[发明专利]一种适用于平流层低雷诺数、高效三叶螺旋桨

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于航空飞艇使用的螺旋桨，更特别地说，是针对平流层11～32Km、低密度0.36391～0.01323Kg/m³、低雷诺数Re＝10⁵～10⁶、大跨飞行高度0m～32Km、低转速200～500rpm的新型三叶螺旋桨结构。

背景技术

现有用于飞行器使用的螺旋桨，其叶形是按照片条理论计算结果给出的，它要求在桨叶长度L方向上，其桨叶宽度b、扭角x和安装角θ是非线性连续变化的，这种桨叶在气动力学上是合理的。总的来说，由于螺旋桨的扭角x变化较大，因轻质和结构强度的要求，使得螺旋桨加工费时费工，而且桨叶的翼型精度和强度难以提高。

平流层低动态飞行器飞行时，由于大气密度小，气压低，按照常规方法设计的螺旋桨推力小、效率η(η＝50％～65％)偏低。同时在升空、回收过程中，气动参数(如密度ρ，压强P，温度t等)的较大变化，也会对螺旋桨的效率η和推力T带来显著影响。因此，开展适应大跨度飞高飞行和平流层低密度大气环境的高效螺旋桨研究，对减少能源需求和飞行负载，促进总体设计的轻型化具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于平流层的低雷诺数、高效三叶螺旋桨，该三叶螺旋桨是针对平流层H＝11～32Km、低密度ρ＝0.36391～0.01323Kg/m³、低雷诺数Re＝10⁵～10⁶、大跨飞行高度H₁＝0m～32Km的飞行环境和螺旋桨效率达80％的设计要求，发明人基于片条理论，采用S1223翼型设计出具有尖头尖尾大腹部外形的新型高效三叶螺旋桨结构。该三叶螺旋桨具有高效、轻质、适应性强的优点。

本发明是一种适用于平流层的低雷诺数、高效三叶螺旋桨，由A桨叶、B桨叶、C桨叶、桨帽、桨毂、连接件和连接柱组成，A桨叶、B桨叶和C桨叶的结构是相同的；桨毂的前端安装有桨帽，桨毂的后端安装有连接件；A桨叶、B桨叶、C桨叶分别安装在桨毂与连接件形成的A圆孔、B圆孔、C圆孔内，所述A圆孔由桨毂的后端面上设有的A半圆槽与连接件的前端面上设有的D半圆槽形成，所述B圆孔由桨毂的后端面上设有的B半圆槽与连接件的前端面上设有的E半圆槽形成，所述C圆孔由桨毂的后端面上设有的C半圆槽与连接件的前端面上设有的F半圆槽形成；连接柱的一端通过卡销卡合在连接件的圆凸台的通孔边缘的凹槽中，连接柱的另一端通过联轴器与电机的输出轴连接。

本发明三叶螺旋桨直径为4500～7500mm，效用因子62.3，最大弦长357～595mm，拉力为250～600N，效率为80％。

本发明三叶螺旋桨中的A桨叶的相对厚度C/b的曲线f₁(r)＝38.7917-74.8483×r/R+40.36×(r/R)²。

本发明三叶螺旋桨中的A桨叶的相对宽度b/D的曲线f₂(r)＝m_c[-0.1495+1.25367×r/R-2.42365×(r/R)²                                           ，式中，m_c表示螺旋桨的桨叶型+1.86701×(r/R)³-0.5372×(r/R)⁴]状系数，m_c＝0.6～1.5。

本发明三叶螺旋桨的优点在于：(1)针对平流层大气环境和效率达80％的设计要求，基于片条理论、采用S1223翼型设计出尖头尖尾大腹部外形的桨叶；(2)采用碳纤维加工桨叶、轻质合金加工桨毂有效地减轻了三叶螺旋桨的重量，从而减少了能源需求和飞行负载；(3)三叶螺旋桨拉力为250～600N，效率为80％；(4)三叶螺旋桨采用了定矩变速设计方案以适应平流层H＝11～32Km、低密度ρ＝0.36391～0.01323Kg/m³、低雷诺数Re＝10⁵～10⁶、大跨飞行高度H₁＝0m～32Km的飞行环境。

附图说明

图1是本发明螺旋桨的主视结构图。

图1A是本发明螺旋桨的后视结构图。

图2是桨帽、桨毂、连接件装配在一起的结构图。

图2A是无桨帽时桨毂、连接件装配在一起的结构图。

图2B是桨毂、连接件、连接柱爆炸示图。