一种基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶的制作方法

本发明涉及航空设备技术领域，特别是涉及一种基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶。

背景技术：

近些年来，直升机由于其独特的飞行特性，具有垂直起降、空中悬停等优势，在军事和民用的各个领域都得到了广泛应用，也在飞行器大家族中受到越来越广泛的关注。而旋翼作为升力的主要来源，又是直升机飞行的主要操纵面，因此直升机旋翼桨叶的设计正成为直升机研究中一个重要的研究方向，也可为未来新构型直升机设计提供重要的指导。正是在这样的背景之下，开展新型桨叶设计的研究工作便显得尤为重要。

目前直升机的型式按驱动旋翼的不同方式分为：机械驱动式、喷气驱动式直升机。机械驱动式直升机主要有单旋翼带尾桨式、共轴式双旋翼、纵列式双旋翼等，而单旋翼直升机尾桨和尾桨传动系统事故率高，同时尾桨也是直升机振源和噪声源之一。共轴式直升机两副旋翼共轴布置，使其传动机构、操纵机构等都比单旋翼式复杂得多。同样，纵列式直升机的操纵性、稳定性及振动问题非常复杂，两旋翼之间又存在较强的相互干扰，附加的功率损耗大。喷气驱动式直升机由于它的喷气噪声及单位耗油率极高，使其在使用上受到了很大的限制。况且在桨毂和桨叶中要通过高压的空气或燃气，会引起一系列的绝热、密封和强度等问题，这些都会使结构复杂化。此外，减缓直升机后行桨叶动态失速的发生、降低直升机桨毂振动载荷是提高直升机飞行速度、改进直升机飞行性能的重要途径，而传统的被动设计技术包括桨叶几何外形优化、固定前缘条等方式已经难以满足相关性能要求，目前以合成射流技术、后缘小翼控制等主动流动控制技术也正逐步应用到直升机旋翼设计中来。

传统的涵道式螺旋桨设计往往侧重点关注于涵道截面形状、涵道唇口半径以及涵道高度等参数的影响，却忽略了桨尖间隙、桨尖处涵道设计对气动效率的重要影响。

对于桨叶材料一般经历了木质、金属、铝合金等过程，传统的桨叶材料存在诸多弊端，比如说金属材料的桨叶机械性能就相对较差，在交变载荷的作用下也存在寿命短、可靠性低的弊端。

因此，提供一种基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶，以解决上述现有技术存在的问题，能够取消复杂和笨重的机械传动系统与反扭矩系统，大大提高直升机的重量效率，同时提高旋翼性能，抑制振动和噪声。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶，包括桨叶、嵌入式涵道螺旋桨和桨根接头，所述嵌入式涵道螺旋桨设置于所述桨叶的桨尖处，所述桨根接头设置于所述桨叶的桨根处，且所述桨叶通过所述桨根接头与主旋翼轴连接；

所述嵌入式涵道螺旋桨包括叶片、整流罩、桨毂和嵌入式涵道，所述桨毂设置于所述嵌入式涵道的中心处，所述整流罩设置于所述桨毂顶端，所述叶片分布于所述嵌入式涵道与所述桨毂构成的环形空间内，且所述叶片一端与所述桨毂连接，所述叶片另一端与所述嵌入式涵道的内壁上周向设置的滑轨滑动连接；所述桨毂内部设置有驱动装置，所述叶片通过所述驱动装置驱动旋转。

优选地，所述桨叶的中后段后缘处还设置有一后缘小翼，所述后缘小翼通过镶嵌于所述桨叶的内部的驱动机构控制动作。

优选地，所述驱动机构包括对称设置于所述后缘小翼两侧的菱形框、压电堆、拉杆、弹性片和转轴，所述压电堆镶嵌于所述菱形框内，所述拉杆一端与所述菱形框连接，所述拉杆另一端与所述弹性片一端连接，所述弹性片另一端与所述转轴的轴身连接，所述转轴的一个轴端面与所述后缘小翼固定连接。

优选地，所述桨叶为复合材料桨叶，所述桨叶叶尖处的厚度大于叶根处的厚度。

优选地，所述桨根接头的首端外部套设有衬套，所述桨叶通过所述衬套与所述主旋翼轴连接。

优选地，所述桨根接头的首端还设置有传动接头，所述传动接头为整个桨叶引入动力。

优选地，所述叶片设置有四片。

优选地，所述嵌入式涵道的侧壁的顶端厚度大于底端厚度，所述滑轨设置于所述嵌入式涵道的顶端。

优选地，所述驱动装置为电机。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶，与常规直升机旋翼相比，以嵌入式涵道螺旋桨作为驱动装置，取消了复杂笨重的机械传动系统与反扭矩系统，有效减小了系统的复杂性，具有简单易用、结构重量轻的特点，也大大提高了直升机的重量效率。

2、本发明提供的基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶，嵌入式涵道螺旋桨设计相比于传统的涵道式螺旋桨，能够有效地提高螺旋桨的气动效率，具有比涵道式螺旋桨更大的推力，同时具有较好的增升效果以及桨尖涡流抑制效应。

3、本发明提供的基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶，桨叶设计采用后缘小翼，有利于改善桨叶载荷分布情况，降低飞行过程中的桨毂振动载荷。同时改善了翼型的动态失速特性，提高了旋翼的气动性能。

4、本发明提供的基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶，直升机旋翼桨叶采用复合材料进行加工制造，不仅易压成型，而且具有质量、刚度或调频的可剪裁性，能够较好地满足桨叶的气动外形和动力学设计要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶的立体结构示意图；

图2为本发明中嵌入式涵道螺旋桨的立体结构示意图；

图3为本发明中嵌入式涵道螺旋桨的局部立体结构示意图；

图4为本发明中嵌入式涵道的侧壁截面的结构示意图；

图5为本发明中后缘小翼的驱动机构的结构示意图；

图中：1-桨叶、2-嵌入式涵道螺旋桨、3-桨根接头、4-后缘小翼、5-衬套、6-传动接头、7-叶片、8-整流罩、9-桨毂、10-嵌入式涵道、11-滑轨、12-菱形框、13-压电堆、14-拉杆、15-弹性片、16-转轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例提供了一种基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶，如图1-4所示，包括桨叶1、嵌入式涵道螺旋桨2和桨根接头3；嵌入式涵道螺旋桨2设置于桨叶1的桨尖处，与桨叶1一体成型设置，桨根接头3设置于桨叶1的桨根处，且桨叶1通过桨根接头3与主旋翼轴连接。

本实施例中，嵌入式涵道螺旋桨2包括叶片7、整流罩8、桨毂9和嵌入式涵道10，桨毂9设置于嵌入式涵道10的中心处，整流罩8设置于桨毂9顶端，叶片7分布于嵌入式涵道10与桨毂9构成的环形空间内，且叶片7一端与桨毂9连接，叶片7另一端与嵌入式涵道10的内壁上周向设置的滑轨11滑动连接；桨毂9内部设置有驱动装置，叶片7通过驱动装置驱动旋转，具体的，驱动装置为一电机。

于本具体实施例中，桨叶1的中后段后缘处还设置有一后缘小翼4，后缘小翼4通过镶嵌于桨叶1的内部的驱动机构控制动作；

如图5所示，驱动机构包括对称设置于后缘小翼两侧的菱形框12、压电堆13、拉杆14、弹性片15和转轴16，菱形框12为碳纤维材质，压电堆13镶嵌于菱形框12内，拉杆14一端与菱形框12连接，拉杆14另一端与弹性片15一端连接，弹性片15另一端与转轴16的轴身连接，转轴16的一个轴端面与后缘小翼4固定连接；工作中，通过给压电堆13提供电信号，压电堆13会发生伸缩运动，该运动通过菱形框12的弹性变形转化为拉杆14的推拉作用。由于拉杆14对后缘小翼4推拉时，弹性片15会发生弯曲变形，从而带动后缘小翼4通过转轴16实现偏转。

于本具体实施例中，桨叶1为复合材料桨叶；材料方面，桨叶1的蒙皮采用预浸玻璃布，桨叶1的后缘采用碳纤维，桨叶1“c”型梁采用玻璃纤维；结构方面，桨叶1具体设置为叶尖处的厚度大于叶根处的厚度，并且桨叶1的翼型带有一定的负扭转设计。

本实施例中，桨根接头3的首端外部套设有衬套5，桨叶1通过衬套5与主旋翼轴连接；在桨根接头3的首端还设置有传动接头6，传动接头6为整个桨叶1引入动力(即为电机和主动控制系统引入电力)。

本实施例中，叶片7具体设置有四片，四片叶片7周向均匀分布；嵌入式涵道10的侧壁的顶端厚度大于底端厚度，且滑轨11设置于嵌入式涵道10的顶端。

本发明提供的基于嵌入式涵道螺旋桨驱动的新型桨叶，叶片7直接连接在桨毂9上，以减少冲击噪声。整流罩8位于桨毂9前端，以减少旋转过程中的阻力。由桨根接头3首端的传动接头6接入动力给桨毂9内部的电机提供动力带动叶片7旋转，以此产生推力；嵌入式涵道螺旋桨2与桨尖相接，桨叶1由桨根接头3与旋翼轴相接，由嵌入式涵道螺旋桨2产生的推力带动着桨叶1围绕着旋翼轴旋转，以此产生旋翼拉力；桨叶1整体采用疲劳强度较强的复合材料制作，嵌入式涵道螺旋桨2在驱动桨叶1旋转过程中产生的反扭矩由自身的应变平衡；后缘小翼4位于桨叶中后段后缘处，通过桨叶1内部的控制装置实时调整后缘小翼4，通过围绕转轴上下一定范围的偏转，产生附加的力和力矩，以此改善翼型的动态失速特性，优化桨叶载荷分布来降低飞行过程中的振动。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。