無人直升機(jī)旋翼槳尖的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及旋翼直升機(jī)，進(jìn)一步涉及無人直升機(jī)旋翼槳尖的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本發(fā)明提供一種可有效減小旋翼槳尖阻力、減小懸停及高速行時(shí)所需扭矩力、提升無人駕駛旋翼直升機(jī)懸停效率、減小無人直升機(jī)飛行油耗的后掠尖削槳尖槳葉形狀。無人直升機(jī)旋翼槳尖，包括：前緣凸形弧線和后緣凹形弧線。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：懸停狀態(tài)下，對于給定的拉力系數(shù)，新型槳尖氣動(dòng)外形優(yōu)化旋翼扭矩系數(shù)較常規(guī)氣動(dòng)外形旋翼的小。
【專利說明】無人直升機(jī)旋翼槳尖

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及旋翼直升機(jī)，進(jìn)一步涉及無人直升機(jī)旋翼槳尖的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【背景技術(shù)】：
[0002] 隨著無人機(jī)直升機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展，無人機(jī)直升機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，而旋 翼槳葉承擔(dān)著無人直升機(jī)所需的升力和操縱力，是無人直升機(jī)最重要的部件，其氣動(dòng)外形 對無人直升機(jī)的氣動(dòng)性能和飛行動(dòng)力學(xué)性能有很大影響。無人直升機(jī)槳尖相對氣流速度 高。以旋翼直徑為3米的無人直升機(jī)為例：如果旋翼轉(zhuǎn)速為每分鐘1000轉(zhuǎn)，那么它的旋翼 翼尖的線速度就達(dá)到157米/秒、時(shí)速565. 2公里！，因而其氣動(dòng)外形對整架飛機(jī)氣動(dòng)性能 影響很大，尤其是在高速前飛時(shí)，由于相對來流和前行槳葉相對氣流相互疊加，使得前行槳 葉槳尖處很容易進(jìn)入激波失速。
[0003] 目前，大多數(shù)無人直升機(jī)槳葉氣動(dòng)外形如圖1常規(guī)氣動(dòng)外形旋翼所示，從圖1列舉 的歷史上直升機(jī)旋翼翼尖演變歷史上看，之所以有圖1中翼尖形狀的演化，主要是因?yàn)橹?升機(jī)升力的產(chǎn)生是靠旋翼以主軸為圓心旋轉(zhuǎn)、與空氣產(chǎn)生相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。旋翼從根部到 翼尖的相對氣流縱向分布見圖6,由圖可見由于旋翼的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)疊加上直升機(jī)的前飛運(yùn)動(dòng)， 就會(huì)帶來以下問題：
[0004] (1)局部激波問題
[0005] 迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)的前行槳葉由于空氣流速的疊加導(dǎo)致產(chǎn)生了局部激波，而局部激波會(huì)大 大降低旋翼氣動(dòng)效率，從而影響旋翼前向拉力。
[0006] ⑵氣流分離問題
[0007] 順風(fēng)旋轉(zhuǎn)的后行槳葉由于空氣流速的疊減使其實(shí)際空氣流速大大降低，為了平衡 前行槳葉產(chǎn)生的升力，后行槳葉將增大迎角，從而導(dǎo)致其表面氣流產(chǎn)生分離，這也會(huì)大大降 低旋翼的氣動(dòng)效率，導(dǎo)致旋翼前向拉力減小。
[0008] 因此，亟需進(jìn)行改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0009] 為解決上述問題，本發(fā)明提出一種可有效減小旋翼槳尖阻力、減小懸停及高速飛 行時(shí)所需扭矩力、提升無人駕駛旋翼直升機(jī)懸停效率、減小無人直升機(jī)飛行油耗的后掠尖 削槳尖槳葉形狀。
[0010] 無人直升機(jī)旋翼槳尖，包括：前緣凸形弧線和后緣凹形弧線；
[0011] 所述前緣凸形弧線和后緣凹形弧線均為拋物線；
[0012] 定義：凸形弧線與其特征在于，所述凸形弧線與旋翼槳本體的連接點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)， 旋翼槳本體前緣向外方向?yàn)閄軸方向；垂直于X軸，自坐標(biāo)原點(diǎn)指向旋翼槳本體后緣方向?yàn)?Y軸；
[0013] 所述前緣凸形弧線的幾何方程為：y = alX2,其中：-0· 06蘭叫蘭-0· 04 ;
[0014] 所述后緣凹形弧線的幾何方程為：y = alX2+b2x+c2，其中：-0· 003蘭a2蘭-0· 002， 〇· 1 芻 b2 芻 0· 2, -100 芻 c2 芻-800。
[0015] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0016] 以實(shí)施例數(shù)據(jù)為例，本發(fā)明通過在可測旋翼拉力和扭矩的旋翼試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行的 試驗(yàn)，對傳統(tǒng)旋翼與本發(fā)明旋翼進(jìn)行試驗(yàn)對比分析結(jié)果如圖4、圖5,由試驗(yàn)結(jié)果分析：
[0017] 懸停狀態(tài)下，對于給定的拉力系數(shù)，新型槳尖氣動(dòng)外形優(yōu)化旋翼扭矩系數(shù)較常規(guī) 氣動(dòng)外形旋翼的小。
[0018] 當(dāng)CT = 0. 01時(shí)，本發(fā)明槳尖氣動(dòng)外形優(yōu)化旋翼扭矩系數(shù)較比常規(guī)氣動(dòng)外形旋翼 的扭矩系數(shù)降低了約10.5% ;
[0019] 當(dāng)CT = 0. 01時(shí)，本發(fā)明槳尖氣動(dòng)外形優(yōu)化旋翼扭矩系數(shù)較比常規(guī)氣動(dòng)外形旋翼 的懸停效率提高了約9. 5%。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0020] 圖1為常規(guī)直升機(jī)旋翼槳尖演變示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明直升機(jī)旋翼槳尖外形示意圖。
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中直升機(jī)旋翼槳尖幾何參數(shù)；其中，1代表前緣凸形弧線；2 代表后緣凹形弧線。
[0023] 圖4為基準(zhǔn)旋翼和本發(fā)明實(shí)施例中旋翼的拉力-扭矩對比曲線；其中，3代表基準(zhǔn) 旋翼拉力-扭矩曲線；4代表本發(fā)明實(shí)施例中旋翼拉力-扭矩曲線。
[0024] 圖5為基準(zhǔn)旋翼和本發(fā)明實(shí)施例中旋翼的拉力-懸停效率（F0M)對比曲線；其中， 5代表基準(zhǔn)旋翼拉力-懸停效率（F0M)曲線；6代表本發(fā)明實(shí)施例中旋翼拉力-懸停效率 (F0M)曲線。
[0025] 圖6為基準(zhǔn)旋翼直升機(jī)前飛時(shí)旋翼相對氣流速度示意圖；其中，7代表前飛相對速 度；8代表旋轉(zhuǎn)相對速度；9代表相對合速度；10代表旋轉(zhuǎn)方向；11代表反流區(qū)。

【具體實(shí)施方式】：
[0026] 無人直升機(jī)旋翼槳尖，包括：前緣凸形弧線和后緣凹形弧線；
[0027] 所述前緣凸形弧線和后緣凹形弧線均為拋物線；
[0028] 定義：凸形弧線與其特征在于，所述凸形弧線與旋翼槳本體的連接點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)， 旋翼槳本體前緣向外方向?yàn)閄軸方向；垂直于X軸，自坐標(biāo)原點(diǎn)指向旋翼槳本體后緣方向?yàn)?Y軸；
[0029] 所述前緣凸形弧線的幾何方程為：y = -0. 05x2 ;單位為毫米。
[0030] 所述后緣凹形弧線的幾何方程為：y = -ο. 025x2+0. 15X-100 ;單位為毫米。
[0031] 旋翼槳本體形狀中間部分（除翼尖外）為矩形，槳寬為110毫米，單槳長1300毫 米，轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/分鐘，起飛重量80千克?；鶞?zhǔn)旋翼的參數(shù)與采用本發(fā)明旋翼槳尖的對比 數(shù)據(jù)如圖4-圖6所示。
[〇〇32] 技術(shù)方案效果顯著。
【權(quán)利要求】
1. 無人直升機(jī)旋翼槳尖，其特征在于，包括：前緣凸形弧線和后緣凹形弧線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述無人直升機(jī)旋翼槳尖，其特征在于，所述前緣凸形弧線和后緣 凹形弧線均為拋物線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述無人直升機(jī)旋翼槳尖，定義：凸形弧線與其特征在于，所述凸 形弧線與旋翼槳本體的連接點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，旋翼槳本體前緣向外方向?yàn)閄軸方向；垂直于X 軸，自坐標(biāo)原點(diǎn)指向旋翼槳本體后緣方向?yàn)閅軸；其特征在于，所述前緣凸形弧線的幾何方 程為：y = alX2,其中：-0· 06 蘭 ai 蘭-0· 04。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述無人直升機(jī)旋翼槳尖，定義：凸形弧線與其特征在于，所述凸 形弧線與旋翼槳本體的連接點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，旋翼槳本體前緣向外方向?yàn)閄軸方向；垂直于X 軸，自坐標(biāo)原點(diǎn)指向旋翼槳本體后緣方向?yàn)閅軸；其特征在于，所述后緣凹形弧線的幾何方 程為：y = a^+t^x+c^，其中：-〇· 003 蘭 a2 蘭-〇· 002,0· 1 蘭 b2 蘭 0· 2, -100 蘭 c2 蘭-800。
【文檔編號(hào)】B64C27/473GK104044736SQ201410323356
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】周淑敏, 趙潤泓 申請人:天津宏澤天成科技有限公司