[发明专利]超静音螺旋桨系统

说明书

一种螺旋桨系统组合创新策略以创建一种降低螺旋桨或旋翼噪声的新方法。所述螺旋桨特别以用于在高接近度航空中使用的超静音电力供电飞机为目标，但它的低噪声优点将扩展到其他目的。螺旋桨叶片包括几何结构连同尺寸和操作限制，其最小化在叶片上的旋转和旋涡噪声、振动和沿翼展方向的气流。为了进一步降低噪声，所述螺旋桨在叶片的内侧部分上提供比常规螺旋桨提供的更大的相对推力，并在叶片的最外面的部分处提供比常规相对推力小的推力，包括负推力。所述螺旋桨叶片包括在所计算的间隔处的形状的步进式变化，其可减小共振叶片振动和它们产生的噪声。此超静音螺旋桨设计也可用于静音气垫船、无人机、侦察机、户内风扇、风洞和其他应用。

发明背景

相关申请的交叉参考

本申请要求于2018年12月8日提交的美国专利申请第16/214,063号和于2018年4月25日提交的美国临时专利申请第62/662,652号的优先权益；所述临时专利申请的全部内容特此通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及实现城市空中交通、城市空中货物递送和安静的地域性空中运输的超静音螺旋桨和旋翼系统。

背景技术

自2007年首次电动飞机研讨会在旧金山举行以来，对实际电力供电飞行的可能性的认识日益增长。这种可能性在2011年随着对由Google赞助的NASA绿色飞行挑战赛的优胜者授予的航空业有史以来最大的奖金而得以公开展示，其间4座电池供电的飞机在107mph下不间断地飞行了将近200英里，同时实现每加仑403.5乘客英里的等效值。自那时以来，更先进的能量存储装置和无人驾驶电动汽车的发展连同在运输中的不断恶化的地面交通堵塞开启了对新型高接近度航空的新领域，其中超静音电力供电螺旋桨和旋翼飞机可提供跨城市超级都市区往返于小型飞机场的低于200英里的航程，小型飞机场具有与人们居住和工作之处的高接近度。社区机场噪声耐量的很多调查研究表明，这些飞机将需要极其安静的推进系统，以使社区可接受。在关于超静音推进的这个新领域中存在非常有限的现有技术。部分地由于在大约1950年涡轮喷气发动机作为用于飞机推进的主流新方法的出现(一次深度改变航空研究计划脱离螺旋桨驱动飞机的事件)，关于静噪螺旋桨的研究的现存主体尚不完备。喷气式飞机所必需的大型机场可容易地包纳甚至最嘈杂的螺旋桨飞机的噪声，降低对静音螺旋桨研究的驱动力。

发明内容

本发明目的在于超静音螺旋桨和旋翼系统，其用于在航空业中使用但不限于航空业，并且对实现城市空中交通、城市空中货物递送和安静的地域性空中运输是至关重要的。

如在本文用于描述本公开，措词“螺旋桨”应被解释为意欲也包括措词旋翼，而不考虑它的推力方向且不考虑旋翼是管道式旋翼还是开式旋翼，因为本文的发明策略可应用于并被理解为这两种装置。同样，本发明还包括螺旋桨和旋翼，其叶片形状是彼此的镜像，所以从而包括为主要顺时针旋转而设计的那些螺旋桨和旋翼以及为主要逆时针旋转而设计的那些螺旋桨和旋翼。因此，如在本文用于描述本发明的措词叶片形状和叶片角应被解释为包括镜像形状的螺旋桨和旋翼，以及如本文使用的措词旋转同样应被解释为包括在任何方向上的旋转。

从现有技术¹中，我们知道螺旋桨噪声包括可归因于若干不同源的噪声。两个基本源是旋转噪声和旋涡噪声：

1)旋转噪声，其也被称为离散频率噪声，是由于由产生推力的旋转螺旋桨叶片通道引起的空气扰动而造成的。旋转噪声取决于螺旋桨RPM，并包括由于螺旋桨叶片在旋转时分开并移置空气的螺旋桨叶片厚度而造成的厚度噪声以及由于使空气加速以产生推力而引起的更显著的加载噪声。产生更大的推力会产生更大的噪声。当螺旋桨或旋翼在气流中操作时出现的额外噪声在这里作为旋转噪声被包括，气流的方向不与螺旋桨的推力轴线对齐。在飞行中，推力轴线一般与飞机的行进方向紧密地对齐，并穿过螺旋桨毂的中心、垂直于螺旋桨盘的旋转平面。使用直接驱动的非齿轮螺旋桨，推力轴线与驱动螺旋桨的电动机或发动机曲轴的旋转轴相同。旋转噪声以基于螺旋桨叶片通道的频率的倍数的谐波为特征。