[发明专利]旋翼飞机高性能函道螺旋桨桨叶

说明书

本发明与高性能函道螺旋桨桨叶，以及有多个这种桨叶的函道螺旋桨有关。本发明的目的是提高这种函道螺旋桨的推力或拉力，相应地减少驱动这螺旋桨旋转需要的动力。本发明特别适用于旋翼飞机辅助尾桨，但并非专用于此。

相对于同直径的自由旋转螺旋桨，已知在函道中的函道式螺旋桨在理论上可以取得基本相同的推力或拉力，而功率增益可达到约30%。

事实上，相对于自由旋转螺旋桨，函道可提高安装在其中的螺旋桨的效率，原因有二：

a）空气通过函道的循环在函道上造成低压，从而造成组合件中的一个整流罩的推力，基本等于螺旋桨本身的推力;

b）函道附近的气流为在螺旋桨下游的低压，与自由螺旋桨下游所发生的相反，气流不收缩;其结果便提高该螺旋桨的效率，只要在函道内气流在不失速下的扩散增加时，更是如此。

这就是为什么在许多应用方面，当问题在于用螺旋桨产生空气动力源的力时，在尺寸受限制情况下，已证明用函道螺旋桨解决比用自由螺旋桨有利。

在这种应用中可提到的是垂直起落飞机，其中一个或多个垂直轴函道螺旋桨和固定形状翼或机身结合在一起形成一体;或用气垫产生升力的飞行器，其中向地面送气加压的空气发生器为放在整流罩内的螺旋桨，该螺旋桨本身也结合在飞行器体中;最后，有变距风扇，例如那些安装在燃气导管内，以便在导管中造成该燃气的重要的循环。

一个特别有利的应用是用于制造直升机的尾桨。

已知在旋翼升力飞机中，特别在机动单旋翼直升机中，为了永久平衡旋翼旋转造成的机身反转力矩，并为将飞机在其偏航轴线上进行控制，设有辅助桨，放在飞机的尾端附近，用于加横向推力，使在所有飞行状态下都适应。因此，这辅助尾桨由于发动机驱动它的转动在飞机上施加一个平衡力矩，该平衡力矩与该主旋翼的反转力矩方向相反，即事实上与升力旋翼的驱动转矩方向相同。

通过控制反转矩辅助旋翼的叶距受控地改变这平衡力矩，使驾驶员可在偏航轴线上控制直升机的航向。

但是，尤其在小型或中型的直升机中，自由螺旋桨构成的传统反转短旋翼，抗外来干扰的能力特别弱，有可能接触地面人员或地面本身，或任何障碍，所有这些碰撞直接降低直升机的平衡和飞行的安全。

特别为了避免这种严重的缺点，申请人研制了小型或中型直升机的多叶片尾桨，安装在这类飞机的垂直安定器的函道内。

这种装置之所以可能及具优点，是因为这种函道旋翼相对于同效率的自由旋翼，可相对地减小直径。

这种反矩短函道旋翼为例如美国专利第3，506，219号;3，594，097号及4，281，966号所叙述。

当然，就驱动功率而论，在最佳效率条件下，需寻求由这个旋翼获得的一个能满足在最艰难飞行条件的足够高的最大推力，及通过控制叶距提供从这最大推力中仅摄取适应其它飞行情况的一部分推力。

已知旋翼上升效力的一般特征，在稳态运转条件下，表现为称为“性能系数”的参数，即取得一定拉力或推力需要的最大功率，和有效测量的实际功率的比例。

对函道螺旋桨而言，此参数的表示式由如下已知公式给出：

F M = 12 σTPTρ Π R2]]>

式中FM为性能系数，

T＝要求的推力或拉力，

P＝供给螺旋桨的必要功率

ρ＝空气密度

R＝螺旋桨半径

δ＝表面上空气动力通量扩散系数，这系数δ等于比例S∞/S，S∞表示下游无限远的通量表面，S表示旋转中螺旋桨形成的桨盘表面。

为在功率及尺寸不变下提高性能系数，便需要提高螺旋桨的推力或拉力。

本发明的一个特定目的，为提出一种函道螺旋桨桨叶，做到其空气动力作用部分的几何形状最佳化，从而使螺旋桨输出最大可能的推力或拉力而在驱动时消耗尽可能低的功率。