技术简介：
本发明针对临近空间飞行器螺旋桨在高空（20-30km）与低空（15km以下）工况下效率低、适应性差的问题，提出一种多段变弦长与攻角的低雷诺数翼型螺旋桨设计。通过优化桨叶展向参数（弦长160-55mm、攻角31-12°），结合低雷诺数翼型（如E387），有效抑制层流分离，使螺旋桨在0-30km高度范围内效率提升至70%以上，满足复杂大气环境下的长航时飞行需求。
关键词：临近空间螺旋桨,低雷诺数翼型,高效推进
专利名称：临近空间螺旋桨的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空气螺旋桨，可作为临近空间低速飞行器的推进动力，所采用的技术涉及旋翼空气动力学、低雷诺数空气动力学、实验空气动力学等领域。
背景技术：
长航时临近空间低速飞行器可具有高达海拔20km 30km飞行高度、超长时间(几个月)的巡航能力，使得长航时临近空间低速飞行器在资源调查、环境监测、军事预警、灾害监测、边境巡逻、空中和地面交通管理、通讯中继等方面有着广泛用途，近年来逐渐受到各国的重视。推进螺旋桨作为该类飞行器的核心部件，直接关系到飞行器的飞行性能。
常规螺旋桨的使用范围一般是海拔Okm IOkm飞行高度，当超出该范围时，随着 飞行高度的增加，雷诺数急剧降低，螺旋桨流动会出现层流分离，造成当地升阻比降低，使得螺旋桨的效率低下，乃至无法使用。现有的浮空器用高空螺旋桨虽然解决了螺旋桨在临近空间(大于海拔20km高度)使用的效率低下的问题，但其仅仅考虑在临近空间(海拔20km高度以上)使用的工况，无法满足低空(海拔15km以下高度)以及特殊工况(如飞行机动、复杂大气环境)的使用要求。
发明内容本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种适应大工况变化的临近空间低雷诺数螺旋桨，该螺旋桨适用于飞行高度海拔Okm 30km范围，可在大空域范围复杂工况条件下使用。本发明的技术解决方案是临近空间螺旋桨，包括桨叶和桨毂；2片桨叶通过桨毂 连接，形成整体结构；桨叶叶型为在0. 3展长位置的弦长160 180mm、攻角@为31 34度；在0. 35展长位置的弦长140 160mm、攻角@为25 28度；在0. 45展长位置的弦长115 135mm、攻角@为18 21度；
在0. 6展长位置的弦长95 110mm、攻角@为16 18度；在0.7展长位置的弦长85 95mm、攻角@为14 16度；在0. 75展长位置的弦长65 75mm、攻角@为13 14度；在0. 9展长位置的弦长45 55mm、攻角@为12 13度。所述桨叶的翼型为低雷诺数翼型。本发明与现有技术相比有益效果为本发明构型在高空低雷诺数(雷诺数小于10e6)条件下，螺旋桨桨叶表面气流流动的层流分离，提高了当地升阻比，使螺旋桨在临近空间工况点的效率提高到70%以上；螺旋桨能够适应0 30km高度范围大空域变化复杂工况的使用。
图I为本发明低雷诺数翼型图；图2a、2b、2c分别为本发明临近空间螺旋桨的正视、左视和轴侧图；图3为本发明临近空间螺旋桨的数值模拟计算数据结果_推力特性曲线；图4为本发明临近空间螺旋桨的数值模拟计算数据结果_工作效率曲线。
具体实施例方式下面结合附图及具体实例对本发明做详细介绍。如图I、图2(2a、2b、2c)所示，一种临近空间螺旋桨，包括桨叶和桨毂；2片桨叶通 过桨毂连接，形成整体结构；桨叶和桨毂为超轻质结构，采用复合材料一体成型制造；例如碳纤维材料。桨叶叶型采用本领域的技术术语展长(螺旋桨旋转轴心至螺旋桨半径方向的长度与螺旋桨半径的比值)、弦长(翼型前后缘在弦线上的投影距离)、攻角P (在桨叶任意半径处，剖面弦线与螺旋桨旋转平面之间的夹角，亦称为桨距)进行表征。具体要求为在0. 3展长位置的弦长(160 180mm)、攻角M31 34度)；在0. 35展长位置的弦长(140 160mm)、攻角M25 28度)；在0. 45展长位置的弦长(115 135mm)、攻角M18 21度)；在0. 6展长位置的弦长(95 IlOmm)、攻角M16 18度)；在0. 7展长位置的弦长(85 95m)、攻角@ (14 16度)；在0. 75展长位置的弦长(65 75_)、攻角M13 14度)；在0. 9展长位置的弦长(45 55mm)、攻角M12 13度)。上述相邻展长位置之间平滑过渡。通过上述要求，使桨叶在展向具有不同的气动特性。桨叶翼型采用低雷诺数翼型，例如(E387、SD8000-PT等)。实施例一种可用的翼型图见图1，该螺旋桨可以在低雷诺数(雷诺数小于10e6)条件下工作。下面给出一种可用翼型的翼型数据，见表I:表I翼型数据表(单位mm)
权利要求1.临近空间螺旋桨，包括桨叶和桨毂；其特征是2片桨叶通过桨毂连接，形成整体结构；桨叶叶型为在O. 3展长位置的弦长160 180mm、攻角β为31 34度；在O. 35展长位置的弦长140 160mm、攻角β为25 28度；在O. 45展长位置的弦长115 135mm、攻角β为18 21度；在O. 6展长位置的弦长95 110mm、攻角β为1618度；在O. 7展长位置的弦长85 95mm、攻角β为14 16度；在O. 75展长位置的弦长65 75mm、攻角β为13 14度；在O. 9展长位置的弦长45 55mm、攻角β为12 13度。
2.根据权利要求I所述的临近空间螺旋桨，其特征在于所述桨叶的翼型为低雷诺数翼型。
全文摘要临近空间螺旋桨，包括桨叶和桨毂；2片桨叶通过桨毂连接，形成整体结构；桨叶叶型为在0.3展长位置的弦长160～180mm、攻角β为31～34度；在0.35展长位置的弦长140～160mm、攻角β为25～28度；在0.45展长位置的弦长115～135mm、攻角β为18～21度；在0.6展长位置的弦长95～110mm、攻角β为1618度；在0.7展长位置的弦长85～95mm、攻角β为14～16度；在0.75展长位置的弦长65～75mm、攻角β为13～14度；在0.9展长位置的弦长45～55mm、攻角β为12～13度。
文档编号B64C11/18GK102963522SQ201210428600
公开日2013年3月13日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者周波 申请人:中国航天空气动力技术研究院