WO2021043330A1

WO2021043330A1 - 一种螺旋桨及飞行器

Info

Publication number: WO2021043330A1
Application number: PCT/CN2020/122837
Authority: WO
Inventors: 张海浪
Original assignee: 深圳市道通智能航空技术有限公司
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2021-03-11
Also published as: CN210653619U

Abstract

提供了一种螺旋桨及包括该螺旋桨的飞行器，螺旋桨包括桨毂（1）和桨叶（2），桨叶（2）在距桨毂（1）中心20%处，第一弦长为58mm～62mm，第一扭转角为21.5°～22.5°；在距桨毂（1）中心50%处，第二弦长为45mm～47mm，第二扭转角为15.5°～16.5°；在距桨毂（1）中心75%处，第三弦长为30mn～32mm，第三扭转角为11.5°～12.5°；在距桨毂（1）中心100%处，第四弦长为21mm～23mm，第四扭转角为8.5°～9.5°；桨叶还包括第一翼型和第二翼型。通过设置特定的翼型、扭转角及弦长分布，能够有效保证桨叶具有最佳的工作性能，能够有效提高螺旋桨的气动效率。

Description

一种螺旋桨及飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种螺旋桨及飞行器。

背景技术

螺旋桨是飞行器的重要部件，其用于将电机输出轴的转动转化为推力或升力，以实现飞行器的起降、转向、悬停等。

现有技术的螺旋桨，其外形形状通常呈矩形，由于采用矩形的螺旋桨阻力大、效率低，使得电机输出轴的转动转化为推力或升力的气动效率受到影响，从而导致飞行器工作时无法满足预期拉力或升力的需求。

因此，亟需提供一种螺旋桨及飞行器以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种螺旋桨，气动效率高。

本实用新型的另一目的在于提供一种飞行器，能够有效延长飞行器的悬停时间。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种螺旋桨，所述螺旋桨包括桨叶，所述桨叶在距桨毂中心20％处，第一弦长为58mm～62mm，第一扭转角为21.5°～22.5°；

在距所述桨毂中心50％处，第二弦长为45mm～47mm，第二扭转角为15.5°～16.5°；

在距所述桨毂中心75％处，第三弦长为30mm～32mm，第三扭转角为11.5°～ 12.5°；

在距所述桨毂中心100％处，第四弦长为21mm～23mm，第四扭转角为8.5°～9.5°；

所述桨叶包括第一翼型和第二翼型，所述第一翼型在距所述桨毂中心0～20％处，所述第一翼型的相对厚度为14％～16％，所述第一翼型的最大厚度位置处与前缘的垂直距离与对应的弦长比为27％～28％，所述第一翼型的相对弯度为2％～4％，所述第一翼型的最大弯度位置处与所述前缘的垂直距离与对应的弦长比为32％～33％；

所述第二翼型在距所述桨毂中心30％～100％处，所述第二翼型的相对厚度为8％～9％，所述第二翼型的最大厚度位置处与前缘的垂直距离与对应的弦长比为35％～36％，所述第二翼型的相对弯度为相对弯度5％～6％，所述第二翼型的最大弯度位置处与前缘的垂直距离与对应的弦长比为43％～44％。

作为优选，在距所述桨毂中心20％处，所述第一弦长为60mm，所述第一扭转角为22°；

在距所述桨毂中心50％处，所述第二弦长为46mm，所述第二扭转角为16°；

在距所述桨毂中心75％处，所述第三弦长为31mm，所述第三扭转角为12°；

在距所述桨毂中心100％处，所述第四弦长为22mm，所述第四扭转角为9°。

作为优选，所述第一翼型在距所述桨毂中心0～20％处，所述第一翼型的相对厚度为15％，所述第一翼型的最大厚度位置处与前缘的垂直距离与对应的弦长比为27.5％，所述第一翼型的相对弯度为相对弯度3.0％，所述第一翼型的最大弯度位置处与前缘的垂直距离与对应的弦长比为32.5％。

作为优选，所述第二翼型在距所述桨毂中心30％～100％处，所述第二翼型的相对厚度为8.5％，所述第二翼型的最大厚度位置处与前缘的垂直距离与对应的弦长比为35.5％，所述第二翼型的相对弯度为相对弯度5.5％，所述第一翼型的最大弯度位置处与前缘的垂直距离与对应的弦长比为43.5％。

作为优选，所述桨叶还包括在距所述桨毂中心30％～100％处的过渡部，所述过渡部两端分别与所述第一翼型和所述第二翼型平滑过渡。

作为优选，所述桨叶包括叶背、与所述叶背相对设置的叶面、连接所述叶面与所述叶背一侧边的前缘及连接所述叶面与所述叶背另一侧边的后缘，所述叶背、所述叶面、所述前缘及所述后缘共同围合形成具有叶根及叶梢的所述桨叶，所述叶根位于靠近所述桨毂中心的一侧，所述叶梢位于远离所述桨毂中心的一侧。

作为优选，所述后缘靠近所述叶根的部分设置有第一突出部，所述第一突出部朝远离所述前缘方向延伸，其中所述第一突出部横截面面积朝远离所述前缘方向逐渐减小。

作为优选，所述螺旋桨包括两个所述桨叶，两个所述桨叶关于所述桨毂中心处中心对称。

一种飞行器，包括上述任意一种所述的螺旋桨。

作为优选，所述飞行器为无人机。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过为螺旋桨的桨叶设置特定的弦长、扭转角和翼型分布，使得螺旋桨具有“大螺距+高升力线斜率翼型”的组合，从而能够有效保证桨叶具有最佳的工作性能，以及提高螺旋桨的气动效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的一种螺旋桨的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中的一种螺旋桨的俯视图；

图3是图2中A-A截面图；

图4是本实用新型实施例中一种螺旋桨桨叶的横截面示意图；

图5是本实用新型实施例中螺旋桨与传统螺旋桨关于转速-拉力的对比图。

图中：

1-桨毂；2-桨叶；

21-叶背；22-叶面；23-前缘；24-后缘；25-叶根；26-叶梢；27-第一突出部；

L-翼弦；α-扭转角；t-厚度；f-弯度；m-中弧线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1和2所示，本实施例公开一种用于飞行器的螺旋桨，其包括与驱动电机连接的桨毂1、及与桨毂1连接的桨叶2。本实施例中包括两个桨叶2，两个桨叶2关于桨毂1中心处中心对称。当螺旋桨工作时，桨叶2在驱动电机的作用下绕桨毂1中心旋转，以扰动气流产生升力或拉力带动飞行器的运动。可以理解的是，即固定座的中心处也为桨毂1中心处。另外，本实施例的桨叶2可以采用现有技术中任意的材质进行制造，包括但不限于钢材、铝合金、塑料、碳纤维等。在制造时，也可以采用包括模塑、冲压、锻造等各种现有技术的加工工艺。

具体地，桨叶2包括叶背21、与叶背21相对设置的叶面22、连接叶面22与叶背21一侧边的前缘23及连接叶面22与叶背21另一侧边的后缘24，叶背21、叶面22、前缘23及后缘24共同围合形成具有叶根25及叶梢26的桨叶2，叶根25位于靠近桨毂1中心的一侧，叶梢26位于远离桨毂1中心的一侧。其中，叶背21为飞行器在飞行过程中，桨叶2朝上的一面；叶面22为飞行器在飞行过程中，桨叶2朝下的一面；后缘24位于前缘23的下方，即，水平方向上自前缘23方向朝后缘24方向，叶背21与叶面22为曲面而并非平面，并且叶背21与叶面22的曲面开口方向均朝下。本实施例中，后缘24靠近叶根25的部分设置有第一突出部27，第一突出部27朝远离前缘23方向延伸，其中第一突出部27横截面面积朝远离前缘23方向逐渐减小。第一突出部27的设置使得桨叶2靠近叶根25处的强度得到增强的同时，还能更好地减少叶根25部分受到的空气阻力，使得桨叶2在旋转时具有更佳的拉力或升力。

为了使螺旋桨能进一步提高其旋转时为飞行器提供的拉力或升力，本实施例针对桨叶2的弦长与扭转角α、以及桨叶2翼型涉及的相对厚度、相对弯度及相应的其他值进行了设定。如图3和4所示，其中翼弦L为此处横截面上前缘23和后缘24的连线，弦长为翼弦L的长度；扭转角α指翼弦L与旋转平面之间的夹角；厚度t为此处截面叶背21与叶面22间的最大距离；相对厚度为厚度t与弦长的比值；弯度f为此处截面在垂直于翼弦L方向上中弧线m与翼弦L间的最大距离(其中在该截面叶背21、叶面22之间做一系列内切圆，诸内切圆圆心连线为中弧线)；相对弯度为弯度f与弦长的比值。

具体地，可选桨叶2在距桨毂1中心20％处，第一弦长为58mm～62mm，第一扭转角为21.5°～22.5°；在距桨毂1中心50％处，第二弦长为45mm～47mm，第二扭转角为15.5°～16.5°；在距桨毂1中心75％处，第三弦长为30mm～32mm，第三扭转角为11.5°～12.5°；在距桨毂1中心100％处，第四弦长为21mm～23mm，第四扭转角为8.5°～9.5°。其中螺距与扭转角α为正关系，通过规定桨叶2的弦长与扭转角α，并设置较大扭转角α，即可使螺旋桨具有大螺距，进而可以使螺旋桨在小桨径的前提下产生较大拉力。

进一步可选地，本实施例桨叶2包括第一翼型和第二翼型，第一翼型在距桨毂1中心0～20％处，第一翼型的相对厚度为14％～16％，第一翼型的最大厚度位置处与前缘23的垂直距离与对应的弦长比为27％～28％，第一翼型的相对弯度为2％～4％，第一翼型的最大弯度位置处与前缘23的垂直距离与对应的弦长比为32％～33％；第二翼型在距桨毂1中心30％～100％处，第二翼型的相对厚度为8％～9％，第二翼型的最大厚度位置处与前缘23的垂直距离与对应的弦长比为35％～36％，第二翼型的相对弯度为5％～6％，第二翼型的最大弯度位置处与前缘23的垂直距离与对应的弦长比为43％～44％；桨叶2还包括在距桨毂1中心 20％～30％处的过渡部，过渡部两端分别与第一翼型和第二翼型平滑过渡。其中过渡部可自由过渡。通过规定桨叶2设置的翼型，使桨叶2具有高升力线斜率翼型，从而使本实施例螺旋桨和传统螺旋桨在驱动电机提供相同驱动力的情况下，前者具有较大拉力。

通过为螺旋桨的桨叶2设置特定的弦长、扭转角α和翼型分布，使得螺旋桨具有“大螺距+高升力线斜率翼型”的组合，从而能够有效保证桨叶2具有最佳的工作性能，以及提高螺旋桨的气动效率。

具体可选，本实施例中螺旋桨直径为450mm，桨毂1半径为15mm，桨叶2最宽位置设置于桨叶2长度方向的约五分之一处，即第一突出部27设置于桨叶2约五分之一附近，并且在距桨毂1中心20％处，第一弦长为60mm，第一扭转角为22°；在距桨毂1中心50％处，第二弦长为46，第二扭转角为16°；在距桨毂1中心75％处，第三弦长为31，第三扭转角为12°；在距桨毂1中心100％处，第四弦长为22mm，第四扭转角为9°。第一翼型在距桨毂1中心0～20％处，第一翼型的相对厚度为15％，第一翼型的最大厚度位置处与前缘23的垂直距离与对应的弦长比为27.5％，第一翼型的相对弯度为3.0％，第一翼型的最大弯度位置处与前缘23的垂直距离与对应的弦长比为32.5％；第二翼型在距桨毂1中心30％～100％处，第二翼型的相对厚度为8.5％，第二翼型的最大厚度位置处与前缘23的垂直距离与对应的弦长比为35.5％，第二翼型的相对弯度为5.5％，第二翼型的最大弯度位置处与前缘23的垂直距离与对应的弦长比为43.5％。其中本实施例中螺旋桨适用于雷诺数范围在10 ⁵～10 ⁶。

如图5所示，通过将本实施例中的螺旋桨与传统螺旋桨进行模拟对比分析，明显能够得到相同转速下，本实施例的螺旋桨拉力更大，即表明本实施例中的螺旋桨具有较佳的工作性能，能够有效提高螺旋桨的气动效率。

此外，本实施例还公开一种使用上述螺旋桨的飞行器，如使用上述螺旋桨的无人机，通过使用上述螺旋桨后，无人机中动力效率得到提升，从而能够有效延长无人机的悬停时间。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

一种螺旋桨，其特征在于，所述螺旋桨包括桨毂(1)和与所述桨毂(1)相连的桨叶(2)，所述桨叶(2)在距桨毂(1)中心20％处，第一弦长为58mm～62mm，第一扭转角为21.5°～22.5°；

在距所述桨毂(1)中心50％处，第二弦长为45mm～47mm，第二扭转角为15.5°～16.5°；

在距所述桨毂(1)中心75％处，第三弦长为30mm～32mm，第三扭转角为11.5°～12.5°；

在距所述桨毂(1)中心100％处，第四弦长为21mm～23mm，第四扭转角为8.5°～9.5°；

所述桨叶(2)包括第一翼型和第二翼型，所述第一翼型在距所述桨毂(1)中心0～20％处，所述第一翼型的相对厚度为14％～16％，所述第一翼型的最大厚度位置处与前缘(23)的垂直距离与对应的弦长比为27％～28％，所述第一翼型的相对弯度为2％～4％，所述第一翼型的最大弯度位置处与所述前缘(23)的垂直距离与对应的弦长比为32％～33％；

所述第二翼型在距所述桨毂(1)中心30％～100％处，所述第二翼型的相对厚度为8％～9％，所述第二翼型的最大厚度位置处与前缘(23)的垂直距离与对应的弦长比为35％～36％，所述第二翼型的相对弯度为5％～6％，所述第二翼型的最大弯度位置处与前缘(23)的垂直距离与对应的弦长比为43％～44％。
根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，在距所述桨毂(1)中心20％处，所述第一弦长为60mm，所述第一扭转角为22°；

在距所述桨毂(1)中心50％处，所述第二弦长为46mm，所述第二扭转角为16°；

在距所述桨毂(1)中心75％处，所述第三弦长为31mm，所述第三扭转角为12°；

在距所述桨毂(1)中心100％处，所述第四弦长为22mm，所述第四扭转角为9°。
根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述第一翼型在距所述桨毂(1)中心0～20％处，所述第一翼型的相对厚度为15％，所述第一翼型的最大厚度位置处与前缘(23)的垂直距离与对应的弦长比为27.5％，所述第一翼型的相对弯度为3.0％，所述第一翼型的最大弯度位置处与前缘(23)的垂直距离与对应的弦长比为32.5％。
根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述第二翼型在距所述桨毂(1)中心30％～100％处，所述第二翼型的相对厚度为8.5％，所述第二翼型的最大厚度位置处与前缘(23)的垂直距离与对应的弦长比为35.5％，所述第二翼型的相对弯度为相对弯度5.5％，所述第二翼型的最大弯度位置处与前缘(23)的垂直距离与对应的弦长比为43.5％。
根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述桨叶(2)还包括在距所述桨毂(1)中心30％～100％处的过渡部，所述过渡部两端分别与所述第一翼型和所述第二翼型平滑过渡。
根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述桨叶(2)包括叶背(21)、与所述叶背(21)相对设置的叶面(22)、连接所述叶面(22)与所述叶背(21)一侧边的前缘(23)及连接所述叶面(22)与所述叶背(21)另一侧边的后缘(24)，所述叶背(21)、所述叶面(22)、所述前缘(23)及所述后缘(24)共同围合形成具有叶根(25)及叶梢(26)的所述桨叶(2)，所述叶根(25)位于靠近所述桨毂(1)中心的一侧，所述叶梢(26)位于远离所述桨毂(1)中心的一侧。
根据权利要求6所述的螺旋桨，其特征在于，所述后缘(24)靠近所述叶根(25)的部分设置有第一突出部(27)，所述第一突出部(27)朝远离所述前缘(23)方向延伸，其中所述第一突出部(27)横截面面积朝远离所述前缘(23)方向逐渐减小。
根据权利要求1～7任意一项所述的螺旋桨，其特征在于，所述螺旋桨包括两个所述桨叶(2)，两个所述桨叶(2)关于所述桨毂(1)中心处中心对称。
一种飞行器，其特征在于，包括权利要求1～8任意一项所述的螺旋桨。
根据权利要求9所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器为无人机。