CN110099846A - 螺旋桨组件 - Google Patents

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Abstract

一种螺旋桨叶片(18)，从根部(32)径向跨越到尖端(34)并且从前缘(36)轴向跨越到与前缘间隔开、在其间形成翼型件(39)的后缘(38)，其中扫描线(62)可以被限定为通过沿着弦线定位的点适配的样条。螺旋桨叶片具有限定前缘或后缘的至少一个样条(40,42)。

Description

螺旋桨组件
背景技术
当代涡轮螺旋桨发动机飞行器可包括附接到飞行器的发动机的一个或多个螺旋桨。飞行器发动机可以构造为接收和操作多于一种的螺旋桨类型。发动机控制器***可以构造成基于安装的螺旋桨类型操作飞行器发动机，并且可以被调节以利用所选螺旋桨类型的特定螺旋桨特性。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种螺旋桨叶片，包括前缘，与前缘间隔开的后缘，以及在前缘和后缘之间并且在叶片根部和叶片尖端之间径向延伸的一组翼型部分，其中螺旋桨叶片的扫描线包括至少一个拐点。
在另一方面，本公开涉及一种螺旋桨组件，包括：可旋转的毂；具有叶片的一组螺旋桨叶片，其包括前缘，后缘，其与前缘间隔开并在其间形成翼型件；位于叶片根部和螺旋桨叶片的总长度的百分之五十之间的径向内部区域；位于径向内部区域和螺旋桨叶片的叶片尖端之间的径向外部区域，其中在内部区域的叶片的扫描线是凹形或凸形中的一个，并且在外部区域的叶片的扫描线是凹形或凸形中的另一个。
在又一方面，本发明涉及一种螺旋桨，包括叶片本体，该叶片本体具有前缘和后缘，后缘与前缘间隔开并且在其间形成翼型件，其中翼型件具有S形平面形式，其具有至少一个拐点，该至少一个拐点由叶片本体的扫描线从凹形或凸形中的一个变为凹形或凸形中的另一个所在的点限定。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本文描述的各个方面的具有机翼，发动机和螺旋桨的飞行器的示例性示意俯视图。
图2是可以在图1的飞行器中使用的螺旋桨叶片和毂的一部分的立体图。
图3是图2的螺旋桨叶片的翼型件的横截面图。
图4是图2的螺旋桨的平面图。
图5A是螺旋桨叶片的尖端区域的放大视图。
图5B是螺旋桨叶片的根部区域的放大视图。
具体实施方式
本文描述的各个方面涉及当以平面形式观察时具有S形轮廓的螺旋桨叶片。本公开的实施例可以在用于螺旋桨的任何环境，设备或方法中实施，而不管螺旋桨执行的功能如何。作为非限制性示例，这种螺旋桨可以用在飞行器，水上工具，风力涡轮等上。这些应用的其余部分侧重于飞行器环境。
图1描绘了具有机身12和从机身12向外延伸的机翼14的飞行器10。飞行器10可包括联接到飞行器10的至少一个涡轮螺旋桨飞行器发动机16，示出为与相对的机翼14联接的一组发动机16。发动机16可包括与发动机16联接的一组螺旋桨组件17，包括螺旋桨叶片18和具有旋转器19的可旋转毂组件。
发动机16驱动螺旋桨组件17绕螺旋桨组件旋转轴线20的旋转22。螺旋桨叶片18还可相对于螺旋桨组件旋转轴线20构造或成角度，使得螺旋桨叶片18的旋转22产生用于飞行器10的推力(如箭头24所示)。虽然已经示出了具有两个涡轮螺旋桨发动机16的飞行器10，但是本公开的实施例可包括任何数量的发动机16，螺旋桨组件17或螺旋桨叶片18，或者发动机16，螺旋桨组件17或叶片18相对于飞行器的任何放置。本公开的实施例可以进一步应用于不同的飞行器发动机16类型，包括但不限于基于活塞的内燃发动机或电驱动发动机。另外，螺旋桨组件17或螺旋桨叶片18的旋转22被提供用于理解本公开的实施例。本公开的实施例可包括螺旋桨组件17或螺旋桨叶片18的替代旋转22的方向，或其中一组发动机16沿相同或相反方向旋转螺旋桨叶片18的实施例。
图2是螺旋桨组件17的立体图，示出了螺旋桨毂的一部分，包括旋转器19和单个螺旋桨叶片18的本体30。如图所示，螺旋桨叶片包括总径向长度L并且从旋转器19径向向外延伸。叶片根部32被包括并且包括螺旋桨叶片18的翼型件39与旋转器19联接的位置。本体30从叶片根部32径向延伸到叶片尖端34。本体30从前缘36轴向跨越到后缘38，后缘38与前缘36间隔开。翼型件39形成在前缘36和后缘38之间。
第一和第二样条40,42被定义为构造成穿过一组给定点的连续曲线。第一和第二样条40,42分别在几何上限定前缘36和后缘38。当在平面(图4)中观察时，为螺旋桨叶片18的本体30限定S形(S)。
第一和第二样条40,42从位于根部32和螺旋桨叶片18的总径向长度L的百分之五十之间的径向内部区域I中的凸出取向过渡到位于径向内部区域I和叶片尖端34之间的径向外部区域O中的凹入取向。虽然径向内部区域I被描述为位于叶片根部32与螺旋桨叶片18的总径向长度L的大约百分之五十之间，但螺旋桨叶片18的替代构造可包括内部区域I被限定为包括螺旋桨叶片18的总径向长度L的更多或更小。
图4A-4D是螺旋桨叶片18的翼型件39的部分的横截面。翼型件39从前缘36轴向延伸到后缘38。弦线46从前缘36跨越到后缘38。拱形线48也从前缘36伸展到后缘38，连接翼型件39的压力侧50和吸入侧52之间的中间点。应该理解的是，螺旋桨叶片18包括用于翼型件39的多种几何形状，并且图4A-4D仅出于说明性目的而提供。还应该理解，翼型件39横截面可以是对称的或非对称的翼型件。
螺旋桨叶片18还可包括一组翼型部分56，其在前缘36和后缘38之间轴向地跨越并且从根部32径向跨越到尖端34。每个翼型部分56表示至少一个翼型件39，如图3A-3D所示，或者多个翼型件39在堆叠时具有平滑的过渡几何形状，例如通过改变每个弦线46的长度，以变化的厚度弯曲弧形线48，以及弦线取向所限定的。翼型部分56一起以平面形式形成螺旋桨叶片18的S形(S)。
图4示出了螺旋桨叶片18的平面图，其具有总长度L和变化宽度W，总长度L是螺旋桨叶片18的垂直于螺旋桨叶片18的径向方向的长度，变化宽度W由弦线46在每个径向站处的长度限定。当螺旋桨叶片18从根部32径向延伸到尖端34时，宽度W根据螺旋桨叶片弦分布从根部32到尖端34变化。
螺旋桨叶片18可包括从根部32朝向尖端34跨越的直翼梁54。翼梁54是螺旋桨叶片18的主要内部结构元件，用于承载空气动力和离心载荷。翼梁54可由多种材料形成，例如但不限于碳增强复合材料。直翼梁54不是限制性的，并且可以是例如具有各种角度并且形成为镜像螺旋桨叶片18的扫描的扫描翼梁。
扫描线62连接位于最靠近前缘36的弦线46的长度的44％处的多个点64。虽然示出为44％，但扫描线62可以连接弦长度的15％和60％之间的点。扫描线62限定向后扫描部分60，其包含在根部32的径向外侧的内部区域I中从扫描线62的相邻点向后偏移的点。
中间部分M中的拐点59位于沿着第一和第二样条40,42以及扫描线62中的每一个的点处。拐点59包括从凹入或凸出取向中的一个向凸出或凹入取向中的一个的变化发生的位置。拐点59不限于所示的位置，而可以处于任何径向位置并且对于第一和第二样条40,42以及扫描线62中的每一个而言是不同的。
外部区域O包括向前扫描部分65，其终止于尖端区域T，尖端区域T具有尖端长度TL，其为总长度L的10％。尖端区域T中的扫描线62的高度扫描部分58可具有可变的扫描角。
转到图5A，尖端区域T的放大视图示出了可变扫描角度，其为θ1和θ2，范围为40至90°。虽然示出为两个角度θ1和θ2，但是应当理解，多个角度可以限定沿尖端区域T中的扫描线62的可变扫描角θ。
在图5B中，根部区域R的放大视图，第一和第二样条40,42以及扫描线62各自在根部32处以向后成角度的取向终止，具有在0°和90°之间的后向角β1，β2，β3。
当彼此比较时，沿着前缘36和扫描线62的第一样条40可以具有范围从30°-85°的较小的后向角β1，β2，而沿着后缘38的第二样条42可以具有范围从60°-120°的更大的后向角β3。因此，第一样条40和扫描线62可以在根部区域R中彼此平行，继续进入中间部分M，直到所有三个样条40,42,62终止于尖端34的高度扫描部分58，其中尖端34由具有弦的点或翼型件限定。
应当理解，与本文描述的公开内容相关的元件仅用于说明目的而不意味着限制。可以进一步设想，具有至少一个拐点的螺旋桨叶片可以具有多个拐点，并且该形状可以与如本文所述的S形的形状不同。
与本文所述的S形螺旋桨叶片相关的益处包括降低螺旋桨噪声的高度扫描部分和提高效率的向后扫描内部区域。另外，在螺旋桨叶片的根部处结合后向角允许螺旋桨叶片气流的更好的旋转器。波浪形的后缘减少了螺旋桨翼的干扰，同时仍然保持了直的翼梁内部结构。包含内部直翼梁不需要任何制造变更，这将是最具成本效益的但不是必需的。
在未描述的范围内，各种实施例的不同特征和结构可以根据需要彼此组合使用。在所有实施例中不能示出这一特征并不意味着被解释为它不能，而是为了描述的简洁而完成。因此，可以根据需要混合和匹配不同实施例的各种特征以形成新的实施例，无论是否明确地描述了新的实施例。此外，虽然已经描述了“一组”各种元件，但是应该理解，“一组”可以包括任何数量的相应元件，包括仅一个元件。本公开内容涵盖本文描述的特征的组合或置换。此外，应当理解，除了上述附图中所示的实施例和构造之外，本公开还涵盖了许多其他可能的实施例和构造。
本书面描述使用示例来公开本发明的实施例，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实践本发明的实施例，包括制造和使用任何装置或***以及执行任何结合的方法。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例旨在在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种螺旋桨叶片，其特征在于，包括：
前缘；
后缘，所述后缘与所述前缘间隔开；和
一组翼型部分，所述一组翼型部分在所述前缘和所述后缘之间，并且在叶片根部和叶片尖端之间径向延伸；
其中所述螺旋桨叶片的扫描线包括至少一个拐点。
2.根据权利要求1所述的螺旋桨叶片，其特征在于，进一步包括直翼梁内部结构。
3.根据权利要求1或2所述的螺旋桨叶片，其特征在于，其中所述叶片尖端的扫描角大于50度。
4.根据权利要求3所述的螺旋桨叶片，其中所述叶片尖端包括范围从50度到90度的可变扫描角。
5.根据权利要求3或4所述的螺旋桨叶片，其特征在于，其中所述叶片尖端的长度为所述螺旋桨叶片的总长度的10％。
6.根据权利要求1所述的螺旋桨叶片，其特征在于，其中沿着所述前缘的样条包括向后扫描部分。
7.根据权利要求6所述的螺旋桨叶片，其特征在于，其中所述向后扫描部分位于所述叶片根部和叶片外部区域之间的内部区域中。
8.根据权利要求1所述的螺旋桨叶片，其特征在于，其中所述叶片旋转器联接处的所述前缘向后成角度。
9.根据权利要求8所述的螺旋桨叶片，其特征在于，其中所述前缘向后成角度，在30度和85度之间。
10.根据在前权利要求中任一项所述的螺旋桨叶片，其特征在于，其中所述一组翼型部分限定S形平面形式。
11.根据在前权利要求中任一项所述的螺旋桨叶片，其特征在于，其中所述后缘是波浪形后缘。
12.一种螺旋桨组件，其特征在于，包括：
可旋转的毂；
具有叶片的一组螺旋桨叶片，所述一组螺旋桨叶片包括：
前缘；
后缘，所述后缘与所述前缘间隔开并在其间形成翼型件；
径向内部区域，所述径向内部区域位于叶片根部和所述螺旋桨叶片的总长度的百分之五十之间；和
径向外部区域，所述径向外部区域位于所述螺旋桨叶片的所述径向内部区域和叶片尖端之间；
其中，在所述内部区域的所述叶片的扫描线是凹形或凸形中的一个，并且在所述外部区域的所述叶片的扫描线是凹形或凸形中的另一个。
13.根据权利要求12所述的螺旋桨组件，其特征在于，其中在所述可旋转的毂处的所述叶片的所述前缘向后成角度。
14.根据权利要求12或13所述的螺旋桨组件，其特征在于，其中所述叶片尖端包括大于50度的扫描角。
15.根据权利要求14所述的螺旋桨组件，其特征在于，其中所述叶片尖端包括范围从50度到90度的可变扫描角。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的螺旋桨组件，其特征在于，其中所述叶片进一步包括直翼梁内部结构。
17.一种螺旋桨，其特征在于，包括：
叶片本体，所述叶片本体具有前缘和后缘，所述后缘与所述前缘间隔开并且在其间形成翼型件，所述翼型件具有S形平面形式，所述S形平面形式具有至少一个拐点，所述至少一个拐点由所述叶片本体的扫描线从凹形或凸形中的一个变化到凹形或凸形中的另一个所在的点所限定。
18.根据权利要求17所述的螺旋桨，其特征在于，其中所述叶片本体进一步包括直翼梁内部结构。
19.根据权利要求17或18所述的螺旋桨，其特征在于，其中所述后缘是波浪形后缘。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的螺旋桨，其特征在于，其中在所述叶片旋转器联接处的所述前缘向后成角度。
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