[发明专利]一种低雷诺数旋翼桨叶

说明书

本发明属于直升机旋翼桨叶设计，具体涉及一种适用于低雷诺数的旋翼桨叶气动布局方案。本发明低雷诺数旋翼桨叶由桨根、桨叶内侧、桨尖三部分组成，其中，桨叶弦长最大处位于桨叶内侧，且桨叶上方前缘距变距轴线的距离小于桨叶后缘距变距轴线的距离，且桨叶内侧弦长最大处临近桨根，而远离桨尖。本发明低雷诺数旋翼桨叶通过对桨叶结构、形状，特别是其几何外形及参数进行优化设计，从而提高提高其气动性能，以某全机20kg电动四旋翼无人机为例，采用本发明桨叶其悬停时间超过常规四旋翼时间的1倍，有效载荷重量超过常规旋翼载荷重量，因此极大的提高了旋翼飞行器的飞行性能，具有较大的实际应用价值。

技术领域

本发明属于直升机旋翼桨叶设计，具体涉及一种适用于低雷诺数的旋翼桨叶气动布局方案。

背景技术

多旋翼飞行器既可以实现垂直起降又可以在空中定点悬停，并且更容易在空间上实现小型化，使得其被广泛应用于军事领域(如对敌监视、中继通讯、人道主义排雷等)以及民用领域(如自然灾害的损伤评估、电力巡线、交通督查等)。近年来，随着新型材料、传感器、飞行控制等技术的飞速发展，各国高校和许多研究机构对多旋翼飞行器技术进行了大量的研究。国外做出一定成果的高校和科研机构有很多，主要有美国斯坦福大学、日本千叶大学、美国麻省理工大学等；除上述大学及科研机构外，还有法国原子能署等国外一些商业公司也加入了多旋翼飞行器研究行列，如美国的Draganfly公司、德国MicrodroneGbmH公司等。

国内关于四旋翼飞行器的研究起步相对较晚，研究工作主要集中在一些高校和部分航模公司或者航空公司，高校研究前期主要着重于理论研究，比如建模与控制方法的设计与应用等方面，近几年各高校纷纷开始将前期理论研究与工程实践相结合，自行设计四旋翼飞行器的机械结构，研究开发用于实际飞行的控制系统。近几年商用无人机也发展的相当迅速，商用飞控如大疆公司的phantom系列、筋斗云系列，以及北方天途航空技术发展有限公司生产的M系列多旋翼飞行器，大大降低了由飞行器进行航拍的技术成本，占领了大部分的国内市场，具有广泛的应用前景。

然而，现有电动多旋翼飞行器的桨叶气动效率较低，使得普遍电动多旋翼飞行器存在以下问题：

(1).有效载荷小

较为常见的研究成果有效载荷普遍局限于5kg。

(2).航时短

较为常见的研究成果续航时间普遍在20min～30min。

发明内容

本发明的目的：提供一种有效载荷高、气动效率高，适用于长航时、低雷诺数的旋翼桨叶。

本发明的技术方案：一种低雷诺数旋翼桨叶，由桨根、桨叶内侧、桨尖三部分组成，所述桨叶弦长最大处位于桨叶内侧，且桨叶上方前缘距变距轴线的距离小于桨叶后缘距变距轴线的距离，且桨叶内侧弦长最大处临近桨根，而远离桨尖。

所述变距轴线分布分为三段，当相对半径r/R≤0.18时，变距轴线位于剖面弦线中点处，当相对半径0.18＜r/R＜0.25时，变距轴线自由过渡，当相对半径r/R≥0.25时，变距轴线位于剖面翼型弦线四分之一点处，其中，R为桨叶半径，r为桨叶当地半径。

所述弦长分布的函数为：C/C_max＝a1×(r/R)²+a2×(r/R)+a3，C为桨叶当地弦长，C_max桨叶为最大弦长，最大弦长位于0.3r/R处，最小弦长位于1.0r/R处，a1、a2、a3分别为桨叶弦长分布函数二次项系数、一次项系数、常数项，0.3≤r/R≤1.0。

桨叶当地弦长相对桨叶半径C/R范围为0.0285～0.1912。

桨尖处变距轴线上方的桨叶当地弦长小于桨根处位于变距轴线上方的当地弦长。

桨根处的当地弦长相对当地变距轴线成对称分布。