一种利用马格纳斯效应的新型螺旋桨的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种利用马格纳斯效应的新型螺旋桨，包括桨叶、桨轴、桨毂和桨叶自转驱动机构；桨毂包括桨毂底盘和固定在桨毂底盘上的均匀分布的若干个桨毂凸台；桨毂底盘固定安装在桨轴端部，且桨毂底盘与桨轴同轴；桨叶根部连接轴穿过轴承孔与对应的桨毂凸台轴承配合；桨叶自转驱动机构包括电机、主锥齿轮和副锥齿轮；电机输出轴带动主锥齿轮转动；副锥齿轮个数与桨叶个数相同，副锥齿轮同轴固定在对应桨叶根部连接轴端部，副锥齿轮与主锥齿轮啮合。本发明利用马格纳斯效应，当螺旋桨公转速度一定时，通过调节桨叶自转转速大小，可以极大程度的改变桨叶上下表面压力差，使得即使公转速度很低的情况下也能产生很大拉力。
【专利说明】一种利用马格纳斯效应的新型螺旋桨
【技术领域】
[0001]本发明属于航空推进器领域，具体为一种利用马格纳斯效应的新型螺旋桨。
【背景技术】
[0002]螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可有两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面。螺旋桨分为很多种，应用也十分广泛，如飞机、轮船的推进器等。
[0003]现有的螺旋桨采用的桨叶通常固定连接于桨毂上，螺旋桨在旋转时，桨根和桨尖绕桨毂转动的线速度不同，为了保持桨叶各部分都处于最佳气动力状态，桨叶各剖面的迎角需要设计为从桨根到桨尖逐渐减小，从而使得桨叶加工时需要有扭转，使得桨叶加工难度较大，制造成本较高；另外，传统螺旋桨的转速通常较高，高速旋转时桨叶自身的离心力很大，在桨叶根部受到的极大的离心力，这对桨叶的结构强度提出了很高的要求，大功率螺旋桨通常需要采用铝或钢制造，这增加了螺旋桨的结构重量。
[0004]综合来看，传统螺旋桨的桨叶需要具有扭转，加工复杂，成本高；且为了克服高速旋转时的离心力，对桨叶结构强度有很高要求，使得结构重量大。
【发明内容】
[0005]要解决的技术问题
[0006]为了降低螺旋桨加工难度，使得螺旋桨桨叶易于制造，无需扭转，并且在螺旋桨低速旋转时产生较大拉力，降低离心力对桨叶结构带来的强度要求，本发明提出了一种利用马格纳斯效应的新型螺旋桨。
[0007]经典的马格纳斯效应是指在粘性不可压缩流体中运动的旋转圆柱受到举力的一种现象。比如，足球在气流中运动时，若其上球面的旋转方向与气流同向，则会带动上球面附近的气流运动，使得上球面的流速增加，产生低压；反之，与气流速度方向相反的下球面则会产生高压,从而产生举力。
[0008]技术方案
[0009]本发明的技术方案为:
[0010]所述一种利用马格纳斯效应的新型螺旋桨，其特征在于:包括桨叶、桨轴、桨毂和桨叶自转驱动机构；所述桨叶为圆锥形结构，从桨根到桨梢的圆形剖面半径逐渐减小，桨叶根部伸出有连接轴；所述桨毂包括桨毂底盘和固定在桨毂底盘上的均匀分布的若干个桨毂凸台，桨毂凸台个数与桨叶个数相同；桨毂底盘固定安装在桨轴端部，且桨毂底盘与桨轴同轴；桨毂底盘中心有通孔，桨毂凸台上开有轴承孔，轴承孔中心轴线与桨毂底盘中心轴线垂直相交；桨叶根部连接轴穿过轴承孔与对应的桨毂凸台轴承配合；所述桨叶自转驱动机构包括电机、主锥齿轮和副锥齿轮；电机输出轴带动主锥齿轮转动，主锥齿轮与桨轴同轴；副锥齿轮个数与桨叶个数相同，副锥齿轮同轴固定在对应桨叶根部连接轴端部，副锥齿轮与主锥齿轮啮合。[0011]所述一种利用马格纳斯效应的新型螺旋桨，其特征在于:桨根处的截面圆直径为桨梢处的截面圆直径的1.5?2倍，桨叶展长为桨叶平均圆直径的8?10倍。
[0012]有益效果
[0013]本发明的有益效果为:
[0014]从空气动力学角度来讲，由于利用马格纳斯效应，当螺旋桨公转速度一定时，通过调节桨叶自转转速大小，可以极大程度的改变桨叶上下表面压力差，使得即使公转速度很低的情况下也能产生很大拉力；通过调节桨叶自转方向即可快速改变螺旋桨的拉力方向。
[0015]从结构角度看，由于桨叶为锥形圆柱，外形简单，相比传统的螺旋桨桨叶而言，降低了加工难度；由于利用马格纳斯效应使得桨叶在公转的同时依靠自转产生拉力，因此可大大降低螺旋桨的公转速度以及由此导致的的离心力，降低了对结构强度的要求，降低结构重量。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1:螺旋桨结构示意图；
[0017]图2:螺旋桨主视图
[0018]图3:螺旋桨A向剖视图
[0019]图4:螺旋桨俯视图
[0020]图5:螺旋桨D向剖面视图
[0021]图6:桨毂内部装配关系侧视图
[0022]图7:桨毂主视图
[0023]图8:桨毂B向剖面视图
[0024]图9:桨毂仰视图
[0025]图10:轴承挡板示意图
[0026]图11:桨叶轴测视图
[0027]图12:桨叶正视图
[0028]图13:桨叶沿展向剖视图
[0029]图14:桨叶根部局部放大视图
[0030]图15:桨毂盖正视图
[0031]图16:桨毂盖结构示意图
[0032]其中:1.桨轴；2.桨毂；3.桨叶；4.桨毂盖；5.电机；6.轴承；7.轴承挡板；8.主锥齿轮；9.副锥齿轮；10.桨毂底盘；11.桨毂盖安装螺纹孔；12.桨毂凸台；13.轴承安装孔；14.圆锥桨叶段；15桨叶根部连接轴；16.副锥齿轮套筒；17.桨叶安装槽；18.电机功率输出轴；19.轴承挡板安装螺纹孔；20.电机功率输出轴预留安装孔；21.底盘安装电机螺钉孔；22.底盘安装桨轴螺纹孔；23.桨叶螺纹孔；24.桨毂盖螺钉孔
【具体实施方式】
[0033]下面结合具体实施例描述本发明:
[0034]本实施例中的利用马格纳斯效应的新型螺旋桨，包括桨叶3、桨轴1、桨毂2和桨叶自转驱动机构。参照附图1，本实施例中的螺旋桨具有三个桨叶。[0035]参照附图11、附图12和附图13，桨叶3采用碳纤维复合材料制成，分为圆锥桨叶段14和桨叶根部连接轴15两部分，圆锥桨叶段14长度为240_，从桨叶根部到桨叶梢部的截面圆直径逐渐变小，其中靠近根部的圆面直径为40mm，梢部的圆面直径为20mm。参照附图11和附图5，桨叶根部连接轴15为圆柱形，穿过轴承6并与之配合；参照附图13和附图14，在桨叶根部连接轴15上靠近圆锥桨叶段14的一端有一圆柱形台阶，参照附图5，此台阶顶在轴承6的内圈上，实现桨叶一端限位。
[0036]参照附图6、附图7和附图8，桨毂2采用铝合金制造。桨毂包括桨毂底盘10和固定在桨毂底盘上的均匀分布的若干个桨毂凸台。桨毂2的桨毂底盘10为圆形，直径为100mm,厚度5_，在周向侧壁上均布有6个沿径向的桨毂盖安装螺纹孔11，用以通过螺钉连接桨毂盖4。参照附图8和附图9，在桨毂底盘10中心有一直径比电机5的功率输出轴直径略大的电机功率输出轴预留安装孔20。参照附图7和附图8，桨毂2的桨毂底盘10上沿周向有三个轴向凸出的桨毂凸台12，桨毂凸台12开有一个轴承安装孔13，轴承安装孔中心轴线与桨毂底盘中心轴线垂直相交，轴承安装孔13底部具有一环形台阶，用以对轴承6的一侧进行轴向限位；参照附图7和附图8，轴承安装孔周围均布有4个螺纹孔，用以通过螺钉固定连接轴承挡板7。
[0037]参照附图10，轴承挡板7采用铝合金材料制造，呈环形，沿周向均布有4个螺钉孔，内径比轴承安装孔13孔径略小；参照附图5和附图6，轴承挡板7通过螺钉固定连接于桨毂凸台12上，并挡住轴承6的外圈，对轴承6实现了另一侧的限位。
[0038]参照附图5，桨轴I采用铝合金材料制成，孔径比电机直径5略大，其上端部沿周向均布有三个轴向贯穿的螺钉孔；参照附图5和附图6，通过螺钉将桨轴I与桨毂底盘10底部固定连接。
[0039]所述桨叶自转驱动机构包括电机5、主锥齿轮8和副锥齿轮。在电机功率输出轴预留安装孔20周围均布有四个螺钉孔，参照附图5，这四个螺钉孔用以通过螺钉将电机5固定连接于桨毂底盘10下侧，而电机5的电机功率输出轴18从桨毂底盘10中心的贯穿圆孔中伸出，在此电机功率输出轴18上套紧固定有主锥齿轮8，电机功率输出轴、主锥齿轮与桨轴同轴。副锥齿轮个数与桨叶个数相同，副锥齿轮同轴固定在对应桨叶根部连接轴端部，副锥齿轮与主锥齿轮啮合。参照附图3和附图5，主锥齿轮8和副锥齿轮9均采用合金钢材料制造，通过螺钉分别固定连接于电机功率输出轴18和桨叶根部连接轴15上，传动比为8。参照附图3和附图5，副锥齿轮9上的副锥齿轮套筒16外径比轴承内径略大，副锥齿轮套筒16的一端顶在轴承6的内圈上，这样就实现了桨叶3的定位。
[0040]参照附图15和附图16，桨毂盖4采用碳纤维复合材料加工制成，其顶部为锥形球面,下部为薄壁圆柱形，圆柱内径与桨毂2的桨毂底盘10直径相同，壁厚Imm;在薄壁圆柱底部沿周向开有6个螺钉孔，参照附图3和附图5，通过螺钉将桨毂盖4与桨毂底盘10侧壁上的螺纹孔连接固定；参照附图15，沿薄壁圆柱的周向还开有三个桨叶安装槽17，用以使得桨叶3的桨叶根部15穿过。
[0041]参照附图5，利用马格纳斯效应的新型螺旋桨工作原理如下:当外部电机驱动桨轴I顺时针转动时，桨毂2带动各桨叶随着桨轴I顺时针转动；而电机5开始工作并顺时针运转，此时套紧固定在电机5的电机功率输出轴18上的主锥齿轮8带动与之啮合配合的各副锥齿轮9转动，从而带动桨叶3绕自身轴线顺时针自转，这样即使得各桨叶3在公转的同时进行自转，根据马格纳斯效应原理，桨叶3沿展向各剖面处的上半部分流速增加，为低压区，而下半部分流速减小，为高压区，从而产生升力；另外，由于桨叶3公转使得桨根到桨梢处的线速度逐渐变大，若桨叶3沿展向各截面圆直径相同，则从桨根到桨梢承受的气动载荷逐渐增加，使得桨叶3易发生极大弯曲变形，不利于桨叶3结构承载，因此桨叶3从根部到梢部的截面圆直径逐渐减小可使得桨叶各处的自转线速度逐渐减小，马格纳斯效应变弱，从而使得桨叶3沿展向受力均匀。通过改变电机转速可以使得桨叶自转速度变化，从而改变拉力大小；而通过改变电机5的运转方向即可改变桨叶自转方向，从而产生相反方向的拉力。通过上述方式，可以使得桨叶在较低转速下即可产生较大拉力，因此极大程度减小旋转带来的离心力，降低对桨叶根部的结构要求。
【权利要求】
1.一种利用马格纳斯效应的新型螺旋桨，其特征在于:包括桨叶、桨轴、桨毂和桨叶自转驱动机构；所述桨叶为圆锥形结构，从桨根到桨梢的圆形剖面半径逐渐减小，桨叶根部伸出有连接轴；所述桨毂包括桨毂底盘和固定在桨毂底盘上的均匀分布的若干个桨毂凸台，，桨毂凸台个数与桨叶个数相同；桨毂底盘固定安装在桨轴端部，且桨毂底盘与桨轴同轴；桨毂底盘中心有通孔，桨毂凸台上开有轴承孔，轴承孔中心轴线与桨毂底盘中心轴线垂直相交；桨叶根部连接轴穿过轴承孔与对应的桨毂凸台轴承配合；所述桨叶自转驱动机构包括电机、主锥齿轮和副锥齿轮；电机输出轴带动主锥齿轮转动，主锥齿轮与桨轴同轴；副锥齿轮个数与桨叶个数相同，副锥齿轮同轴固定在对应桨叶根部连接轴端部，副锥齿轮与主锥齿轮啮合。
2.根据权利要求1所述一种利用马格纳斯效应的新型螺旋桨，其特征在于:桨根处的截面圆直径为桨梢处的截面圆直径的1.5?2倍，桨叶展长为桨叶平均圆直径的8?10倍。
【文档编号】B64C23/08GK103434641SQ201310390503
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月25日 优先权日:2013年8月25日
【发明者】唐继伟, 胡峪, 宋笔锋 申请人:西北工业大学