螺旋桨、动力组件及飞行器的制作方法

本实用新型涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种螺旋桨、动力组件及飞行器。

背景技术：

多旋翼飞行器一般用于航拍，未来在农药喷洒，消防灭火，载人飞行等方面也会有较大的市场需求。飞行器上的螺旋桨是飞行器的关键气动部件，为了满足多旋翼飞行器对高有效载荷和高航时的需求，螺旋桨的设计尤为重要。多旋翼飞行器大多要满足占用尽量小的空间的要求，受飞行器尺寸的限制，螺旋桨的尺寸一般也较小，对螺旋桨设计提出了较高要求。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种螺旋桨、动力组件及飞行器，该螺旋桨、动力组件及飞行器的气动效率较好。

其技术方案如下：

一种螺旋桨，包括桨叶，所述螺旋桨的直径为1600mm±100mm；

所述桨叶在与所述螺旋桨转轴中心相距为所述螺旋桨半径的20％处，所述桨叶的横截面翼型的最大弯度为4％弦长，最大厚度为4％弦长；

所述桨叶在与所述螺旋桨转轴中心相距为所述螺旋桨半径的25％～100％处，所述桨叶的横截面翼型最大弯度为6％弦长，最大厚度为4％弦长。

在其中一个实施例中，所述桨叶在与所述螺旋桨转轴中心相距为95％～100％的桨尖处，所述桨叶设有30°±10°下反角。

在其中一个实施例中，所述桨叶在与所述螺旋桨转轴中心相距为所述螺旋桨半径的20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％和100％处，所述桨叶的弦长分别为146mm±5mm、163mm±5mm、169mm±5mm、159mm±5mm、139mm±5mm、120mm±5mm、98mm±5mm、78mm±5mm、57mm±5mm、46mm±5mm和21mm±5mm。

在其中一个实施例中，所述桨叶在与所述螺旋桨转轴中心相距为所述螺旋桨半径的20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％和100％处，所述桨叶的几何扭转角分别为21°±2°、20.8°±2°、20°±2°、16°±2°、12.8°±2°、10.3°±2°、8.8°±2°、7.4°±2°、6.6°±2°、5.7°±2°、4°±2°。

在其中一个实施例中，所述螺旋桨还包括桨毂，所述桨毂设置在所述桨叶的根部，所述桨毂的中心设有定位孔，所述桨毂上在所述定位孔的外围还设有用于与驱动机构连接的连接孔。

在其中一个实施例中，所述桨毂为矩形，所述桨毂的四个角部为倒圆角结构。

在其中一个实施例中，所述桨叶为至少两片，至少两片所述桨叶关于所述螺旋桨转轴中心对称设置。

一种动力组件，包括驱动机构和所述的螺旋桨，所述驱动机构与所述螺旋桨连接，用于驱动所述螺旋桨转动。

在其中一个实施例中，所述驱动机构为电机。

一种飞行器，包括机身和所述的动力组件，所述动力组件与所述机身连接。

本实用新型的有益效果在于：

所述螺旋桨，通过将螺旋桨的直径设置为1600mm±100mm，并设置所述桨叶在与所述螺旋桨转轴中心相距为所述螺旋桨半径的20％处，所述桨叶的横截面翼型的最大弯度为4％弦长，最大厚度为4％弦长，所述桨叶在与所述螺旋桨转轴中心相距为所述螺旋桨半径的25％～100％处，所述桨叶的横截面翼型的最大弯度为6％弦长，最大厚度为4％弦长，通过对螺旋桨的直径以及桨叶在不同部位的横截面翼型的最大弯度、最大厚度进行设计，能够提高螺旋桨的气动效率，降低螺旋桨的输入功率。

所述动力组件，包括上述所述的螺旋桨，具备所述螺旋桨的技术效果，气动效率高。

所述飞行器，包括上述所述的动力组件，具备所述动力组件的技术效果，气动效率高。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的螺旋桨的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的螺旋桨的右视图；

图3为本实用新型实施例所述的螺旋桨的俯视图；

图4为本实用新型实施例所述的螺旋桨的仰视图；

图5为本实用新型实施例所述的螺旋桨的左视图；

图6为图5中A处的桨尖的放大结构示意图；

图7为图3中A-A处的剖视图；

图8为图3中B-B处的剖视图。

附图标记说明：

100、螺旋桨，110、桨叶，111、桨尖，112、吸力面，113、压力面，114、前缘，115、后缘，120、桨毂，121、定位孔，122、连接孔。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

另外，本实施例中出现的上、下等方位用语，是所述螺旋桨安装在飞行器上后以所述螺旋桨和飞行器的常规运行姿态为参考，而不应该认为具有限制性。

如图1所示，一种螺旋桨100，包括桨叶110，所述螺旋桨100的直径为1600mm±100mm；所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的20％处，所述桨叶110的横截面翼型的最大弯度为4％弦长，最大厚度为4％弦长；所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的25％～100％处，所述桨叶110的横截面翼型最大弯度为6％弦长，最大厚度为4％弦长。本实施例中，所述螺旋桨100在工作时逆时针方向旋转，所述桨叶110迎向气流的边缘位置为桨叶110的前缘114，气流离开所述桨叶110的边缘位置为桨叶110的后缘115，所述弦长为翼型从前缘114到后缘115连线的弦线的长度。所述螺旋桨100的直径为1600mm±100mm，代表螺旋桨100的直径优选值为1600mm，螺旋桨100的直径可以为在1600mm的基础上增大或减小100mm范围内的任意值，下文所含符号均按此规定。

所述螺旋桨100，通过将螺旋桨100的直径设置为1600mm±100mm，并设置所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的20％处，所述桨叶110的横截面翼型的最大弯度为4％弦长，最大厚度为4％弦长，所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的25％～100％处，所述桨叶110的横截面翼型的最大弯度为6％弦长，最大厚度为4％弦长，通过对螺旋桨100的直径以及桨叶110在不同部位的横截面翼型的最大弯度、最大厚度进行设计，能够提高螺旋桨100的气动效率，降低螺旋桨100的输入功率，此外，还能够有效增加飞行时间。

进一步的，如图1、图2、图3、图4所示，所述螺旋桨100还包括桨毂120，所述桨毂120设置在所述桨叶110的根部，所述桨毂120的中心设有定位孔121，所述桨毂120上在所述定位孔121的外围还设有用于与驱动机构连接的连接孔122。通过设置定位孔121与连接孔122，便于桨毂120与驱动机构的定位安装与连接。所述桨叶110的根部是指所述桨叶110远离其桨尖111的一端。本实施例中，所述连接孔122为六个，六个所述连接孔122沿周向均匀间隔设置。所述桨毂120为矩形，所述桨毂的四个角均为倒圆角结构，结构美观。进一步的，所述桨叶110为至少两片，至少两片所述桨叶110关于所述螺旋桨100转轴中心对称设置，进而满足轴对称的条件。本实施例中，所述桨叶110与桨毂120为一体成型结构，制造方便，一体化程度高。

本实施例中，如图5、图6所示，所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为95％～100％的桨尖111处，所述桨叶110设有30°±10°下反角。附图6中示意出了所述桨叶110设有30°下反角时的情形。采用上述设置，位于上述范围内的下反角能够有效减弱、降低桨尖涡产生的诱导阻力，从而减小螺旋桨100的扭矩。如图1、图3、图4、图5所示，本实施例的螺旋桨100安装在飞行器上时，桨尖111指向地面，此时，桨叶110的上表面定义为吸力面112，桨叶110的下表面定义为压力面113，吸力面112上的压力低于飞行器周围的空气压力，压力面113上的压力高于飞行器周围的空气压力，吸力面112与压力面113之间的压力差即产生了飞行器所需的向上的拉力。

本实施例中，如图3、图7、图8所示，所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％和100％处，所述桨叶110的弦长分别为146mm±5mm、163mm±5mm、169mm±5mm、159mm±5mm、139mm±5mm、120mm±5mm、98mm±5mm、78mm±5mm、57mm±5mm、46mm±5mm和21mm±5mm。通过对桨叶110不同部位的弦长进行设计，能够有效减小螺旋桨100的输入功率，提高螺旋桨100的气动效率，进而增加飞行时间。如图7所示，示意出了所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的20％处，弦长为146mm的示意图。如图8所示，示意出了所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的70％处，弦长为98mm的示意图。

本实施例中，所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％和100％处，所述桨叶110的几何扭转角分别为21°±2°、20.8°±2°、20°±2°、16°±2°、12.8°±2°、10.3°±2°、8.8°±2°、7.4°±2°、6.6°±2°、5.7°±2°、4°±2°。通过对桨叶110不同部位的几何扭转角进行设计，能够有效减小螺旋桨100的输入功率，提高螺旋桨100的气动效率，进而增加飞行时间。本实施例中，所述几何扭转角是指弦线与螺旋桨100旋转平面的夹角。如图7所示，示意出了所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的20％处，几何扭转角为21°的示意图。如图8所示，示意出了所述桨叶110在与所述螺旋桨100转轴中心相距为所述螺旋桨100半径的70％处，几何扭转角为8.8°的示意图。

本实施例所述的螺旋桨100的结构设计可以通过下述步骤得到：第一步，确定设计参数如螺旋桨100直径、桨叶110数、螺旋桨100拉力和螺旋桨100效率等；第二步，将螺旋桨100拉力最优的在螺旋桨100径向进行分布，并设置优化目标为螺旋桨100的输入功率最小，采用螺旋桨100弦长分布、翼型升力系数分布和翼型阻力系数分布作为参变量，通过升力线理论、面元法进行优化，并得到设计方案一；第三步，对设计方案一的结果进行数值仿真，求解得到螺旋桨100在三维流动中的拉力、扭矩与效率，同时求得在三维流动中的螺旋桨100环量分布，将此环量分布与第二步中的螺旋桨100升力线理论的环量分布进行对比，调整弦长和攻角，使得两者环量分布基本吻合，得到设计方案二；重复迭代第三步，直至数值仿真的环量分布与升力线理论的环量分布更加吻合，进而得到本实施例所述的螺旋桨100的结构。

本实施例所述的螺旋桨100可以作为正桨，也可以作为反桨，本实施例的附图中示意出了所述螺旋桨100为正桨时的情形。把螺旋桨100沿垂直于其桨尖111连线的平面镜像得到的螺旋桨100即为反桨。正桨和反桨组合安装于共轴的两个驱动机构上，从俯视角度看正桨为逆时针旋转，反桨为顺时针旋转，其均能均产生向上的拉力。本实施例所述的螺旋桨100，通过对高马赫数下的桨截面升阻特性进行分析、对螺旋桨100载荷的径向分布进行优化、对多桨尖111涡进行抑制，进而从螺旋桨100径向截面的翼型选取、环量在螺旋桨100径向的分布及减弱桨尖111涡产生的诱导阻力三个方面进行结构设计，气动效率高，能够有效降低螺旋桨100的输入功率，增加飞行器的飞行时间，尤其适用于高桨尖111马赫数(最高0.6马赫)和高桨盘载荷(最高40kg/平方米)的工况。

一种动力组件，包括驱动机构和所述的螺旋桨100，所述驱动机构与所述螺旋桨100连接，用于驱动所述螺旋桨100转动。所述动力组件，包括上述所述的螺旋桨100，具备所述螺旋桨100的技术效果，气动效率高，飞行时间长。本实施例中，所述驱动机构为电机。

一种飞行器，包括机身和所述的动力组件，所述动力组件与所述机身连接。所述飞行器，包括上述所述的动力组件，具备所述动力组件的技术效果，气动效率高，飞行时间长。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。