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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及產(chǎn)生升力的翼型表面的領(lǐng)域，且更具體地涉及形成旋翼的翼型表面的領(lǐng)域。

本發(fā)明涉及用于旋翼飛行器轉(zhuǎn)子的葉片以及涉及具有至少兩個(gè)此類葉片的轉(zhuǎn)子。更具體地講，葉片是旨在用于主轉(zhuǎn)子的，該主轉(zhuǎn)子為旋翼飛行器提供升力并且還可能提供推進(jìn)力。

常規(guī)地，葉片沿著其翼展從緊固到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)輪轂的第一端部縱向延伸到被稱為其“自由”端部的第二端部。相對(duì)于轉(zhuǎn)子，可以理解，葉片在翼展方向上從第一端部朝向第二端部徑向地延伸。此外，葉片沿著槳葉弦從葉片的前緣橫向延伸到后緣。

因此，葉片由轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)輪轂驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。因而，輪轂的旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)應(yīng)于葉片的旋轉(zhuǎn)軸線。

第一端部在下文中總地由術(shù)語(yǔ)“葉片起點(diǎn)”指代，而自由的第二端部由術(shù)語(yǔ)“葉片末端”指代。

在操作中，轉(zhuǎn)子的每個(gè)葉片承受空氣動(dòng)力，特別是承受在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)期間的空氣動(dòng)力升力，該力用于為飛行器提供升力，或者實(shí)際上提供推進(jìn)力。

為此，葉片具有位于葉片起點(diǎn)和葉片末端之間的翼型部分。該翼型部分由沿著翼展方向的一系列翼型輪廓構(gòu)成，這些翼型輪廓通常在下文中簡(jiǎn)稱為“輪廓”。每個(gè)輪廓位于大致垂直于翼展方向的橫向平面中，并且其限定了布置在翼型部分的起點(diǎn)和葉片末端之間的葉片節(jié)段。翼型部分提供葉片的基本上所有的升力。

葉片起點(diǎn)和翼型部分起點(diǎn)之間的過(guò)渡區(qū)的形狀通常受到由制造約束條件和關(guān)于葉片的結(jié)構(gòu)約束條件的影響。在葉片起點(diǎn)和翼型部分起點(diǎn)之間的這種過(guò)渡區(qū)可以由術(shù)語(yǔ)“葉片根部”指代，且其空氣動(dòng)力學(xué)性能比翼型部分的空氣動(dòng)力學(xué)性能小得多。因此，翼型部分的起點(diǎn)位于葉片起點(diǎn)和在葉片根部附近的葉片末端之間。然而，該過(guò)渡區(qū)可以產(chǎn)生一些升力。此外，然而，該過(guò)渡區(qū)(其位于轉(zhuǎn)子輪轂附近)將對(duì)葉片的總升力提供一些貢獻(xiàn)，而與其空氣動(dòng)力學(xué)形狀無(wú)關(guān)。

例如，在翼型部分中的葉片節(jié)段的輪廓特征在于薄型后緣，理想地是零厚度，然而在葉片起點(diǎn)附近的后緣以及在葉片起點(diǎn)和翼型部分起點(diǎn)之間過(guò)渡區(qū)附近的后緣是厚的，且可能為圓角的。

旋翼飛行器呈現(xiàn)既能夠在巡航飛行期間以大前進(jìn)速度飛行又能夠在非常低的前進(jìn)速度下飛行的優(yōu)點(diǎn)，并且其還能夠執(zhí)行懸停飛行。因此，旋翼飛行器呈現(xiàn)能夠降落在小面積區(qū)域上的優(yōu)點(diǎn)，并且因此例如更靠近居住區(qū)域降落或者降落甲板或墊板上。

然而，在高速向前飛行要求葉片具有與在低速下向前飛行和懸停飛行需要的空氣動(dòng)力學(xué)特征不同或者甚至不利的空氣動(dòng)力學(xué)特征。

同樣，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)特征也影響葉片產(chǎn)生的噪聲。因?yàn)榕R近居住區(qū)域，此類噪聲可在進(jìn)場(chǎng)和著陸階段造成問(wèn)題。此外，嚴(yán)格的聲學(xué)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了旋翼飛機(jī)需要遵守的聲級(jí)。

對(duì)于翼型輪廓的預(yù)定選擇，在高速向前飛行期間和在懸停飛行期間對(duì)葉片空氣動(dòng)力學(xué)性能以及另外對(duì)葉片的聲學(xué)特征有影響的葉片的幾何特性具體是由葉片節(jié)段的翼型輪廓的翼弦，由葉片的掃掠以及由葉片的扭轉(zhuǎn)構(gòu)成。

應(yīng)當(dāng)記得，翼弦是葉片節(jié)段的輪廓的前緣和后緣之間的距離。該翼弦可能沿著葉片的翼展變化。術(shù)語(yǔ)“梯形度”通常用于指示沿著葉片的翼展行進(jìn)的翼弦的減少，然而該術(shù)語(yǔ)還可以指示沿著葉片翼展的翼弦增加。

掃掠可以被定義為由葉片的前緣與葉片的特定軸線形成的角度。按照慣例，在具有向前掃掠的區(qū)域中，前緣相對(duì)于葉片軸線形成掃掠角，其在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向上是正的，而在具有向后掃掠的區(qū)域中，前緣相對(duì)于葉片軸線形成反向的掃掠角。葉片軸線基本上與葉片的航向傾角或順漿軸線重合。

葉片的扭轉(zhuǎn)包括沿著葉片的翼展改變?nèi)~片節(jié)段輪廓的設(shè)定。術(shù)語(yǔ)“設(shè)定”指示相對(duì)于葉片的參考平面在葉片節(jié)段的每個(gè)輪廓的翼弦之間形成的角度，且該角度被稱為“扭轉(zhuǎn)”角度。以舉例方式，參考平面可為垂直于葉片的旋轉(zhuǎn)軸線并包括所述葉片軸線的平面。

術(shù)語(yǔ)“扭轉(zhuǎn)關(guān)系”指示扭轉(zhuǎn)角沿著葉片的翼展如何變化。以常規(guī)方式，當(dāng)葉片的節(jié)段輪廓的前緣低于參考平面時(shí)扭轉(zhuǎn)測(cè)量為反向。

背景技術(shù)：

已知有效的解決方案以獨(dú)立地改進(jìn)針對(duì)高速向前飛行的葉片性能和針對(duì)懸停飛行的葉片性能，以及在進(jìn)場(chǎng)階段期間葉片的聲學(xué)性能。

例如，改進(jìn)針對(duì)懸停飛行的葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能的特征在于減少由葉片汲取的功率以不改變轉(zhuǎn)子升力。這種改進(jìn)可以通過(guò)對(duì)葉片形狀的被動(dòng)改變，特別是通過(guò)增加其扭轉(zhuǎn)來(lái)獲得。

葉片扭轉(zhuǎn)的適當(dāng)增加使得升力能夠更均勻地分布在葉片的整個(gè)表面區(qū)域上并且因此使得在轉(zhuǎn)子的整個(gè)表面區(qū)域上更均勻地分布，從而使得可以減少在懸停飛行時(shí)由轉(zhuǎn)子的每個(gè)葉片吸收的功率。應(yīng)當(dāng)注意，增加扭轉(zhuǎn)包括相對(duì)于參考平面降低前緣，并且這樣做，由于作為翼展的函數(shù)的空氣流的圓周速度的變化，朝向葉片末端比朝向葉片起點(diǎn)更多。在懸停飛行時(shí)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能特別地通過(guò)使沿著葉片翼展誘導(dǎo)的速度以這種方式更均勻而增加。

然而，當(dāng)旋翼飛行器以高速行進(jìn)時(shí)，大量的葉片扭轉(zhuǎn)可以導(dǎo)致葉片末端具有負(fù)升力(即產(chǎn)生與重力相同方向的升力)，該負(fù)升力用于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知為“前進(jìn)”葉片的、處在方位角位置的葉片。因此，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能在向前飛行時(shí)降低。此外，葉片經(jīng)受的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載水平以及振動(dòng)的水平在向前飛行期間同樣極大地增加。

在葉片末端處添加二面角還用于改進(jìn)在懸停飛行時(shí)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能。二面角由在向上或向下傾斜的葉片末端處的葉片表面形成。在懸停飛行時(shí)，二面角用于確保由任何一個(gè)葉片產(chǎn)生的末端渦流減少對(duì)轉(zhuǎn)子的隨后葉片的影響。然而，此類二面角可導(dǎo)致在向前飛行時(shí)葉片空氣動(dòng)力學(xué)性能的降低，并且導(dǎo)致振動(dòng)的增加。

此外，改進(jìn)在向前飛行時(shí)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能特征在于，針對(duì)給定升力和向前速度減少由轉(zhuǎn)子的每個(gè)葉片消耗的功率。這種改進(jìn)可通過(guò)對(duì)葉片形狀的被動(dòng)修改而獲得，特別是通過(guò)沿著葉片的翼展修改其翼弦和/或通過(guò)降低其扭轉(zhuǎn)來(lái)獲得。

例如，葉片的節(jié)段的輪廓的翼弦從葉片起點(diǎn)沿著翼展增加，然后在到達(dá)葉片末端之前降低。該葉片被稱為“雙錐形”葉片。文檔EP 0 842 846描述了一種雙錐形葉片，其中最大翼弦位于距葉片旋轉(zhuǎn)軸線處于葉片總翼展60％至90％的范圍內(nèi)的距離處。

然而，使用雙錐形葉片常常在進(jìn)場(chǎng)飛行期間導(dǎo)致噪聲增加，因?yàn)橛擅總€(gè)葉片發(fā)出的并隨后沖擊每個(gè)葉片的渦流的強(qiáng)度增加了。與具有相同扭轉(zhuǎn)和相同“葉片實(shí)度”的葉片相比，使用此類雙錐形還導(dǎo)致在懸停飛行時(shí)性能降低，術(shù)語(yǔ)“葉片實(shí)度”指示從轉(zhuǎn)子盤上方看來(lái)轉(zhuǎn)子的葉片占據(jù)的總面積的比率，即在旋轉(zhuǎn)通過(guò)一圈時(shí)由轉(zhuǎn)子的葉片掃掠的區(qū)域。

此外，并且按照上述內(nèi)容，降低葉片的扭轉(zhuǎn)引起在前進(jìn)葉片側(cè)面上的葉片末端處的空氣動(dòng)力學(xué)迎角的增加。因此，非扭轉(zhuǎn)葉片末端的仰角在前進(jìn)葉片側(cè)上更靠近零，因此首先用于減少在前進(jìn)葉片側(cè)上的葉片末端處的反向升力，并且同時(shí)減少局部阻力，特別是與沖擊波的出現(xiàn)相關(guān)聯(lián)的阻力。

相比之下，減少在葉片端部處的扭轉(zhuǎn)引起葉片在后退葉片側(cè)的失速裕度減少。此外，如上所述，葉片扭轉(zhuǎn)的這種減少在懸停飛行時(shí)是不利的。

文檔US 7 252 479和EP 0 565 413描述了一種適用于高速向前飛行的葉片，其結(jié)合具有扭轉(zhuǎn)關(guān)系的雙錐形葉片。

最后，在進(jìn)場(chǎng)飛行期間在葉片的聲學(xué)性能上的改進(jìn)特征可在于減少由葉片和由轉(zhuǎn)子的前葉片產(chǎn)生的空氣渦流之間相互作用而產(chǎn)生的噪聲。這種改進(jìn)可通過(guò)對(duì)葉片形狀的被動(dòng)修改，特別是通過(guò)沿著其翼展修改其掃掠來(lái)獲得。

以舉例的方式，如文檔EP 1 557 354，US 2012/0251326和US 6 116 857中所描述的，具有向前掃掠的第一區(qū)域和向后掃掠的第二區(qū)域的葉片避免了在這些第一區(qū)域和第二區(qū)域中的葉片的前緣平行于由前葉片發(fā)出的渦流線。因此，此類葉片可以限制在葉片和這些渦流之間的相互作用，例如，減少與葉片和渦流之間的相互作用相關(guān)聯(lián)的脈沖噪聲的強(qiáng)度，并因此限制噪聲的出現(xiàn)。

此外，具有兩個(gè)掃掠的葉片還可包括在向后掃掠的第二區(qū)域中的錐形，其也用于減少在飛行中產(chǎn)生的噪聲水平。具體地，對(duì)于給定的輪廓，葉片的厚度隨著縮短翼弦而降低，從而降低所謂的“厚度”噪聲的出現(xiàn)。同樣地，因?yàn)槿~片的面積由于其錐形而減少，其升力也被修改，這可以減少所謂的“負(fù)載”噪聲的出現(xiàn)。

還可對(duì)葉片末端處的空氣動(dòng)力負(fù)載起作用，以修改葉片發(fā)出的渦流，以及因而減少葉片的噪聲水平。為此目的，修改用于在扭轉(zhuǎn)上的變化和在葉片第二輪廓的翼弦的變化關(guān)系。然而，此類變化與關(guān)于懸停飛行或向前飛行的上述優(yōu)化不兼容。

此外，與葉片的形狀無(wú)關(guān)地，還可修改葉片的旋轉(zhuǎn)速度或者實(shí)際上采用被稱為“最小噪聲進(jìn)場(chǎng)飛行路徑”的飛行器的具體進(jìn)場(chǎng)飛行路徑，以減少由飛行器葉片輻射到地面的噪聲。

然而，修改葉片的旋轉(zhuǎn)速度使得動(dòng)態(tài)平衡葉片的工作更復(fù)雜。此外，葉片的旋轉(zhuǎn)速度的減少可具體導(dǎo)致在葉片端部處的空氣動(dòng)力學(xué)失速的增加，并且因此導(dǎo)致葉片的動(dòng)態(tài)控制力的增加。

還可將具有葉片節(jié)段輪廓的翼弦上的變化的兩個(gè)掃掠與適用于懸停飛行或適向前飛行的扭轉(zhuǎn)關(guān)系組合應(yīng)用。因此，文檔EP 1 557 354和US 2012/0251326描述了適用于懸停飛行同時(shí)還能夠在進(jìn)場(chǎng)飛行期間減少所產(chǎn)生噪聲的葉片。同樣地，文檔EP 0 842 846描述了一種適用于在高速下向前飛行并且能夠在進(jìn)場(chǎng)飛行期間限制噪聲的葉片。

然而，此類葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能沒(méi)有針對(duì)葉片不適用的飛行階段進(jìn)行優(yōu)化。顯著減少由葉片發(fā)出的噪聲在任何情況下被給定優(yōu)先級(jí)，并且葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能可以在飛行的某些階段期間降低。該降低特別是由于缺少葉片的扭轉(zhuǎn)剛度和/或彎曲剛度，該葉片然后可以在其經(jīng)受的空氣動(dòng)力學(xué)力和慣性力下變形。

相比之下，針對(duì)高速向前飛行優(yōu)化葉片輪廓是不同的，并且似乎不利于優(yōu)化用于懸停飛行的那些輪廓。針對(duì)懸停飛行和針對(duì)高速向前飛行優(yōu)化輪廓實(shí)現(xiàn)起來(lái)很復(fù)雜，因?yàn)槿~片遇到的空氣動(dòng)力學(xué)條件不同。此外，在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間，葉片的位置相對(duì)于空氣流在前進(jìn)和后退之間交替，由此增加在葉片遇到的空氣動(dòng)力學(xué)條件之間的差異。

最后，2011年9月發(fā)表在加拉拉泰(Gallarate)(意大利)的“歐洲旋翼飛機(jī)論壇(European Rotorcraft Forum)”名稱為“使用輔助替代模因算法在向前飛行條件中的多對(duì)象-多點(diǎn)轉(zhuǎn)子葉片優(yōu)化(surrogate-assisted memetic algorithm)”的文檔比較了優(yōu)化在向前飛行時(shí)葉片的若干方法。葉片可僅具有扭轉(zhuǎn)關(guān)系，或者其可呈現(xiàn)用于變化翼弦和掃掠的關(guān)系組合，或者實(shí)際上它可以呈現(xiàn)用于變化扭轉(zhuǎn)、翼弦和掃掠的關(guān)系組合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是克服上述限制并且提出一種葉片，其改進(jìn)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能，同時(shí)減少在進(jìn)場(chǎng)飛行期間由葉片發(fā)出的噪聲。本發(fā)明還涉及用于具有至少兩個(gè)此類葉片的旋翼飛行器的轉(zhuǎn)子。

因此，本發(fā)明提供一種用于旋翼飛行器的葉片，所述葉片用于繞旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)，所述葉片首先沿著葉片軸線在適用于連接到轉(zhuǎn)子的輪轂的葉片起點(diǎn)和位于葉片的自由端部處的葉片末端之間延伸，且其次沿著大致垂直于葉片軸線B的橫向軸線T在前緣和后緣之間延伸，所述葉片包括位于葉片起點(diǎn)和葉片末端之間的翼型部分，所述翼型部分由一系列翼型輪廓構(gòu)成，每個(gè)翼型輪廓位于基本上垂直于葉片軸線B并限定葉片的節(jié)段的橫向平面中，葉片末端位于距旋轉(zhuǎn)軸線A等于轉(zhuǎn)子半徑R的距離處，在橫向平面中的前緣和后緣之間的最大距離構(gòu)成用于葉片的每個(gè)翼型輪廓的翼弦c，平均翼弦為在翼弦部分上方的翼弦c的平均值，第一向前方向限定為從后緣到前緣，而第二向后方向限定為從前緣到所述后緣。

平均翼弦由應(yīng)用下式的葉片的每個(gè)節(jié)段輪廓的半徑平方r²加權(quán)優(yōu)選限定：

其中L(r)是葉片的輪廓的局部翼弦的長(zhǎng)度，所述局部輪廓位于距旋轉(zhuǎn)軸線A半徑r處，R₀為翼型部分的起點(diǎn)(3)的半徑，而R是葉片末端的半徑。

然而，平均翼弦可以通過(guò)在葉片的所有翼型部分上的葉片節(jié)段的翼弦c的算術(shù)平均來(lái)定義。

本發(fā)明的這種葉片的顯著之處在于，其呈現(xiàn)了用于其翼弦和其掃掠的變化的關(guān)系的組合，其翼弦在翼型部分的起點(diǎn)與位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第一距離(其處于0.6R至0.9R的范圍內(nèi))處的第一節(jié)段S1之間增加，其翼弦降低超出第一節(jié)段S1，葉片的掃掠初始指向在翼型部分起點(diǎn)和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第二距離(其處于0.5R至0.8R的范圍內(nèi))處的第二節(jié)段S2之間的葉片前部，前緣相對(duì)于葉片軸線B形成處于0°至10°的范圍內(nèi)的第一向前掃掠角，然后掃掠指向在第二節(jié)段S2和第三節(jié)段S3之間的葉片前部，該第三節(jié)段S3位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第三距離(其處于0.6R至0.95R的范圍內(nèi))處，前緣相對(duì)于葉片軸線B形成處于1°至15°范圍內(nèi)的第二向前掃掠角，并且所述掃掠最終朝向在第三節(jié)段S3和葉片末端之間的葉片后部，前緣相對(duì)于葉片軸線B形成處于-35°至-15°范圍內(nèi)的第三向后掃掠角。

本發(fā)明的這種葉片優(yōu)選地用于主轉(zhuǎn)子，其為旋翼飛行器提供升力以及還可以提供推進(jìn)力。葉片的旋轉(zhuǎn)軸線A對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子的輪轂的旋轉(zhuǎn)軸線。

當(dāng)葉片圍繞軸線A旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片的翼型部分提供了來(lái)自葉片的升力的主要部分。該翼型部分的起點(diǎn)具體地特征在于薄型后緣，而在葉片起點(diǎn)和翼型部分起點(diǎn)之間，后緣是厚的或者甚至是圓形的。因此，該翼型部分的起點(diǎn)通常與葉片起點(diǎn)不同，并且在葉片起點(diǎn)附近處位于在葉片起點(diǎn)和葉片末端之間。

葉片末端位于距旋轉(zhuǎn)軸線A等于轉(zhuǎn)子半徑R的參考距離處，并且該轉(zhuǎn)子半徑R用于沿著葉片軸線B定位輪廓或?qū)嶋H上葉片的節(jié)段。例如，葉片起點(diǎn)位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第四距離(其處于0.05R至0.3R范圍內(nèi))處，并且葉片的翼型部分的起點(diǎn)位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第五距離(其處于0.1R至0.4R的范圍內(nèi))處。第五距離大于或等于第四距離。

同樣地，在翼型部分上的葉片的平均翼弦被用于限定葉片的每個(gè)輪廓沿其翼展的翼弦。

因此，用于掃掠的變化的關(guān)系限定了具有三個(gè)掃掠的葉片，其有利地用于改進(jìn)葉片的聲學(xué)特征。第一向前掃掠角優(yōu)選嚴(yán)格大于0°。

這三個(gè)掃掠有利地防止葉片的前緣與在葉片旋轉(zhuǎn)期間由先前葉片發(fā)出的渦流平行。因此，這三個(gè)掃描使得由在葉片和由轉(zhuǎn)子的在前葉片發(fā)出的空氣渦流之間相互作用產(chǎn)生的聲能的強(qiáng)度在葉片翼展的一部分上降低，特別是在進(jìn)場(chǎng)期間飛行。

此外，前葉片的端部都發(fā)出形成螺旋狀渦流線的渦流。然后，有利地限制同時(shí)與這些渦流線相互作用的葉片的前緣的翼展部分，以限制所產(chǎn)生噪聲對(duì)人耳的影響。

具體地，在具有在由第二節(jié)段S2和第三節(jié)段S3以及也由葉片末端限定的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域上連續(xù)變化的掃掠角的葉片前緣的情況下，在前緣和由在接下來(lái)的葉片之前的葉片發(fā)出的渦流之間的相互作用在前緣上的多個(gè)點(diǎn)處同時(shí)發(fā)生，從而引起聲能的出現(xiàn)。這導(dǎo)致產(chǎn)生對(duì)于人耳來(lái)說(shuō)是令人痛苦的所發(fā)出脈沖噪聲，這種現(xiàn)象對(duì)于聲學(xué)認(rèn)證是會(huì)受到懲罰的。

有利地，在相對(duì)于每個(gè)區(qū)域上的葉片軸線傾斜的葉片的直前緣的情況下，所述區(qū)域由第二節(jié)段S2和第三節(jié)段S3限定以及由葉片末端限定，前緣與這些渦流之間的相互作用沿著前緣同時(shí)在較少數(shù)量點(diǎn)發(fā)生。這導(dǎo)致發(fā)出的信號(hào)的脈沖性質(zhì)的降低，使得對(duì)于人耳來(lái)說(shuō)較不令人痛苦。

因此，葉片的前緣優(yōu)選是直的并且在由第二節(jié)段S2和第三節(jié)段S3以及由葉片末端限定的每個(gè)區(qū)域上傾斜，以減少觀察者感知的聲能。

因此，掃掠優(yōu)選地由第一向前掃掠角、第二向前掃掠角和第三向后掃掠角形成，所有這三個(gè)掃描角在翼型部分的起點(diǎn)和第二節(jié)段S2之間、然后在第二節(jié)段S2和第三節(jié)段S3之間、最后在第三節(jié)段S3和葉片末端之間分別是恒定的。

同樣地，第一向前掃掠角α₁優(yōu)選地不同于第二向前掃掠角α₂，以保證沿著本發(fā)明的葉片存在三個(gè)不同的掃掠。

此外，第一向前掃掠角α₁可嚴(yán)格小于第二向前掃掠角α₂，以保證在兩個(gè)向前掃掠區(qū)上的漸進(jìn)性。

例如，第一向前掃掠角α₁可等于4°，第二向前掃掠角α₂可等于8°，并且第三向后掃掠角可等于-23°。

在用于葉片的節(jié)段的輪廓的翼弦中的變化的關(guān)系中，翼弦在翼型部分的起點(diǎn)和第一節(jié)段S1之間圍繞平均翼弦變化±40％。因此，翼弦從翼型部分的起點(diǎn)到第一節(jié)段S1分別在至范圍內(nèi)變化。在輪廓部分的起點(diǎn)和第一節(jié)段S1之間翼弦的變化也可以更小，特別是在懸停飛行期間以使得對(duì)葉片空氣動(dòng)力學(xué)性能的不利程度減到較小程度。以舉例的方式，翼弦可以在翼型部分的起點(diǎn)和第一節(jié)段S1之間圍繞平均翼弦變化±20％。

此外，葉片的節(jié)段輪廓的翼弦優(yōu)選地小于在葉片的第一部分上的平均翼弦例如在葉片的翼型部分的起點(diǎn)和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第六距離(其處于0.5R至0.8R范圍內(nèi))處的第四節(jié)段S4之間的平均翼弦然后，葉片的節(jié)段輪廓的翼弦大于在第四節(jié)段S4和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第七距離(其處于0.85R至0.95R范圍內(nèi))的第五節(jié)段S5之間的平均翼弦然后小于在第五節(jié)段S5到葉片末端的平均翼弦以舉例的方式，在葉片的翼型部分的起點(diǎn)附近處的葉片的節(jié)段輪廓的翼弦處于至的范圍內(nèi)，而在在葉片末端處的葉片的節(jié)段輪廓的翼弦可以處于至的范圍內(nèi)。

此外，翼弦可按照非線性方式降低超出第六節(jié)段S6到達(dá)葉片末端，該第六節(jié)段S6位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第八距離(其處于0.9R到0.95R范圍內(nèi))處。優(yōu)選地，葉片的節(jié)段的輪廓的翼弦沿著在第六節(jié)段S6遠(yuǎn)處基本上為拋物線的曲線降低。然后其可能指存在于葉片末端處的“拋物線”尖端帽。使用多項(xiàng)式曲線諸如貝塞爾(Bézier)曲線的其他非線性形狀對(duì)于該葉片末端也是可能的。

在這種情況下，葉片末端處的節(jié)段的輪廓的翼弦在0.2c₁至0.8c₁的范圍內(nèi)，其中c₁是在第六節(jié)段S6處葉片的節(jié)段的輪廓的翼弦的值，即在葉片的節(jié)段的輪廓的翼弦中非線性減少的該區(qū)域的開始處。在葉片末端處的翼弦優(yōu)選地等于0.3c₁。

將用于葉片的節(jié)段輪廓的掃掠和翼弦的變化的關(guān)系進(jìn)行組合用于改進(jìn)向前飛行時(shí)的空氣動(dòng)力學(xué)性能，同時(shí)減少特別是在進(jìn)場(chǎng)飛行期間由葉片發(fā)出的噪聲。

此外，葉片可以將扭轉(zhuǎn)關(guān)系與用于其翼弦和其掃掠的變化的關(guān)系組合。在扭轉(zhuǎn)關(guān)系中，葉片的節(jié)段的輪廓的扭轉(zhuǎn)在位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第九距離(其處于0.3R至0.4R的范圍內(nèi))處的第七節(jié)段S7和葉片末端之間降低，第一扭轉(zhuǎn)梯度在第七節(jié)段S7與位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第十距離(其處于0.4R至0.6R的范圍內(nèi))處的第八節(jié)段S8之間處于-25°/R至-4°/R范圍內(nèi)，第二扭轉(zhuǎn)梯度在第八節(jié)段S8與位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第十一距離(其處于0.65R至0.85R的范圍內(nèi))處的第九節(jié)段S9之間處于-25°/R至-4°/R范圍，第三扭轉(zhuǎn)梯度在第九節(jié)段S9與位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第十二距離(其處于0.85R至0.95R的范圍內(nèi))處的第十節(jié)段S10之間處于-16°/R至-4°/R范圍內(nèi)，而第四扭轉(zhuǎn)梯度在第十節(jié)段和葉片末端之間處于-16°/R至0°/R范圍內(nèi)。

有利地，將用于葉片的節(jié)段的輪廓的翼弦和掃掠的變化的關(guān)系與用于扭轉(zhuǎn)的關(guān)系進(jìn)行組合以改進(jìn)主要在懸停飛行時(shí)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能，而不降低在向前飛行時(shí)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能或在進(jìn)場(chǎng)飛行期間由葉片產(chǎn)生的噪聲。

具體地，扭轉(zhuǎn)在葉片的第一區(qū)域中是重要的，例如，在0.3R至0.7R的范圍內(nèi)，并且因此用于補(bǔ)償基本上小于平均翼弦的小翼弦。此外，在葉片的第二區(qū)域中的反向扭轉(zhuǎn)，例如在0.7R至0.9R的范圍內(nèi)，有利于前進(jìn)葉片的向前飛行，但是引起后退葉片上的力的增加。有利地，在該第二區(qū)域中，葉片的節(jié)段的輪廓的翼弦基本上大于平均翼弦因此使得其能夠適應(yīng)這些增加的力，而不降低后退葉片的空氣動(dòng)力行為。

用于在葉片的扭轉(zhuǎn)中的變化的關(guān)系可以是分段線性的，即在從節(jié)段S7、S8、S9和S10選擇的鄰近節(jié)段對(duì)之間，以及在第10節(jié)段S10和葉片末端之間，或者其可在葉片的所有翼型部分上是非線性的。

當(dāng)扭轉(zhuǎn)關(guān)系是分段線性時(shí)，該扭轉(zhuǎn)關(guān)系由直線區(qū)段、表征在來(lái)自節(jié)段S7、S8、S9和S10中的兩個(gè)鄰近節(jié)段之間的扭轉(zhuǎn)變化的區(qū)段以及在第十節(jié)段S10和葉片末端的區(qū)段構(gòu)成。扭轉(zhuǎn)梯度是沿著葉片翼展的扭轉(zhuǎn)的局部導(dǎo)數(shù)，然后對(duì)應(yīng)于支撐這些區(qū)段的直線的斜率。然后該扭轉(zhuǎn)梯度由不連續(xù)的水平線形成，一條線位于鄰近節(jié)段之間以及在第十節(jié)段S10和葉片末端之間。

此外，為了使扭轉(zhuǎn)變化能夠與懸停飛行和向前飛行以及用于翼弦的變化的關(guān)系兼容，位于第七節(jié)段S7和第八節(jié)段S8之間的第一扭轉(zhuǎn)梯度優(yōu)選地小于位于在第八節(jié)段S8和第九節(jié)段S9之間的第二扭轉(zhuǎn)梯度，第二扭轉(zhuǎn)梯度優(yōu)選大于位于第九節(jié)段S9和第十節(jié)段S10之間的第三扭轉(zhuǎn)梯度，并且第三扭轉(zhuǎn)梯度優(yōu)選小于位于第十節(jié)段S10和葉片末端之間第四扭轉(zhuǎn)梯度。

當(dāng)扭轉(zhuǎn)關(guān)系在翼型部分上方為非線性時(shí)，扭轉(zhuǎn)梯度優(yōu)選地為在葉片的整個(gè)翼型部分上連續(xù)的曲線。然后第一扭轉(zhuǎn)梯度在第八節(jié)段S8附近達(dá)到處于-25°/R至-15°/R范圍內(nèi)的第一平穩(wěn)段，第二扭轉(zhuǎn)梯度在第九節(jié)段S9附近達(dá)到處于-14°/R至-4°/R范圍內(nèi)的第二平穩(wěn)段，第三扭轉(zhuǎn)梯度在第十節(jié)段S10附近達(dá)到處于-16°/R至-6°/R范圍內(nèi)的第三平穩(wěn)段，并且第四扭轉(zhuǎn)梯度在葉片末端附近處于-10°/R至0°/R的范圍內(nèi)。

該扭轉(zhuǎn)關(guān)系可以對(duì)應(yīng)于多項(xiàng)式曲線，例如6階或高階的貝塞爾(Bézier)曲線。

優(yōu)選地，第一平穩(wěn)段等于-18°/R，第二平穩(wěn)段等于-6°/R，第三平穩(wěn)段等于-13°/R，扭轉(zhuǎn)的所述第四平穩(wěn)段在葉片末端處等于-8°/R。

無(wú)論用于扭轉(zhuǎn)變化的關(guān)系怎么樣，第九距離可以例如等于0.35R，第十距離可以等于0.48R，第十一距離可以等于0.78R，而第十二距離可以等于0.92R。

扭轉(zhuǎn)關(guān)系僅限定在翼型部分的起點(diǎn)和葉片末端之間的葉片的扭轉(zhuǎn)變化，并且其不限定葉片的節(jié)段的輪廓的設(shè)定。在翼型部分的起點(diǎn)附近的葉片的節(jié)段輪廓的設(shè)定對(duì)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)行為沒(méi)有直接影響。具體地，當(dāng)在飛行時(shí)，在翼型部分的起點(diǎn)附近的葉片的節(jié)段輪廓的設(shè)定和沿著翼型部分的葉片的所有輪廓的設(shè)定取決于集合節(jié)距的調(diào)節(jié)和在葉片的周期節(jié)距的調(diào)節(jié)。因此，實(shí)際上在扭轉(zhuǎn)上的變化表征了葉片的空氣動(dòng)力學(xué)行為，因?yàn)橥ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)集合節(jié)距和通過(guò)調(diào)節(jié)葉片的周期節(jié)距來(lái)考慮葉片的節(jié)段輪廓的設(shè)定值。

此外，位于旋轉(zhuǎn)軸線A附近的葉片的區(qū)域，且特別是位于旋轉(zhuǎn)軸線A和第八節(jié)段S8之間的區(qū)域在葉片旋轉(zhuǎn)期間幾乎不經(jīng)受空氣動(dòng)力。因此，在旋轉(zhuǎn)軸線A附近的扭轉(zhuǎn)對(duì)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)行為的影響較小。因此，扭轉(zhuǎn)可是基本上恒定的，或者其可在不顯著修改葉片的行為和空氣動(dòng)力學(xué)性能的情況下在翼型部分的起點(diǎn)和第八節(jié)段S8之間幾乎無(wú)變化。以舉例的方式，扭轉(zhuǎn)的變化可在翼型部分的起點(diǎn)和第八節(jié)段S8之間小于或等于2°。

此外，葉片可包括在第六節(jié)段S6處開始并終止在葉片末端處的二面角。該二面角優(yōu)選向下傾斜并且用于改進(jìn)在懸停飛行時(shí)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能。

本發(fā)明還提供了一種用于旋翼飛行器的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子具有至少兩個(gè)如上所述的葉片。轉(zhuǎn)子更具體地旨在是旋翼飛行器的主轉(zhuǎn)子，用于提供升力以及可能的推進(jìn)力。

附圖說(shuō)明

附圖說(shuō)明本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)通過(guò)以例證方式并且參考附圖給出的實(shí)施例的以下說(shuō)明而更詳細(xì)地顯現(xiàn)，在附圖中：

·圖1和圖2示出了本發(fā)明的葉片；

·圖3示出具有由此類葉片構(gòu)成的轉(zhuǎn)子的飛行器；

·圖4是圖表，繪制出葉片的節(jié)段的輪廓的翼弦變化；

·圖5是圖表，繪制出葉片的掃掠變化；

·圖6是圖表，繪制出葉片的扭轉(zhuǎn)變化；和

·圖7是圖表，繪制出葉片的扭轉(zhuǎn)梯度的變化。

具體實(shí)施方式

在一個(gè)以上附圖中存在的部件在不同圖中給出相同的附圖標(biāo)記。

圖1和圖2示出了葉片1，其沿著葉片軸線B在葉片起點(diǎn)2和葉片末端9之間延伸，且沿著垂直于葉片軸線B的橫向軸線T在前緣6和后緣邊緣7之間延伸。葉片1具有位于葉片起點(diǎn)2和葉片末端9之間的翼型部分4。翼型部分4由一系列翼型輪廓15構(gòu)成，每個(gè)翼型輪廓15位于基本上垂直于葉片軸線B的橫向平面中，每個(gè)輪廓限定葉片1的節(jié)段。葉片1還具有在葉片1的自由端部，即在葉片末端9附近處的二面角5。

葉片1用于形成旋翼飛行器10的轉(zhuǎn)子11，如圖3所示。轉(zhuǎn)子11包括輪轂12和用于圍繞輪轂12的旋轉(zhuǎn)軸線A旋轉(zhuǎn)的五個(gè)葉片1。每個(gè)葉片1在葉片起點(diǎn)2處連接到輪轂12。

轉(zhuǎn)子11的特征在于轉(zhuǎn)子半徑R(即，旋轉(zhuǎn)軸線A和葉片末端9之間的距離)沿著葉片軸線B。葉片1的每個(gè)節(jié)段的輪廓15的翼弦c對(duì)應(yīng)于在基本上垂直于葉片軸線B的橫向平面中的葉片1的前緣6和后緣7之間的最大距離。平均翼弦被定義為翼型4上的翼弦c的平均值。葉片起點(diǎn)2位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第四距離(等于0.1R)處，并且葉片1的翼型4的起點(diǎn)3位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第五距離(等于0.2R)處。

本發(fā)明的葉片1呈現(xiàn)用于其掃掠和其輪廓15的翼弦的變化的關(guān)系的組合，以減少在進(jìn)場(chǎng)飛行期間由轉(zhuǎn)子11的每個(gè)葉片1發(fā)出的噪聲，且改進(jìn)在飛行器10向前飛行期間每個(gè)葉片1的空氣動(dòng)力學(xué)性能。

此外，葉片1還可以呈現(xiàn)用于其節(jié)段的輪廓15的其掃掠和翼弦的變化的關(guān)系，連同用于其扭轉(zhuǎn)的變化的關(guān)系的組合，以減少在進(jìn)場(chǎng)飛行期間由轉(zhuǎn)子11的每個(gè)葉片1發(fā)出的噪聲，且改進(jìn)在飛行器10在懸停飛行期間和向前飛行期間每個(gè)葉片1的空氣動(dòng)力學(xué)性能。

在圖4至圖6中分別繪制了葉片1的節(jié)段的輪廓15的翼弦、掃掠和扭轉(zhuǎn)的關(guān)系。圖7示出了葉片1的扭轉(zhuǎn)梯度，即沿著轉(zhuǎn)子半徑R的轉(zhuǎn)子11的葉片1的翼展的扭轉(zhuǎn)的局部導(dǎo)數(shù)。

在圖4所示的、用于葉片1的節(jié)段的輪廓15的翼弦的變化的關(guān)系包括在橫坐標(biāo)軸中繪制的、沿著葉片1的翼展相對(duì)于轉(zhuǎn)子半徑R的葉片1的節(jié)段的輪廓15的位置的比率，以及縱坐標(biāo)軸上的葉片1的節(jié)段的輪廓15的翼弦c相對(duì)于平均翼弦的比率。

平均翼弦由應(yīng)用下式的葉片1的節(jié)段的每個(gè)輪廓15的半徑平方r²加權(quán)限定：

其中L(r)是葉片1的輪廓的局部翼弦的長(zhǎng)度，該局部翼弦位于距旋轉(zhuǎn)軸線A半徑r處，R₀是翼型4的起點(diǎn)3的半徑，R是葉片末端9的半徑。

在用于翼弦的變化的這種關(guān)系中，葉片1的每個(gè)節(jié)段的輪廓15的翼弦c在翼型部分4的起點(diǎn)3和位于距離旋轉(zhuǎn)軸線A第一距離(其等于0.85R)處的第一節(jié)段S1之間增加。超出第一節(jié)段S1，翼弦降低到葉片末端9?？梢钥闯觯?jié)段c小于在葉片1的翼型部分的起點(diǎn)和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第六距離(等于0.6R)的第四節(jié)段S4之間的平均翼弦此外，翼弦c在翼型部分4的起點(diǎn)3和第一節(jié)段S1之間從變化到這表示圍繞平均翼弦變化±20％。在葉片起點(diǎn)處的翼弦等于

此后，葉片1的節(jié)段的輪廓15的翼弦大于在第四節(jié)段S4和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第七距離(其處于0.85至0.95R的范圍內(nèi))處的第五節(jié)段S5之間的平均翼弦最后，葉片1的節(jié)段的輪廓15的翼弦小于在第五節(jié)段S5到葉片末端9的平均翼弦

此外，翼弦c按照基本上為拋物線的曲線降低超出第六節(jié)段S6，該第六節(jié)段位于等于0.95R的第八距離處。葉片1的端部因此形成拋物線形尖端蓋8。

如圖5中示出的葉片1的掃掠變化的關(guān)系限定了三個(gè)掃掠。沿著橫坐標(biāo)軸繪制沿著葉片軸線B在轉(zhuǎn)子半徑R上的葉片1的每個(gè)節(jié)段輪廓15的位置的比率，而這些輪廓15中的每個(gè)的掃掠角α在縱坐標(biāo)軸上繪制。

因此，掃掠初始指向葉片1的前部，其在翼型部分4的起點(diǎn)3和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第二距離(等于0.67R)處的第二節(jié)段S2之間，前緣6相對(duì)于葉片軸線B形成等于4°的第一向前掃掠角α₁。此后，掃掠指向葉片1的前部，其在第二節(jié)段S2和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第三距離(等于0.85R)處的第三節(jié)段S3之間，前緣6相對(duì)于葉片軸線B形成等于8°的第二向前掃掠角α₂。最后，掃掠指向在第三節(jié)段S3和葉片末端9之間的葉片1后部，前緣6相對(duì)于葉片軸線B形成等于-23°的第二向前掃掠角α₃。

在第一掃掠角、第二掃掠角和第三掃掠角之間的每個(gè)連接優(yōu)選地具有連接半徑，以避免在這些連接中的任何一個(gè)中具有銳角。這些連接半徑可為例如500毫米(mm)的量級(jí)。

此外，葉片1在其自由端部具有向下指向的二面角5。該二面角5在第六節(jié)段S6附近開始并終止于葉片末端9。二面角5主要用于通過(guò)減少由之前葉片產(chǎn)生的渦流的影響來(lái)改進(jìn)懸停飛行時(shí)葉片1的空氣動(dòng)力學(xué)行為。

此外，用于輪廓15的扭轉(zhuǎn)的關(guān)系可添加到葉片1，以在懸停飛行和向前飛行期間改進(jìn)葉片1的空氣動(dòng)力學(xué)性能。圖6所示的葉片1的扭轉(zhuǎn)關(guān)系為對(duì)應(yīng)于多項(xiàng)式曲線的非線性關(guān)系。沿著橫坐標(biāo)軸繪制沿著翼展在轉(zhuǎn)子半徑R上的葉片1的各節(jié)段輪廓15的位置的比率，并且在縱坐標(biāo)軸上繪制葉片1的每個(gè)節(jié)段的輪廓15的扭轉(zhuǎn)角θ。

扭轉(zhuǎn)梯度在圖7中示出并包括(沿著橫坐標(biāo)軸)沿著葉片1的翼展在轉(zhuǎn)子半徑R上的葉片1的每個(gè)節(jié)段的輪廓15位置的比率，以及在縱坐標(biāo)軸上輪廓15的扭轉(zhuǎn)的局部導(dǎo)數(shù)。

初始地，扭轉(zhuǎn)角θ在翼型部分4的起點(diǎn)3和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第九距離(等于0.35R)處的第七節(jié)段S7之間幾乎很少。在翼型部分4的起點(diǎn)3和第七節(jié)段S7之間扭轉(zhuǎn)角θ的變化小于2°。扭轉(zhuǎn)角θ增加很少，然后沿翼展降低，扭轉(zhuǎn)梯度在翼型部分4的起點(diǎn)3附近為正向，并且在第七節(jié)段S7附近處降低以至反向。

此后，扭轉(zhuǎn)角θ在第七節(jié)段S7和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第十距離(等于0.48R)的第八節(jié)段S8之間降低，扭轉(zhuǎn)梯度在第八節(jié)段S8附近處降低到等于-18°/R的第一穩(wěn)定段。

此后，扭轉(zhuǎn)角θ在第八節(jié)段S8和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第十一距離(等于0.78R)的第九節(jié)段S9之間降低很更小，扭轉(zhuǎn)梯度在第九節(jié)段S9附近處增加到等于-6°/R的第二穩(wěn)定段。特別地，對(duì)于位于距旋轉(zhuǎn)軸線A的距離等于0.65R的葉片1的輪廓15，扭轉(zhuǎn)角θ等于0°。

扭轉(zhuǎn)角θ在第九節(jié)段S9和位于距旋轉(zhuǎn)軸線A第十二距離(等于0.92R)處的第九節(jié)段S9之間再次降低，扭轉(zhuǎn)梯度在第十節(jié)段S10附近處降低到等于-13°/R的第三穩(wěn)定段。

最后，扭轉(zhuǎn)角θ在第十節(jié)段S10和葉片末端9之間降低，扭轉(zhuǎn)梯度在葉片末端9處增加到等于-8°/R的扭轉(zhuǎn)梯度。

當(dāng)然地，本發(fā)明的實(shí)施可以有多種修改。雖然描述了若干實(shí)現(xiàn)方式，但是容易理解的是，不可能設(shè)想得到所有可能排它性的的實(shí)施例。在不超出本發(fā)明的范圍的情況下，可以當(dāng)然地設(shè)想由等同方式替代所描述方式中的任一個(gè)。