x区间)具有由上述三条特征线限定的立体结构，该区间的对应的桨叶结构是桨叶中的主体结构，是较为重要的拉力产生区，通过在该区域优化特征线数值，能够使得桨叶1主体部分的展向上处于最佳的工作段，以减少空气的阻力，提高拉力和效率，从而能够增加旋翼飞行器的续航时间，此外还能够减少飞行器在飞行时产生的噪音，提升用户体验。本公开中，上翼面特征线和下翼面特征线还根据以下所进一步限定：
表2a上翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000071
表2b下翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000072
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000081
之所以继续选择距离中心较近的区间(大致27-69的区间)进行优化，是因为桨根16用于与桨毂相连接，从而使桨叶能够在驱动组件的驱动下旋转。此时桨根16相较于桨叶1的主体部分以及桨尖17部分更加靠近桨毂的位置，因此将承受更高的扭矩。本公开在该区间，即在桨根16的部分进行加厚处理，即沿着桨根16的弦向向外形成有隆起部，以提高桨根16部分的结构强度。
本公开中，上翼面特征线和下翼面特征线还根据以下所进一步限定：
表3a上翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000082
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000091
表3b上翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000092
。
这样，本公开还对桨叶1的主体部分进行了进一步细化处理，使得桨叶 1的主体部分的过渡更加的平滑，不会出现急扭转之处。这种平滑过渡的结构能够进一步提高桨叶1的整体结构强度，不易折断，提高桨叶1主体部分在工作时的可靠性，拉力和效率更高。
本公开中，上翼面特征线和下翼面特征线还根据以下所进一步限定：
表4a上翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000102
表4b下翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000103
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000111
本公开还对较近的桨根16的区域进行了进一步细化，提升了桨根16处的平滑程度，以提高桨叶1的结构强度。
进一步地，为了提升降噪的效果，本公开的桨叶1在展向上每一段均能够处于最佳的工作段，以减少空气的阻力，提高拉力和效率，从而能够增加旋翼飞行器的续航时间，此外还能够减少飞行器在飞行时产生的噪音，提升用户的使用体验。
根据本公开的一种实施方式，如图1和图2所示，在桨尖17还处形成有后掠部171，后掠部171自前缘11向尾缘12弯折延伸，后掠部171的上翼面特征线和下翼面特征线根据以下所限定：
表5a上翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000112
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000121
表5b下翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000122
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000131
其中，x方向为旋翼的展向方向，y方向为旋翼的弦长方向，z为厚度方向。k＝a/229，其中，a为旋翼的半径取值。表5为选取的半径为229㎜的桨叶的一项实施方式的立体外形数据，应当理解的是，采用该数据等比例放大或缩小而得到的曲线簇亦在本公开的实施范畴之内，特征线之间具有平滑的过渡。
下面示例性的提供一种在选取其他半径尺寸桨叶的情况下，如何得到外形与本公开相同的后掠部171的方式。例如桨叶的半径尺寸为600㎜，即a ＝600，则k＝2.62009，然后将k分别乘以表5中对应的坐标值，最后得到一组新的特征线的特征点坐标，例如表5a中上翼面特征线10中对应的坐标变为 (549.60056,-22.77924,2.38606)，(549.60056,-22.77924,2.58626)……；表 5b中下翼面特征线10中对应的坐标变为(549.60056,-22.77924,2.38606)， (549.60056,-22.67366,2.21162)……。
上翼面特征线和下翼面特征线中的每个的最大误差等于±3％，即在±3％误差允许范围内的上翼面特征线和下翼面特征线所构成的机翼的形状均落入到本公开所要求的保护的范围内。
在本公开中，通过设计上述两条翼面特征线所构成的立体结构，构造了后掠部171，后掠部171的存在可以切断桨叶1旋转时空气在桨叶1上的展向流动，从而减少桨尖17部分所形成的涡流，并降低桨尖17部分涡流的强度，此外后掠部171还能够削弱桨叶1附近气压变化的程度，减弱具有一定厚度的桨叶1周期性切割气流的程度，最终降低桨叶1旋转时产生的旋转噪声。
为了使得后掠部效果更好，本公开还进一步增加了一条翼面特征线来限定后掠部。具体地如下表6所示：
表6a上翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000141
表6b下翼面特征线的特征点坐标
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000142
Figure DEST_PATH_GDA0002579934480000151
通过对后掠部171上下翼面特征线的进一步限定，使得后掠部171更加平滑，使桨尖17处形成的涡流更加稳定，能够进一步提高降噪的效果。
以下将通过本公开的桨叶(18寸电木)以及T-motor纯碳桨叶的力效对比测试，进一步说明本公开的桨叶1在提升旋翼飞行器在气动效率方面的有益效果。
如图3所示，采用本公开桨叶1的旋翼飞行器的力效与T-motor纯碳桨叶相比，平均提升4.9％。具体的，在1.5kg拉力下，力效提升2.7％；在1.1kg 拉力下，力效提升5％；在1.8kg拉力下拉力提升7％。此外通过实验和数值仿真，本公开的桨叶1相较于T-motor纯碳桨叶噪声降低了3分贝。本公开上述力效的测试采用数值仿真和风洞试验双重手段，保证实验结果的准确性。
根据本公开的一种实施方式，如图2所示，桨叶1可以至少为两个，至少两个桨叶1通过桨根16连接在一起，并相对于连接处的中心点位置中心对称。至少两个桨叶1可以一体成型，从而能够保证桨叶1的整体的结构强度，或者桨叶1也可以采用分体成型的设计，例如将每一片桨叶1分别安装到桨毂上，使得桨叶1的安装和更换较为方便，此时桨叶1的旋转中心即为桨毂所在的轴线。
本公开的第二个目的是提供一种旋翼飞行器，旋翼飞行器包括上述的旋翼飞行器的桨叶。该旋翼飞行器可以为多旋翼飞行器。该旋翼飞行器具有上述旋翼飞行器的旋翼的所有有益效果，本公开对此不再赘述。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种旋翼飞行器的桨叶，包括桨根(16)、桨尖(17)以及上下相对设置的上翼面(18)和下翼面(19)，所述上翼面(18)和下翼面(19)的一侧连接形成前缘(11)，另一侧连接形成尾缘(12)，其特征在于，所述上翼面(18)由通过多个坐标对限定的(kx，ky，kz)构成的上翼面特征线所限定，所述下翼面(19)由通过多个坐标对限定的(kx，ky，kz)构成的下翼面特征线所限定，所述上翼面特征线和所述下翼面特征线根据以下所限定：
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000011
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000012
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000021
其中，x方向为旋翼的展向方向，y方向为旋翼的弦长方向，z为厚度方向；k＝a/229，其中，a为旋翼的半径取值；所述上翼面特征线和所述下翼面特征线中的每个的最大误差等于±3％。
2.根据权利要求1所述的旋翼飞行器的桨叶，其特征在于，所述上翼面特征线和所述下翼面特征线还根据以下所限定：
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000022
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000031
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000032
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000041
3.根据权利要求2所述的旋翼飞行器的桨叶，其特征在于，所述上翼面特征线和所述下翼面特征线还根据以下所限定：
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000042
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000043
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000051
4.根据权利要求3所述的旋翼飞行器的桨叶，其特征在于，所述上翼面特征线和所述下翼面特征线还根据以下所限定：
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000052
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000061
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000062
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的旋翼飞行器的桨叶，其特征在于，所述桨尖(17)处形成有后掠部(171)，所述后掠部(171)自所述前缘(11)向所述尾缘(12)弯折延伸，所述后掠部(171)的所述上翼面特征线和所述下翼面特征线根据以下所限定：
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000071
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000072
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000081
6.根据权利要求5所述的旋翼飞行器的桨叶，其特征在于，所述后掠部(171)的所述上翼面特征线和所述下翼面特征线还根据以下所限定：
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000082
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000091
Figure DEST_PATH_FDA0002579934470000092
7.根据权利要求1所述的旋翼飞行器的桨叶，其特征在于，所述桨叶(1)至少为两个，至少两个所述桨叶(1)通过所述桨根(16)连接在一起，并相对于连接处的中心点位置中心对称。
8.根据权利要求7所述的旋翼飞行器的桨叶，其特征在于，至少两个所述桨叶(1)一体成型或分体成型。
9.一种旋翼飞行器，其特征在于，包括根据权利要求1-8中任一项所述的旋翼飞行器的桨叶。
10.根据权利要求9所述的旋翼飞行器，其特征在于，所述旋翼飞行器为多旋翼飞行器。
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