WO2019200941A1 - 一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨 - Google Patents

Abstract

一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，包括桨毂（1）和至少两个桨叶（2），桨毂的纵向轴线为转动轴线，桨叶的一端为连接端，连接端与桨毂的外侧面连接，至少两个桨叶关于转动轴线呈中心对称布置，每个桨叶沿螺旋桨的直径方向开设有一个或多个用于气流通过的长条状缝隙（3），缝隙自桨叶的迎风面向桨叶的背风面贯通设置。开缝螺旋桨通过在旋转的桨叶上开设缝隙，空气先通过位于缝隙前端有螺距角度的桨叶后，在缝隙聚集成有一定下洗角度的气流，然后气流再通过位于缝隙后端螺距角度更大的桨叶，形成角度更大的下洗气流，下洗气流角度越大，螺旋桨的升力越大，因此飞行器在使用这种螺旋桨时，可以降低飞行器的动力消耗，提高续航时间，增加载重能力。

Description

一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨 技术领域

本发明涉及飞行设备技术领域，尤其涉及一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨。

背景技术

在直升机和多旋翼飞行器上，旋转的桨叶直接提供升力，叫作旋翼；在固定翼飞机上，旋转的螺旋桨提供飞机向前飞行的拉力(或推力)，飞机的升力则来自于机翼，但旋翼和螺旋桨原理相同，都是有一定螺距角度的桨叶绕发动机轴旋转产生一个方向的力。

螺旋桨是指有一定倾斜角度的桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力或升力的装置，有两个或较多的桨叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种推进器，且一面迎风设置，桨叶的倾斜角度即是桨叶的螺距角度，螺距角度的大小直接影响桨叶的升力，在桨叶转速不变的情况下，螺距角度越大，通过桨叶的下洗气流的角度就越大，桨叶的升力就会越高，但是过大的螺距角度会导致桨叶失速，螺旋桨的升阻比降低，桨叶失速的原理和固定翼飞机的失速原理相同。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，以解决上述技术问题的至少一种。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，包括：

桨毂，所述桨毂的纵向轴线为转动轴线；

至少两个桨叶，所述桨叶的一端为连接端，所述连接端与所述桨毂的外侧面连接，所述至少两个桨叶关于所述转动轴线呈中心对称布置，每个 所述桨叶沿螺旋桨的直径方向开设有一个或多个用于气流通过的长条状缝隙，所述缝隙自所述桨叶的迎风面向所述桨叶的背风面贯通设置。

本发明的有益效果是：在桨叶不会产生失速的情况下，每个旋转的桨叶的螺距角度比传统螺旋桨更大，因此本发明比传统螺旋桨的工作效率更高。本发明的渐变螺距多段式开缝螺旋桨，通过在旋转的桨叶上开设多个用于气流通过的长条状缝隙，缝隙由桨叶的迎风面向背风面贯通设置，空气先通过位于缝隙前端有螺距角度的桨叶后，在缝隙聚集成有一定下洗角度的气流，然后气流再次通过位于缝隙后端螺距角度更大的桨叶，形成角度更大的下洗气流，每增加一个缝隙，就可以增加位于缝隙后端的桨叶的螺距角度，多次增加缝隙的数量，可以使螺旋桨旋转时最终的下洗气流角度接近90度角；下洗气流的角度越大，螺旋桨的升力越大，解决了过大的螺距角度会导致桨叶失速的问题，因此飞行器在使用这种螺旋桨时，可以降低飞行器的动力消耗，提高飞行器的续航时间，同时增加飞行器的载重能力。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述桨叶沿其转动方向包括多个依次叠加的分段桨叶，所述缝隙设置在两个相邻的分段桨叶之间。

进一步地，每个所述分段桨叶沿气流方向分为分段桨叶的前缘端部和后缘端部，所述缝隙的两侧分别为位于所述缝隙前端的分段桨叶的后缘端部与位于所述缝隙后端的分段桨叶的前缘端部。

采用上述进一步方案的有益效果是：桨叶绕桨毂进行旋转时，空气通过位于缝隙前端的分段桨叶上表面和下表面后，在缝隙处聚集成有一定下洗角度的气流，然后气流再次通过位于缝隙后端螺距角度更大的桨叶，形成角度更大的下洗气流，下洗角度越大，螺旋桨的升力越高。

进一步地，相邻两个所述分段桨叶，沿气流方向，其中一个分段桨叶的后缘端部靠近另一个分段桨叶的前缘端部。

进一步地，位于所述缝隙后端的分段桨叶的螺距角度大于位于所述缝隙前端的分段桨叶的螺距角度。

进一步地，位于每个所述桨叶上的所述缝隙沿所述螺旋桨直径方向的 数量为一个或多个。

进一步地，位于每个桨叶上的所述缝隙沿所述螺旋桨旋转方向的数量为一个或多个。

进一步地，位于所述缝隙后端的分段桨叶的迎风面和/或背风面设置有多个片状凸起，所述片状凸起与所述螺旋桨旋转方向平行。

采用上述进一步方案的有益效果是：在分段桨叶上设置片状凸起，能够在迎风面和背风面对气流起到引导作用，片状凸起与螺旋桨旋转方向平行，能够防止气流通过螺距角度较大的分段桨叶时，产生螺旋桨直径方向上的分散。

进一步地，所述桨叶与所述桨毂采用一体化固定连接。

进一步地，所述桨叶与所述轮毂通过桨叶折叠机构或桨叶变螺距机构连接。

附图说明

图1为本发明所述开缝式螺旋桨的整体结构图；

图2为本发明实施例一中的所述开缝式旋翼的俯视图；

图3为本发明实施例二中的所述开缝式旋翼的俯视图；

图4为本发明实施例三中的所述开缝式旋翼的俯视图；

图5为本发明实施例四中的所述开缝式旋翼的俯视图；

图6为本发明一种所述螺旋桨的桨叶在缝隙处的端面图；

图7为本发明另一种所述螺旋桨的桨叶在缝隙处的端面图；

图8为本发明一种所述螺旋桨桨叶切面的对比图；

图9为本发明另一种所述螺旋桨桨叶切面的对比图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、桨毂；11、安装孔；12、转动轴线；2、桨叶；21、分段桨叶；211、前缘端部；212、后缘端部；3、缝隙。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释 本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-9所示，本发明的一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，包括桨毂1和至少两个桨叶2，所述桨毂1的纵向轴线为转动轴线12；所述桨叶2的一端为连接端，所述连接端与所述桨毂1的外侧面连接，所述至少两个桨叶2关于所述转动轴线12呈中心对称布置，每个所述桨叶2沿螺旋桨的直径方向A开设有一个或多个用于气流通过的长条状缝隙3，所述缝隙3自所述桨叶2的迎风面向所述桨叶2的背风面贯通设置。

螺旋桨分为很多种，应用也十分广泛，如飞机、轮船的推进器等。旋翼是直升机和多旋翼飞行器的重要部件。在飞行过程中，旋翼起产生升力和拉力的双重作用。不仅如此，直升机的旋翼还起到类似于飞机副翼、升降舵的作用。旋翼和螺旋桨的区别在于，在直升机和多旋翼飞行器上，旋转的旋翼直接提供升力，因此叫作旋翼；在固定翼飞机上，旋转的螺旋桨提供飞机向前飞行的拉力或推力，飞机的升力则来自于机翼，但旋翼和螺旋桨原理相同，都是有一定螺距角度的桨叶绕轴旋转产生一个方向的推进力。

如图1、6-9所示，转动的螺旋桨与空气相互作用，从而产生向上的升力，本发明的渐变螺距多段式开缝螺旋桨，通过在旋转的桨叶2上开设多个用于气流通过的长条状缝隙3，缝隙3由桨叶2的迎风面向背风面贯通设置，空气先通过位于缝隙3前端有螺距角度的桨叶2后，在缝隙2聚集成有一定下洗角度的气流，然后气流再次通过位于缝隙3后端螺距角度更大的桨叶2，形成角度更大的下洗气流，每增加一个缝隙3，就可以增加位于缝隙3后端的桨叶2的螺距角度，多次增加缝隙3的数量，可以使螺旋桨旋转时最终形成的下洗气流角度接近90度角；下洗气流的角度越大，螺旋桨的升力越大，解决了过大的螺距角度会导致桨叶失速的问题，因此飞行器在使用这种螺旋桨时，可以降低飞行器的的动力消耗，提高飞行器的续航时间，同时增加飞行器的载重能力。本发明所指飞行器为直升机或多旋翼飞行器等具有旋转桨叶装置的飞行器。

进一步的，如图1-5所示，所述桨叶2沿其转动方向包括多个依次叠加的分段桨叶21，所述缝隙3设置在两个相邻的分段桨叶21之间。每个 所述分段桨叶21沿气流方向C分为分段桨叶21的前缘端部211和后缘端部212，所述缝隙3的两侧分别为位于所述缝隙3前端的分段桨叶21的后缘端部212与位于所述缝隙3后端的分段桨叶21的前缘端部211。相邻两个所述分段桨叶21，沿气流方向C，其中一个分段桨叶21的后缘端部212靠近另一个分段桨叶21的前缘端部211。位于所述缝隙3后端的分段桨叶21的螺距角度大于位于所述缝隙3前端的分段桨叶21的螺距角度。如图9所示，位于所述缝隙3后端的分段桨叶21的螺距角度θ大于位于所述缝隙3前端的分段桨叶21的螺距角度β，且位于所述缝隙3后端的分段桨叶21的螺距角度β大于位于所述缝隙3前端的分段桨叶21的螺距角度α。其中，图9中箭头的方向即为桨叶21的旋转方向。

如图6-9所示，本发明的桨叶2包括多个依次叠加的分段桨叶21，且相邻的两个分段桨叶21的相对位置可以进行调节，从而实现对整个螺旋桨工作效率的优化。沿竖直方向对桨叶2在缝隙3的位置进行剖切，可以十分清楚的观察到开设缝隙3后，气流的变化。具体的，由于桨叶2与水平面存在着一定的夹角，在气流(图中箭头C所指)通过分段桨叶21的上表面和下表面后，在缝隙3处，聚集成了有一定下洗角度的气流。也就是说，空气先通过位于缝隙3前端有螺距角度的桨叶2后，在缝隙2聚集成有一定下洗角度的气流，然后气流再次通过位于缝隙3后端螺距角度更大的桨叶2，形成角度更大的下洗气流，下洗角度越大，旋翼的升力越高，降低飞行器的动力消耗，提高飞行器的续航时间。

如图6所示，在本发明的一些具体实施例当中，位于所述缝隙3后端的分段桨叶21的迎风面和/或背风面设置有多个片状凸起213，所述片状凸起213与所述螺旋桨旋转方向平行。在分段桨叶21上设置片状凸起213，能够在迎风面和背风面对气流起到引导作用，片状凸起213与螺旋桨旋转方向平行，能够防止气流通过螺距角较大的分段桨叶21时，产生螺旋桨直径方向上的分散。

在本发明的一些具体实施例当中，所述桨叶2与所述桨毂1采用一体化固定连接。或者是，所述桨叶2与所述轮毂1通过桨叶折叠机构或桨叶变螺距机构连接。以上所述的桨叶折叠机构和桨叶变螺距机构已广泛应用 于变螺距飞行器上，能够根据实际需求改变飞行器上安装的螺旋桨的的螺距角度。

如图2-5所示，在本发明当中，位于每个所述桨叶2上的所述缝隙3沿所述螺旋桨直径方向A的数量为一个或多个。位于每个桨叶2上的所述缝隙3沿所述螺旋桨旋转方向B的数量为一个或多个。也就是说，所述桨叶2上开设有一组或多组缝隙3，每组所述缝隙3的个数为一个或多个。或者所述桨叶2上开设有多组缝隙3，多组所述缝隙3沿所述螺旋桨的直径方向A设置。长条形缝隙3和螺旋桨的直径方向A接近平行。下面选取几种特殊的机构作为具体的实施例进行说明：

实施例一

如图2所示，在本实施例中，沿螺旋桨的直径方向A开设有三组缝隙3，每组缝隙3的个数为1个。也就是说，每个桨叶2上开设三个缝隙3。

实施例二

如图3所示，在本实施例中，沿螺旋桨的直径方向A开设有两组缝隙3，靠近连接端的一组缝隙3中，缝隙3的个数为2个；另一组缝隙3中，缝隙3的个数为1个。

实施例三

如图4所示，在本实施例中，沿螺旋桨的直径方向A开设有三组缝隙3，每组缝隙3的个数为2个。

实施例四

如图5所示，所述桨叶2的个数为三个，三个所述桨叶2关于所述转动轴线11对称布置。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下， 本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，包括：

   桨毂(1)，所述桨毂(1)的纵向轴线为转动轴线(12)；

   至少两个桨叶(2)，所述桨叶(2)的一端为连接端，所述连接端与所述桨毂(1)的外侧面连接，所述至少两个桨叶(2)关于所述转动轴线(12)呈中心对称布置，每个所述桨叶(2)沿螺旋桨的直径方向开设有一个或多个用于气流通过的长条状缝隙(3)，所述缝隙(3)自所述桨叶(2)的迎风面向所述桨叶(2)的背风面贯通设置。
2. 根据权利要求1所述一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，所述桨叶(2)沿其转动方向包括多个依次叠加的分段桨叶(21)，所述缝隙(3)设置在两个相邻的分段桨叶(21)之间。
3. 根据权利要求2所述一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，每个所述分段桨叶(21)沿气流方向分为分段桨叶(21)的前缘端部(211)和后缘端部(212)，所述缝隙(3)的两侧分别为位于所述缝隙(3)前端的分段桨叶(21)的后缘端部(212)与位于所述缝隙(3)后端的分段桨叶(21)的前缘端部(211)。
4. 根据权利要求3所述一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，相邻两个所述分段桨叶(21)，沿气流方向，其中一个分段桨叶(21)的后缘端部(212)靠近另一个分段桨叶(21)的前缘端部(211)。
5. 根据权利要求2所述一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，位于所述缝隙(3)后端的分段桨叶(21)的螺距角度大于位于所述缝隙(3)前端的分段桨叶(21)的螺距角度。
6. 根据权利要求2所述一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，位于每个所述桨叶(2)上的所述缝隙(3)沿所述螺旋桨直径方向的数量为一个或多个。
7. 根据权利要求6所述一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，位于每个桨叶(2)上的所述缝隙(3)沿所述螺旋桨旋转方向的数量为一个或多个。
8. 根据权利要求2所述一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，位于所述缝隙(3)后端的分段桨叶(21)的迎风面和/或背风面设置有多个片状凸起(213)，所述片状凸起(213)与所述螺旋桨旋转方向平行。
9. 根据权利要求1所述一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，所述桨叶(2)与所述桨毂(1)采用一体化固定连接。
10. 根据权利要求1所述一种渐变螺距多段式开缝螺旋桨，其特征在于，所述桨叶(2)与所述轮毂(1)通过桨叶折叠机构或桨叶变螺距机构连接。

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