螺旋桨及无人机的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，具体来说，涉及一种螺旋桨及无人机。

背景技术：

目前，在多旋翼无人机的设计中，螺旋桨的气动效率优劣决定了无人机的悬停时间和航程。在现有多旋翼无人机的设计中，螺旋桨的设计存在桨根、桨叶过渡不当，导致气动效率低下的问题。即，通常桨叶气动面和桨毂直接连接，并在连接处倒圆角，因为桨叶尺寸的限制，倒圆角的半径不能太大，从而导致表面曲率很大，导致应力过高，易造成材料疲劳，影响使用寿命。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种螺旋桨及无人机，能够将不规则的气动面平滑地转变成桨根的截面，提高气动效率。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种螺旋桨，包括桨根、桨叶及过渡段，所述过渡段包括第一连接端，所述第一连接端与所述桨根连接，所述过渡段包括截面为翼型或部分翼型的第二连接端，所述第二连接端与所述桨叶连接，所述第一连接端与所述第二连接端之间为样条曲面，使得所述桨根通过所述过渡段以曲率连续的方式过渡到所述桨叶。

优选地，所述第一连接端的截面为圆角矩形。

优选地，所述样条曲面由若干连接所述第一连接端和所述第二连接端的曲线形状的引导线定义。

优选地，所述第二连接端的截面为后缘缺失的部分翼型时，所述引导线包括：第一引导线，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端的第一圆角和第二连接端的前缘，并与桨根和桨叶的前缘相切；第三引导线，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端的第三圆角和第二连接端的上顶点，并与桨根后表面和桨叶后缘面上边界相切；第四引导线，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端的第三圆角和第二连接端的下顶点，并与桨根后表面和桨叶后缘面下边界相切。

优选地，所述引导线还包括：第二引导线，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端的第二圆角和第二连接端的最高点，并与桨根和桨叶的上表面相切；第五引导线，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端的第四圆角和第二连接端下边缘的后1/5弦长处，并与所述桨根下表面和桨叶下表面相切。

优选地，所述桨叶具有以多个截面形状为翼型或部分翼型的控制面建立的样条曲面的形状。

优选地，所述桨叶的桨尖的弦长范围为桨叶最宽处弦长的1/5～1/9。

优选地，所述桨根上设有安装孔，将靠近桨叶的安装孔至桨叶外端的垂直距离定义为r，

所述控制面分别位于距离所述安装孔的0.3r、0.4r、0.5r、0.6、0.7r、0.8r、0.9r处。

优选地，所述桨叶的桨尖的扭转角范围在8°～11.5°之间。

本发明的另一方面，涉及一种无人机，包括上述的螺旋桨或者其改进方案。

本发明的有益效果：本发明所述的螺旋桨和无人机，在桨叶与桨根之间设置过渡段，使得桨叶的不规则气动面可以经过渡段平滑地转变成桨根的形状，从而减轻气流在桨叶上表面分离的现象，提高螺旋桨的推力。此外，过渡段还可以增加桨叶的强度，减小螺旋桨运行时的振动幅度。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述的螺旋桨的结构示意图；

图2是本发明所述的过渡段的结构示意图；

图3是用于说明本发明所述的螺旋桨的参数的图。

图中：1.螺旋桨；10.桨根；20.桨叶；30.过渡段；31.第一连接端；32.第二连接端。

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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明所述的螺旋桨的结构示意图。

图2是本发明所述的过渡段的结构示意图。

如图1～2所示，根据本发明实施例所述的螺旋桨1，包括桨根10、桨叶20及过渡段30，过渡段30包括第一连接端31，第一连接端31与桨根10连接，过渡段30包括截面为翼型或部分翼型的第二连接端32，第二连接端32与桨叶20连接，第一连接端31与第二连接端32之间为样条曲面，使得桨根10通过所述过渡段30以曲率连续的方式过渡到桨叶20。

桨根10与过渡段30连接的一端的截面与第一连接端31的尺寸和形状完全相同，从而实现桨根10与过渡段30之间的无缝且平滑的过渡。桨叶20与过渡段30连接的一端的截面与第二连接端32的尺寸和形状完全相同，从而实现桨叶20与过渡段30之间的无缝且平滑的过渡。第二连接端32的截面为翼型或部分翼型，部分翼型是指在翼型去掉某一部分后形成的形状，例如后述的后缘缺失的部分翼型，即为在翼型的基础上截去后缘，从而在翼型的尾部形成了上顶点和下顶点的形状。第一连接端31与第二连接端32之间(即过渡段30的周面)为样条曲面，由此，桨根10经过渡段30以曲率连续的方式过度到桨叶20，不产生任何大曲率的曲线，能够减轻气流在桨叶上表面分离的现象，提高2％～4％的推力，同时过渡段设计能够增加桨叶强度，将螺旋桨运行时的振动幅度减小30％～50％，解决了桨叶桨根过渡不当的问题。

此外，过渡段的存在避免了桨叶气动面与桨毂直接连接，螺旋桨从桨叶根部到桨根的曲率很小，不会出现尖锐的棱角和不光滑的情况，从而减小了过渡段尤其是过渡段下表面的应力(根据有限元分析，这样的过渡方式能够至少减少50％的表面应力)，不容易造成材料疲劳，有助于延长使用寿命。

第一连接端31的截面优选为圆角矩形，相应地，第一连接端31的截面与桨根10的截面相同，即，桨根10的截面也为圆角矩形，圆角可以减轻应力在棱角处集中的情况，同时不容易划伤人手。

优选地，样条曲面由若干连接第一连接端31和第二连接端32的曲线形状的引导线定义。在引导线的帮助下，将螺旋桨1的截面从桨根10的圆角矩形转换到桨叶20的翼型，而不产生任何大曲率的曲线。

具体而言，将圆角矩形的第一连接端31的四个圆角进行如下标记：过渡段30上表面前侧记为第一圆角a，过渡段30上表面后侧记为第二圆角b，过渡段30下表面后侧记为第三圆角c，过渡段30下表面前侧记为第四圆角d。其中，第二连接端32的截面为后缘缺失的部分翼型时，引导线包括：第一引导线l1，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端31的第一圆角a和第二连接端32的前缘o，并与桨根10和桨叶20的前缘相切；第三引导线l3，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端31的第三圆角c和第二连接端32的上顶点p，并与桨根10后表面和桨叶20后缘面上边界相切；第四引导线l4，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端31的第三圆角c和第二连接端32的下顶点q，并与桨根10后表面和桨叶20后缘面下边界相切。其中，第三引导线l3连接的是第三圆角c的上端，第四引导线l4连接的是第三圆角c的下端，l3、l4、第三圆角c、p与q的连线形成过渡段30的后缘面。桨叶20与该过渡段30的后缘面连接的面即为桨叶20的后缘面。

为了得到更合理的平滑曲面，使得过渡段30更好地发挥作用，进一步提高气动效果，引导线还包括：第二引导线l2，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端31的第二圆角b和第二连接端32的最高点r，并与桨根10和桨叶20的上表面相切；第五引导线l5，其为贝塞尔曲线，连接第一连接端31的第四圆角d和第二连接端32下边缘的后1/5弦长处s，并与桨根10下表面和桨叶20下表面相切。

以上，对本发明所述的螺旋桨1的过渡段进行了说明，接下来，对螺旋桨1的桨叶20进行说明。

图3是用于说明本发明所述的螺旋桨的参数的图。

在现有技术中，桨叶通常是线性的，桨而本发明人发现，若桨叶20具有以多个截面形状为翼型或部分翼型的控制面建立的样条曲面的形状，则能够有效提供气动效率。根据实验测试，这样的桨叶气动效率可以提高5％～10％左右。

桨根10上设有安装孔，将靠近桨叶20的安装孔至桨叶20外端t的垂直距离定义为r，控制面分别位于距离安装孔的0.3r、0.4r、0.5r、0.6r、0.7r、0.8r、0.9r处。

此外，作为具体的实施方式，将桨叶20最宽处的弦长定义为c，将扭转角定义为桨叶20截面的翼型显现与桨根10上表面的夹角，桨叶的设计参数如表1所示。

表1.桨叶设计参数

此外，发明人发现，桨叶20的桨尖(即1.0r的位置)的弦长范围优选为桨叶最宽处弦长的1/5～1/9。桨尖的扭转角范围优选在8°～11.5°之间。

通过上述对桨叶形状的改进，对桨尖弦长范围及桨尖扭转角范围的研究，不仅能够使桨叶气动效率可以提高5％～10％左右，还可以使得螺旋桨1的转动惯量由1000g*mm变为760g*mm左右，有效减小了转动惯量，避免对电机控制响应造成不良影响。

本发明的另一方面，涉及一种无人机，包括上述的螺旋桨或者其优选技术方案。这样的无人机的螺旋桨桨叶与桨根合理过渡，气动效率高，表面应力低，有助于提高使用寿命，此外，螺旋桨转动惯量小，电机响应迅速。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。