CN219172657U - 一种旋翼以及旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种旋翼以及旋翼飞行器，旋翼包括桨叶，桨叶的表面凸设有多个凸起结构，多个凸起结构沿桨叶的展向依次间隔设置，相邻的凸起结构之间具有高度差。与现有技术相比，本实用新型通过沿桨叶的展向依次间隔设置多个凸起结构，利用具有高度差的多个凸起结构增大与空气的接触区域，实现对桨叶层流分离泡的强制扰流转捩，使得气流更加贴合桨叶表面，降低尾缘边界层厚度，从而减小噪声的发生区域，达到降低噪音的目的。

Description

一种旋翼以及旋翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，特别是一种旋翼以及旋翼飞行器。

背景技术

旋翼飞行器能够垂直起降、低空飞行，特有的飞行优势使其在军事和民用领域都得到了广泛应用，并将成为未来城市空中交通的主要载运工具。但是飞行器噪声很大程度上限制了其应用场景，降低螺旋桨气动噪声的重要性也逐渐显现。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种旋翼以及旋翼飞行器，以解决现有技术中的技术问题，它能够提升旋翼的降噪效果。

第一方面，本实用新型提供了一种旋翼，包括桨叶，所述桨叶的表面凸设有多个凸起结构，所述多个凸起结构沿所述桨叶的展向依次间隔设置，相邻的所述凸起结构之间具有高度差。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述多个凸起结构的高度沿所述桨叶的展向依次降低，形成阶梯状分布。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，最靠近所述桨叶的旋转中心的凸起结构与最远离所述旋转中心的凸起结构之间的高度差为0.1mm。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述凸起结构为多边形凸台。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述多边形凸台包括前部，所述前部的横截面为三角形。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述三角形中最靠近所述桨叶的前缘的内角大于等于30°，且小于等于90°。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述凸起结构的高度满足：

其中，t为所述凸起结构的高度；

k为比例系数，k的取值范围为0.01-0.2；

c为当地弦长；

Re为当地雷诺数。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述当地雷诺数满足如下要求：

其中，ρ为空气密度；

ω为所述桨叶的旋转角速度；

r为当地展向位置；

μ为空气动力粘度。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述当地雷诺数大于等于10000，且小于等于500000。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述凸起结构的弦向长度大于等于0.05c，且小于等于0.2c，其中，c为当地弦长。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述凸起结构的展向宽度与所述凸起结构的弦向长度的比值大于0.01，且小于0.2。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，相邻所述凸起结构之间的间距与所述凸起结构的展向宽度的比值大于0.1，且小于2。

如上所述的一种旋翼，其中，优选的是，所述凸起结构与所述桨叶的前缘之间的间距大于等于0.05c，且小于等于0.5c，其中，c为当地弦长。

第二方面，本实用新型还提供了一种旋翼飞行器，包括前述的旋翼。

与现有技术相比，本实用新型通过沿桨叶的展向依次间隔设置多个凸起结构，利用具有高度差的多个凸起结构增大与空气的接触区域，实现对桨叶层流分离泡的强制扰流转捩，使得气流更加贴合桨叶表面，降低尾缘边界层厚度，从而减小噪声的发生区域，达到降低噪音的目的。

附图说明

图1是本实用新型实施例所提供的旋翼的整体结构的立体图；

图2是本实用新型实施例所提供的旋翼的整体结构的主视图；

图3是本实用新型实施例所提供的旋翼的局部位置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例所提供的旋翼的凸起结构的立体图。

附图标记说明：1-桨叶，2-凸起结构，3-主桨，4-桨尖，5-前缘，6-后缘，7-前部，8-凹陷部。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

在此需要说明的是，本实用新型所涉及到的参数均采用本领域通常的方式进行定义，以图2中的桨叶为例，其中，定义翼型是指桨叶1在展向上任意位置的二维剖面，将旋转中心设定为原点建立坐标系，旋转中心是指桨叶1旋转的中心点，桨叶1围绕旋转中心转动，翼型的靠近旋转中心的一端为主桨3，翼型的远离旋转中心的一端为桨尖4，主桨3到桨尖4的延伸方向定义为展向(图2中从左向右方向)，对应地，垂直于展向的方向即为弦向，桨叶1的弦向方向上包括前缘5以及后缘6，后缘5到前缘6的延伸方向即为桨叶的旋转方向。

参照图1至图4所示，本实用新型所提供的旋翼包括桨叶1，桨叶1的表面凸设有多个凸起结构2，多个凸起结构2沿桨叶1的展向依次间隔设置，相邻的凸起结构2之间具有高度差，利用具有高度差的多个凸起结构2增大与空气的接触区域，实现对桨叶1层流分离泡的强制扰流转捩，使得气流更加贴合桨叶1表面，降低尾缘边界层厚度，从而减小噪声的发生区域，达到降低噪音的目的，根据实际噪声测试，设有凸起结构2的旋翼在相同拉力下可以实现最大5dBA的降噪。

本实用新型所提供的实施例中，多个凸起结构2的高度沿桨叶1的展向依次降低，形成阶梯状分布，从而更有利于对层流分离泡的强制转捩，可以有效降低总声压级，实现整个桨叶1的进一步降噪，优选的是，多个凸起结构2呈等间隔分布，相邻的凸起结构2之间具有同样尺寸的间隙，最靠近桨叶1旋转中心的凸起结构2的高度与最远离桨叶1旋转中心的凸起结构2的高度之间的高度差为0.1mm，一种可行的实施方式中，最靠近桨叶旋转中心的凸起结构的高度为0.2mm，最远离桨叶1旋转中心的凸起结构2的高度为0.1mm，期间设置40-50个凸起结构2，多个凸起结构2的高度呈线性递减分布，最远离桨叶1旋转中心的凸起结构2位于桨尖4的尾端，最靠近桨叶1旋转中心的凸起结构2的当地展向位置r为桨尖4到桨叶1旋转中心的长度R的1/4-1/3。

本领域的技术人员可以知晓，多个凸起结构2可以形成其他形状的分布，例如多个凸起结构2沿着桨叶1的展向排列可以形成锯齿状分布，多个凸起结构2沿桨叶1的展向呈周期性的高度变化。

为更进一步降低噪音，参照图3以及图4所示，凸起结构2为多边形凸台，多边形凸台的面向桨叶1的前缘5的一端形成三角形形状的前部7，前部7包括两个倾斜设置的外壁面，两个外壁面的一端相交，两个外壁面的另一端分别与凸起结构2的两个侧面接续，前部7的开口面向桨叶1的后缘6设置，前部7的中心线的延伸方向平行于桨叶1的旋转方向，多个凸起结构2的前部7之间相互平行设置，优选的是，三角形中最靠近所述桨叶的前缘的内角大于等于30°，且小于等于90°，这种对凸起结构2前端的优化设计能够减弱凸起结构2前端的涡流，降低涡流的干扰，从而实现降低噪声的目的。

本申请所提供的实施例中，凸起结构2的面向桨叶1的后缘6的一端设有凹陷部8，凹陷部8为凹陷形成于凸起结构2后部的凹槽，凹槽呈箭头形状，包括两个倾斜设置的内壁面，两个内壁面的一端相交，两个内壁面的另一端分别与凸起结构2的两个侧面接续，凹陷部8的开口面向桨叶1的后缘6设置，凹陷部8的中心线的延伸方向平行于桨叶1的旋转方向，多个凸起结构2的凹陷部8之间相互平行设置，优选的是，凹陷部8的夹角介于30°-90°之间，这种对凸起结构2后端的优化设计能够减弱凸起结构2后端的涡流，降低涡流的干扰，从而实现降低噪声的目的。

本申请所提供的实施例中，凸起结构2具有设定的高度t，高度满足：

其中，t为凸起结构2的高度，k为比例系数，c为当地弦长，即为站位截面翼型前缘5到后缘6的距离，Re为当地雷诺数。

通过控制凸起结构2的尺寸和布置形式，可以有效降低总声压级，从第一公式可以知晓，凸起结构2的高度t是变化的，主要是根据当地雷诺数Re的数值而改变，具体地，沿着桨叶1的展向方向，越远离旋转中心，当地雷诺数Re越大，凸起结构2的高度t越小，凸起结构2的高度沿展向方向呈梯度减少，使得气流更加贴合桨叶1表面，更有利于对层流分离泡的强制转捩，可以实现整个桨叶1的最优降噪。

本实用新型所提供的实施例中，k的取值范围为0.01-0.2，包括端点值，比例系数k的取值可以使得当地弦长c、当地雷诺数Re与凸起结构2的高度t之间保持一个合理的对应关系，当地弦长c以及当地雷诺数Re变化以后，使得凸起结构2随之发生合适的高度变化，凸起结构2的高度t变化能同时兼顾飞行器气动性能与噪声抑制，在不影响桨叶1气动效率的前提下，一定程度上降低旋翼噪声。

进一步地，Re的取值满足：

其中，ρ为空气密度，ω为桨叶1的旋转角速度，r为当地展向位置，c为当地弦长，μ为空气动力粘度。

当地雷诺数Re随着空气密度ρ、桨叶1旋转角速度ω、当地展向位置r、当地弦长c以及空气动力粘度μ的数值变化而变化，桨叶1转速一定后，当地雷诺数Re主要和当地展向位置r以及当地弦长c相关，当地雷诺数Re越大，凸起结构2的高度t越小，当地雷诺数Re越小，凸起结构2的高度t较大，高度较高的凸起结构2靠近旋转中心，这样有利于提高旋翼飞行器的气动效率。由于旋翼飞行器气动效率提高，在同样的升力面分布的情况下，所需要的转速更低，使得减小旋翼飞行器飞行过程中产生的噪音成为可能，优选的是，当地雷诺数大于等于10000，且小于等于500000，以获得较高的降噪收益。

本申请所提供的实施例中，凸起结构2具有设定的弦向长度L，弦向长度L大于等于0.05c，且小于等于0.2c，其中：L为凸起结构2的弦向长度，c为当地弦长。凸起结构2的弦向长度L随着当地弦长c保持正比例关系，当地弦长c越长，凸起结构2的弦向长度L也越长，凸起结构2的作用区域也越大，从而减小噪声的发生区域。

本申请所提供的实施例中，凸起结构2的具有设定的展向宽度h1，展向宽度h1与凸起结构的弦向长度L的比值大于0.01，且小于0.2，其中：h1为凸起结构2的展向宽度，L为凸起结构2的弦向长度，凸起结构2呈狭长型结构，使得气流能够平缓流向尾缘，以获得更好的气动性能和降噪效果。

本申请所提供的实施例中，多个凸起结构2之间的间距h2与凸起结构2的展向宽度h1的比值大于0.1，且小于2，其中：h1为凸起结构2的展向宽度，h2为相邻的两个凸起结构2之间的间距。为进一步降低桨叶1转动发出的噪音，参照图1以及图2所示，多个凸起结构2靠近桨叶1的前缘5设置，具体地，凸起结构2与桨叶1的前缘5之间的间距大于等于0.05c，且小于等于0.5c，

其中，d为凸起结构2与桨叶1的前缘5之间的间距，c为当地弦长。根据低雷诺数层流翼型的流动特性，层流分离泡位于桨叶1的前缘5附近,将凸起结构2靠近桨叶1的前缘5设置，可以对前缘5的层流分离泡进行强制转捩，切断桨叶1旋转时空气在桨叶1的前缘5上的展向流动，减少桨叶1的前缘5所形成的涡流，进一步降低了桨叶1转动发出的噪音。

参照图1至图4所示，凸起结构2的横截面为箭头形结构，本领域的技术人员可以知晓，凸起结构2的横截面还可以包括圆形、三角形、矩形或多边形等规则形状或不规则形状，在此不做限定。

基于上述实施例，本实用新型还提供了一种旋翼飞行器，该旋翼飞行器包括上述的旋翼，并具有其所有的有益效果，此处不再赘述。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本实用新型的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型不以图面所示限定实施范围，凡是依照本实用新型的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (14)

1.一种旋翼，包括桨叶(1)，其特征在于，所述桨叶(1)的表面设有多个凸起结构(2)，所述多个凸起结构(2)沿所述桨叶(1)的展向依次间隔设置，相邻的所述凸起结构(2)之间具有高度差。

2.根据权利要求1所述的旋翼，其特征在于，所述多个凸起结构(2)的高度沿所述桨叶(1)的展向依次降低，形成阶梯状分布。

3.根据权利要求2所述的旋翼，其特征在于，最靠近所述桨叶(1)的旋转中心的凸起结构(2)与最远离所述旋转中心的凸起结构(2)之间的高度差为0.1mm。

4.根据权利要求1所述的旋翼，其特征在于，所述凸起结构(2)为多边形凸台。

5.根据权利要求4所述的旋翼，其特征在于，所述多边形凸台包括前部(7)，所述前部的横截面为三角形。

6.根据权利要求5所述的旋翼，其特征在于，所述三角形中最靠近所述桨叶(1)的前缘(5)的内角大于等于30°，且小于等于90°。

7.根据权利要求1所述的旋翼，其特征在于，所述凸起结构(2)的高度满足：

其中，t为所述凸起结构(2)的高度；

k为比例系数，k的取值范围为0.01-0.2；

c为当地弦长；

Re为当地雷诺数。

8.根据权利要求7所述的旋翼，其特征在于，所述当地雷诺数满足如下要求：

其中，ρ为空气密度；

ω为所述桨叶(1)的旋转角速度；

r为当地展向位置；

μ为空气动力粘度。

9.根据权利要求8所述的旋翼，其特征在于，所述当地雷诺数大于等于10000，且小于等于500000。

10.根据权利要求1所述的旋翼，其特征在于，所述凸起结构(2)的弦向长度大于等于0.05c，且小于等于0.2c，其中，c为当地弦长。

11.根据权利要求1所述的旋翼，其特征在于，所述凸起结构(2)的展向宽度与所述凸起结构(2)的弦向长度的比值大于0.01，且小于0.2。

12.根据权利要求1所述的旋翼，其特征在于，相邻所述凸起结构(2)之间的间距与所述凸起结构(2)的展向宽度的比值大于0.1，且小于2。

13.根据权利要求1所述的旋翼，其特征在于，所述凸起结构(2)与所述桨叶(1)的前缘(5)之间的间距大于等于0.05c，且小于等于0.5c，其中，c为当地弦长。

14.一种旋翼飞行器，其特征在于，包括权利要求1-13中任一项所述的旋翼。

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