本發(fā)明涉及航空器用螺旋槳技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種馬刀型低噪聲螺旋槳槳葉設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有螺旋槳設(shè)計(jì)中，一般首先確定初始數(shù)據(jù),即前進(jìn)速度、前進(jìn)比、槳葉直徑、葉片數(shù)等技術(shù)指標(biāo)，接下來(lái)進(jìn)行螺旋槳的氣動(dòng)設(shè)計(jì)。利用二維葉素理論，結(jié)合螺旋槳的初始數(shù)據(jù)確定槳葉展向各截面的翼型及其對(duì)應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角。再利用優(yōu)化理論進(jìn)行一定優(yōu)化，如廣泛使用的betz方法。優(yōu)化各展向截面處的翼型、弦長(zhǎng)、扭轉(zhuǎn)角，得到槳葉的基本數(shù)據(jù)。之后進(jìn)行氣動(dòng)性能分析計(jì)算，滿足要求則進(jìn)行下一步制造、實(shí)驗(yàn)工作；不滿足要求則進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整直到達(dá)到要求。槳葉的基本數(shù)據(jù)獲取后，進(jìn)行模型的繪制工作，通常做法是確定一條基準(zhǔn)線，基準(zhǔn)線與展向各截面,與基準(zhǔn)線垂直的交點(diǎn)作為該截面翼型30％弦長(zhǎng)所在位置，而后布置翼型扭轉(zhuǎn)角，繪制槳葉，進(jìn)行加工制造。這種形式的槳葉存在的問(wèn)題在于與betz方法初衷不符。betz方法強(qiáng)調(diào)槳葉優(yōu)化后，各截面翼型變化引起的環(huán)量變化對(duì)于槳葉整體的氣動(dòng)性能的影響相同，即槳葉后脫出的尾渦能形成一個(gè)等距的螺旋面。但是依照前文所述的傳統(tǒng)形式繪制的槳葉由于各截面翼型長(zhǎng)度、扭轉(zhuǎn)角都有很大差異，其后緣是一條復(fù)雜的三維曲線。這樣進(jìn)行設(shè)計(jì)的原因是方便加工設(shè)計(jì)以及多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。但由于傳統(tǒng)形式的槳葉后緣并不平直，其各截面分別脫落的尾渦必然存在先后順序，這些尾渦相互之間會(huì)存在一定的干擾，導(dǎo)致槳葉噪聲的增加。

在螺旋槳槳葉設(shè)計(jì)中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)即各展向截面對(duì)應(yīng)翼型及其扭轉(zhuǎn)角選定后，螺旋槳優(yōu)化的betz方法強(qiáng)調(diào)槳葉尾部能夠形成等距螺旋面，但是傳統(tǒng)螺旋槳設(shè)計(jì)的槳葉后緣尾渦脫離位置并不在同一直線上，槳葉展向各截面間尾渦還是會(huì)產(chǎn)生一定的干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種馬刀型低噪聲螺旋槳槳葉設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的思路是:在確定螺旋槳槳葉基本數(shù)據(jù)即各展向截面對(duì)應(yīng)翼型及其扭轉(zhuǎn)角后，體現(xiàn)在螺旋槳的氣動(dòng)外形布局上，使用直線作為各截面翼型安插基準(zhǔn)，但直線和展向各設(shè)計(jì)平面的交點(diǎn)與平面上和翼型的后緣點(diǎn)重合。如此可獲得一條平直的槳葉后緣，并在大部分截面處獲得同時(shí)脫落的尾渦，可對(duì)槳葉的聲源點(diǎn)進(jìn)行重新排布，實(shí)現(xiàn)對(duì)槳葉噪聲的削減。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:

馬刀型低噪聲螺旋槳槳葉設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟:

步驟1.確定一根槳葉的基本數(shù)據(jù)，繪制一條平直的直線，并固定一個(gè)原點(diǎn)，在距離原點(diǎn)不同相對(duì)半徑距離上沿槳葉旋轉(zhuǎn)方向布置各設(shè)計(jì)平面，確定各設(shè)計(jì)平面與直線的交點(diǎn)，展向方向從0.3倍相對(duì)半徑至1.0倍相對(duì)半徑處每隔0.1倍相對(duì)半徑插入一個(gè)設(shè)計(jì)平面；

步驟2.將不同設(shè)計(jì)平面上對(duì)應(yīng)的翼型插入，保證翼型后緣上下點(diǎn)與設(shè)計(jì)平面、直線的交點(diǎn)重合，并進(jìn)行翼型扭轉(zhuǎn)角的繪制，且同一槳葉各設(shè)計(jì)平面上下要求相同；

步驟3.根據(jù)上述步驟再對(duì)各截面進(jìn)行連接，最終成為一條后緣平直的螺旋槳；結(jié)合betz條件優(yōu)化的槳葉隨旋轉(zhuǎn)半徑增大，各截面翼型弦長(zhǎng)先增大后減小，得到一個(gè)馬刀型的前緣；

各截面翼型參數(shù)為:螺旋槳外形為馬刀型，翼弦長(zhǎng)為800mm，

有益效果

本發(fā)明提出的馬刀型低噪聲螺旋槳槳葉設(shè)計(jì)方法,采用直線作為各截面翼型安插基準(zhǔn)，但直線和展向各設(shè)計(jì)平面的交點(diǎn)與平面上和翼型的后緣點(diǎn)重合。首先繪制一條平直的直線，固定一個(gè)原點(diǎn)，在距離原點(diǎn)不同相對(duì)半徑距離上沿槳葉旋轉(zhuǎn)方向布置各設(shè)計(jì)平面，確定各設(shè)計(jì)平面與直線的交點(diǎn)即設(shè)計(jì)平面與直線互相垂直；然后將不同設(shè)計(jì)平面上對(duì)應(yīng)的翼型插入，保證翼型后緣上下點(diǎn)與設(shè)計(jì)平面、直線的交點(diǎn)重合，并進(jìn)行翼型扭轉(zhuǎn)角的繪制,且同一槳葉各設(shè)計(jì)平面上下要求相同；之后再對(duì)各截面進(jìn)行連接，最終成為一條后緣平直的螺旋槳。并且在大部分截面處獲得同時(shí)脫落的尾渦，可對(duì)螺旋槳槳葉的聲源點(diǎn)進(jìn)行重新排布，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺旋槳槳葉噪聲的降低。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種馬刀型低噪聲螺旋槳槳葉設(shè)計(jì)方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1a為本發(fā)明螺旋槳槳葉平面投影形狀。

圖1b為常規(guī)螺旋槳槳葉平面投影形狀。

圖2a為本發(fā)明螺旋槳槳葉氣動(dòng)外形的各設(shè)計(jì)平面翼型安插基準(zhǔn)線示意圖。

圖2b為常規(guī)螺旋槳槳葉氣動(dòng)外形的各設(shè)計(jì)平面翼型安插基準(zhǔn)線示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例是一種馬刀型低噪聲螺旋槳槳葉設(shè)計(jì)方法。

本實(shí)例馬刀型低噪聲螺旋槳槳葉設(shè)計(jì)方法采用直線作為各截面翼型安插基準(zhǔn)，且直線和展向各設(shè)計(jì)平面的交點(diǎn)與平面上和翼型的后緣點(diǎn)重合；首先繪制一條平直的直線，固定一個(gè)原點(diǎn)，在距離原點(diǎn)不同相對(duì)半徑距離上沿槳葉旋轉(zhuǎn)方向布置各設(shè)計(jì)平面，確定各設(shè)計(jì)平面與直線的交點(diǎn)即設(shè)計(jì)平面與直線互相垂直；然后將不同設(shè)計(jì)平面上對(duì)應(yīng)的翼型插入，保證翼型后緣上下點(diǎn)與設(shè)計(jì)平面、直線的交點(diǎn)重合，并進(jìn)行翼型扭轉(zhuǎn)角的繪制，且同一槳葉各設(shè)計(jì)平面上下要求相同；之后再對(duì)各截面進(jìn)行連接，最終成為一條后緣平直的螺旋槳。結(jié)合betz條件優(yōu)化的槳葉隨旋轉(zhuǎn)半徑增大，各截面翼型弦長(zhǎng)先增大后減小，得到一個(gè)馬刀型的前緣。由于按照本實(shí)例氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)的槳葉后緣平直，故其脫出的尾渦面是齊平的，可將槳葉聲源點(diǎn)重新進(jìn)行分部，從而降低噪聲。

圖1a、圖1b展示了本實(shí)施例的槳葉與常規(guī)槳葉平面投影形狀的對(duì)比。圖中兩個(gè)槳葉上半側(cè)均對(duì)應(yīng)槳葉前緣，左側(cè)對(duì)應(yīng)槳尖。圖中上方的為本實(shí)施例槳葉氣動(dòng)外形形式的槳葉投影形狀，平直部分為槳葉后緣。由于設(shè)計(jì)中首先確定直線與各截面翼型后緣點(diǎn)對(duì)應(yīng)，所以其槳葉后緣是平直的直線段。平直的后緣能起到重新排布槳葉聲源點(diǎn)的作用，對(duì)于降低噪聲有利。下方的槳葉為常規(guī)氣動(dòng)外形形式的槳葉與本本實(shí)施例相比差異明顯。

圖2a、圖2b展示了本實(shí)施例槳葉氣動(dòng)外形形式與常規(guī)槳葉氣動(dòng)外形形式的各設(shè)計(jì)平面翼型安插基準(zhǔn)線的區(qū)別。圖中上方為本實(shí)施例的槳葉氣動(dòng)外形形式的翼型布置方式，各設(shè)計(jì)平面上均以翼型后緣點(diǎn)作為參考點(diǎn)進(jìn)行翼型排布。下方則為常規(guī)槳葉氣動(dòng)外形的布置形式，其設(shè)計(jì)平面上均以翼型弦線的30％處作為參考點(diǎn)進(jìn)行翼型排布，與本實(shí)施例的做法是截然不同的。

實(shí)驗(yàn)選取某套已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的螺旋槳進(jìn)行，槳葉基本數(shù)據(jù)如下:

槳葉數(shù):2,槳葉直徑:800mm,使用高度:6kmm，來(lái)流速度:150km/h，

轉(zhuǎn)速:5500rpm，效率:>0.60

各截面翼型數(shù)據(jù)如下:

表1螺旋槳外形設(shè)計(jì)方案,直徑:800mm，槳葉數(shù):2

使用本套槳葉數(shù)據(jù)，分別利用本實(shí)施例的槳葉氣動(dòng)外形形式與傳統(tǒng)槳葉氣動(dòng)外形形式繪制、加工制造槳葉。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，驗(yàn)證本發(fā)明的螺旋槳槳葉氣動(dòng)外形降噪效果。分別在螺旋槳槳盤(pán)平面，距離槳軸3倍直徑處；槳葉下游與槳軸成45度角，距螺旋槳中心5倍直徑兩個(gè)位置進(jìn)行槳葉的氣動(dòng)數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)測(cè)量。測(cè)量狀態(tài)為地面靜止?fàn)顟B(tài)，即來(lái)流速度為0。

數(shù)值模擬結(jié)果表明，在螺旋槳槳盤(pán)平面，距離槳軸3倍直徑處按照本實(shí)施例的氣動(dòng)外形形式制造的槳葉，其噪聲由傳統(tǒng)氣動(dòng)外形槳葉的105db降至97db，地面測(cè)量的結(jié)果也得到了相同的結(jié)論；而在槳葉下游與槳軸成45度角，距螺旋槳中心5倍直徑處，數(shù)值模擬結(jié)果表明噪聲由96db降至93db。與此同時(shí)兩種測(cè)試狀態(tài)下槳葉的氣動(dòng)效率并無(wú)明顯變化。