一种适用于平流层低雷诺数、高效三叶螺旋桨
专利汇可以提供一种适用于平流层低雷诺数、高效三叶螺旋桨专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种适用于 平流层 低 雷诺数 、高效三叶螺旋桨，由A桨叶、B桨叶、C桨叶、桨帽、桨毂、连接件和连接柱组成，且A桨叶、B桨叶和C桨叶的结构是相同的；桨毂的前端安装有桨帽，桨毂的后端安装有连接件；A桨叶、B桨叶、C桨叶分别安装在桨毂与连接件形成的A圆孔、B圆孔、C圆孔内，所述A圆孔由桨毂的后端面上设有的A半圆槽与连接件的前端面上设有的D半圆槽形成，所述B圆孔由桨毂的后端面上设有的B半圆槽与连接件的前端面上设有的E半圆槽形成，所述C圆孔由桨毂的后端面上设有的C半圆槽与连接件的前端面上设有的F半圆槽形成；连接柱的一端通过卡销卡合在连接件的圆凸台的通孔边缘的凹槽中，连接柱的另一端通过 联轴器 与 电机 的 输出轴 连接。，下面是一种适用于平流层低雷诺数、高效三叶螺旋桨专利的具体信息内容。
1.一种适用于平流层低雷诺数、高效三叶螺旋桨，其特征在于：由A桨叶(1)、 B桨叶(2)、C桨叶(3)、桨帽(4)、桨毂(5)、连接件(6)和连接柱(7)组成， 且A桨叶(1)、B桨叶(2)和C桨叶(3)的结构是相同的；桨毂(5)的前端安 装有桨帽(4)，桨毂(5)的后端安装有连接件(6)；A桨叶(1)、B桨叶(2)、C 桨叶(3)分别安装在桨毂(5)与连接件(6)形成的A圆孔(9)、B圆孔(10)、 C圆孔内(11)，所述A圆孔(9)由桨毂(5)的后端面(505)上设有的A半圆 槽(501)与连接件(6)的前端面(607)上设有的D半圆槽(601)形成，所述 B圆孔(10)由桨毂(5)的后端面(505)上设有的B半圆槽(502)与连接件(6) 的前端面(607)上设有的E半圆槽(602)形成，所述C圆孔(11)由桨毂(5) 的后端面(505)上设有的C半圆槽(503)与连接件(6)的前端面(607)上设 有的F半圆槽(603)形成；连接柱(7)的一端通过卡销(701)卡合在连接件(6) 的圆凸台(608)的通孔(605)边缘的凹槽(606)中，连接柱(7)的另一端通 过联轴器与电机的输出轴连接；
所述桨帽(4)的正面设计成子弹头形状，其背部开有A圆孔(405)，A圆孔(405) 内设有内台面(401)，内台面(401)的中心设有B圆孔(402)，桨帽(4)的连 接段(403)上设有内螺纹(404)；
所述桨毂(5)的外部为圆环，内部为规则的六边形；桨毂(5)的后端面(505) 上均匀分布设有A半圆槽(501)、B半圆槽(502)、C半圆槽(503)，且在A半 圆槽(501)、B半圆槽(502)、C半圆槽(503)的两侧分别开有两个沉头孔(504)；
所述连接件(6)的外部为圆环，内部为规则的六边形，中心设有圆凸台(608)， 圆凸台(608)的中是通孔(605)，通孔(605)的边缘设有凹槽(606)；连接件 (6)的前端面(607)上均匀分布设有D半圆槽(601)、E半圆槽(602)、F半 圆槽(603)，且在D半圆槽(601)、E半圆槽(602)、F半圆槽(603)的两侧分 别开有两个螺纹孔(604)；
所述A桨叶(1)的一端为桨根(102)，A桨叶(1)的另一端为桨尖(101)， 桨根(102)与桨尖(101)之间是基于片条理论设计出尖头大腹部尖尾，且螺旋桨 扭角为32.8°的非线性几何外形；由于桨根(102)与桨尖101之间的螺旋桨扭角 使得桨叶上出现一型面(105)；桨根(102)的外缘是锥形段(103)，锥形段(103) 的端面为凸缘(104)。
2.根据权利要求1所述的三叶螺旋桨，其特征在于：三叶螺旋桨中的A桨叶(1) 的相对厚度C/b的曲线f1(r)＝38.7917-74.8483×r/R+40.36×(r/R)2。
3.根据权利要求1所述的三叶螺旋桨，其特征在于：三叶螺旋桨中的A桨叶(1) 的相对宽度b/D的曲线
mc表示螺旋桨的桨叶型状系数，mc＝0.6～1.5。
4.根据权利要求1所述的三叶螺旋桨，其特征在于：A桨叶(1)的截面翼型 采用S1223翼型。
5.根据权利要求1所述的三叶螺旋桨，其特征在于：三叶螺旋桨直径为4500～ 7500mm，效用因子62.3，最大弦长357～595mm，升力为250～600N，效率 为80％。
6.根据权利要求1所述的三叶螺旋桨，其特征在于：三叶螺旋桨能够适用于平 流层H＝11～32Km、密度ρ＝0.36391～0.01323Kg/m3、雷诺数Re＝105～ 106、大跨飞行高度H1＝0m～32Km、飞行速度v＝20～50m/s的飞行环境。
技术领域
本发明涉及一种适用于航空飞艇使用的螺旋桨，更特别地说，是针对平流层11～ 32Km、低密度0.36391～0.01323Kg/m3、低雷诺数Re＝105～106、大跨飞行高 度0m～32Km、低转速200～500rpm的新型三叶螺旋桨结构。
背景技术
平流层低动态飞行器飞行时，由于大气密度小，气压低，按照常规方法设计的螺 旋桨推力小、效率η(η＝50％～65％)偏低。同时在升空、回收过程中，气动参数 (如密度ρ，压强P，温度t等)的较大变化，也会对螺旋桨的效率η和推力T带来 显著影响。因此，开展适应大跨度飞高飞行和平流层低密度大气环境的高效螺旋桨研 究，对减少能源需求和飞行负载，促进总体设计的轻型化具有重要意义。
发明内容
本发明是一种适用于平流层的低雷诺数、高效三叶螺旋桨，由A桨叶、B桨叶、 C桨叶、桨帽、桨毂、连接件和连接柱组成，A桨叶、B桨叶和C桨叶的结构是相 同的；桨毂的前端安装有桨帽，桨毂的后端安装有连接件；A桨叶、B桨叶、C桨叶 分别安装在桨毂与连接件形成的A圆孔、B圆孔、C圆孔内，所述A圆孔由桨毂的 后端面上设有的A半圆槽与连接件的前端面上设有的D半圆槽形成，所述B圆孔由 桨毂的后端面上设有的B半圆槽与连接件的前端面上设有的E半圆槽形成，所述C 圆孔由桨毂的后端面上设有的C半圆槽与连接件的前端面上设有的F半圆槽形成； 连接柱的一端通过卡销卡合在连接件的圆凸台的通孔边缘的凹槽中，连接柱的另一端 通过联轴器与电机的输出轴连接。
本发明三叶螺旋桨直径为4500～7500mm，效用因子62.3，最大弦长357～ 595mm，拉力为250～600N，效率为80％。
本发明三叶螺旋桨中的A桨叶的相对厚度C/b的曲线 f1(r)＝38.7917-74.8483×r/R+40.36×(r/R)2。
本发明三叶螺旋桨中的A桨叶的相对宽度b/D的曲线 f2(r)＝mc[-0.1495+1.25367×r/R-2.42365×(r/R)2 ，式中，mc表示螺旋桨的桨叶型 +1.86701×(r/R)3-0.5372×(r/R)4] 状系数，mc＝0.6～1.5。
本发明三叶螺旋桨的优点在于：(1)针对平流层大气环境和效率达80％的设计 要求，基于片条理论、采用S1223翼型设计出尖头尖尾大腹部外形的桨叶；(2)采 用碳纤维加工桨叶、轻质合金加工桨毂有效地减轻了三叶螺旋桨的重量，从而减少了 能源需求和飞行负载；(3)三叶螺旋桨拉力为250～600N，效率为80％；(4)三 叶螺旋桨采用了定矩变速设计方案以适应平流层H＝11～32Km、低密度ρ＝ 0.36391～0.01323Kg/m3、低雷诺数Re＝105～106、大跨飞行高度H1＝0m～ 32Km的飞行环境。
附图说明
图1是本发明螺旋桨的主视结构图。
图1A是本发明螺旋桨的后视结构图。
图2是桨帽、桨毂、连接件装配在一起的结构图。
图2A是无桨帽时桨毂、连接件装配在一起的结构图。
图2B是桨毂、连接件、连接柱爆炸示图。
图2C是桨帽后视图。
图3是桨毂背面结构图。
图4是连接件的正面结构图。
图4A是连接件的背面结构图。
图5是桨叶主视结构图。
图5A是桨叶后视结构图。
图6是A桨叶的相对厚度C/b的曲线。
图7是A桨叶的相对宽度b/D的曲线。
图中：1.A桨叶 101.桨尖 102.桨根 103.锥形段
104.凸缘 105.型面 2.B桨叶 3.C桨叶
4.桨帽 401.内台面 402.B圆孔 403.连接段 404.内螺纹
405.A圆孔 5.桨毂 501.A半圆槽 502.B半圆槽 503.C半圆槽
504.沉头孔 505.后端面 6.连接件 601.D半圆槽 602.E半圆槽
603.F半圆槽 604.螺纹孔 605.通孔 606.凹槽 607.前端面
608.圆凸台 7.连接柱 701.卡销 8.轴心O 9.A圆孔
10.B圆孔 11.C圆孔
具体实施方式
本发明是一种适用于平流层的低雷诺数、高效三叶螺旋桨，(参见图1、图1A 所示)由A桨叶1、B桨叶2、C桨叶3、桨帽4、桨毂5、连接件6和连接柱7组 成，A桨叶1、B桨叶2和C桨叶3的结构是相同的；(参见图2所示)桨毂5的前 端安装有桨帽4(通过桨毂5的外螺纹与桨帽4的连接段403的内螺纹404实现连 接)，桨毂5的后端安装有连接件6(通过螺钉穿过连接件6的螺纹孔604、桨毂5 的沉头孔504实现将桨毂5与连接件6的连接)；(参见图2A所示)A桨叶1、B 桨叶2、C桨叶3分别安装在桨毂5与连接件6形成的A圆孔9、B圆孔10、C圆 孔内11，所述A圆孔9由桨毂5的后端面505上设有的A半圆槽501与连接件6 的前端面607上设有的D半圆槽601形成，所述B圆孔10由桨毂5的后端面505 上设有的B半圆槽502与连接件6的前端面607上设有的E半圆槽602形成，所 述C圆孔11由桨毂5的后端面505上设有的C半圆槽503与连接件6的前端面 607上设有的F半圆槽603形成；连接柱7的一端通过卡销701卡合在连接件6 的圆凸台608的通孔605边缘的凹槽606中，连接柱7的另一端通过联轴器与电 机的输出轴连接。在本发明中，电机输出功率为6.5～15.5kW，其可以提供螺旋桨 转速n＝200～500rpm。
在本发明中，参见图2C所示，桨帽4的正面设计成子弹头形状，其背部开有A 圆孔405，A圆孔405内设有内台面401，内台面401的中心设有B圆孔402(B 圆孔402用于供连接柱7在电机的带动下有空间可以使转动)，桨帽4的连接段403 上设有内螺纹404。
在本发明中，参见图3所示，桨毂5的外部为圆环，内部为规则的六边形；桨 毂5的后端面505上均匀分布设有A半圆槽501、B半圆槽502、C半圆槽503， 且在A半圆槽501、B半圆槽502、C半圆槽503的两侧分别开有两个沉头孔504。
在本发明中，参见图4、图4A所示，连接件6的外部为圆环，内部为规则的六 边形，中心设有圆凸台608，圆凸台608的中是通孔605(供连接柱7通过)，通 孔605的边缘设有凹槽606(供连接柱7上的卡销701卡合)；连接件6的前端面 607上均匀分布设有D半圆槽601、E半圆槽602、F半圆槽603，且在D半圆槽 601、E半圆槽602、F半圆槽603的两侧分别开有两个螺纹孔604。
在本发明中，参见图5、图5A、图5B、图5C所示，A桨叶1的一端为桨根 102，A桨叶1的另一端为桨尖101，桨根102与桨尖101之间是基于片条理论设 计出尖头大腹部尖尾，且螺旋桨扭角为32.8°的非线性几何外形；螺旋桨扭角角度 是桨根的安装角与桨尖的安装角的角度之差；由于桨根102与桨尖101之间的螺旋 桨扭角使得桨叶上出现一型面105；桨根102的外缘是锥形段103，锥形段103的 端面为凸缘104；A桨叶1的截面翼型采用S1223翼型。本发明螺旋桨在装配时， 是将各个桨叶(A桨叶1、B桨叶2和C桨叶3)上的锥形段卡合在A圆孔9、B圆 孔10、C圆孔内11内，三个桨叶在高速运行时，通过凸缘104实现桨叶不被摔出， 同时解决了传统对桨叶的固定安装方法，如采用螺钉、螺帽的配合，销孔与销钉的配 合，以及焊接刚性连接等。
本发明三叶螺旋桨中的A桨叶1的相对厚度C/b的曲线 f1(r)＝38.7917-74.8483×r/R+40.36×(r/R)2，r表示叶素半径，R表示螺旋桨半径， 参见图6所示。
本发明三叶螺旋桨中的A桨叶1的相对宽度b/D的曲线 f2(r)＝mc[-0.1495+1.25367×r/R-2.42365×(r/R)2 ，式中，r表示叶素半径，R表 +1.86701×(r/R)3-0.5372×(r/R)4] 示螺旋桨半径，mc表示螺旋桨的桨叶型状系数，mc＝0.6～1.5，参见图7所示。
本发明三叶螺旋桨直径为4500～7500mm，效用因子62.3，最大弦长357～ 595mm，拉力为250～600N，效率为80％。
经地面低速风洞实验，测得本发明三叶螺旋桨能够适用于平流层H＝11～ 32Km、低密度ρ＝0.36391～0.01323Kg/m3、低雷诺数Re＝105～106、大跨飞 行高度H1＝0m～32Km、飞行速度v＝15～25m/s的飞行环境。
通过对本发明三叶螺旋桨的气动性能测试，其具有低雷诺数Re＝105～106(常 规Re＝106～107，故本发明称作低雷诺数)。由于桨叶的气动优化设计，使得本发 明三叶螺旋桨具有高效率80％(常规效率η＝50％～65％)。
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