涵道风扇螺旋桨的制作方法

本发明涉及螺旋桨领域，具体涉及一种涵道风扇螺旋桨。

背景技术：

直升飞机和其他需要垂直起降的飞机，所用螺旋桨由于有叶尖扰流等因素的影响(能量损耗)，所以效率不高，为了解决这个问题，人们给螺旋桨外面加上一个筒子，这就是涵道风扇螺旋桨。但是这样对于工艺要求很高，涵道与风扇叶片缝隙必须要很小，否则不但起不到涵道的作用，反而增加重量。因此人们又想了一个办法，把涵道与风扇桨叶连接在一起，让涵道与桨叶一起旋转，这样的效率有所提高。涵道风扇螺旋桨可以提高螺旋桨的效率，可以产生更大的升力，这已经成为业内共识。但是，增加了涵道，必然增加重量，这也成为制约涵道螺旋桨发展的重要因素。

图1示出了现有的一种涵道风扇螺旋桨的示意性透视图。如图1中所示，该涵道风扇螺旋桨100具有围绕垂直中心轴101排布的多个桨叶102，在桨叶102的周围设置有涵道103。

尽管与传统螺旋桨相比，涵道风扇螺旋桨具有更高的效率和升力，但如何更大地提高涵道螺旋桨的效率和升力仍然是涵道风扇螺旋桨发展中所需要解决的问题。

技术实现要素：

在本发明的一个方面，提供了一种涵道风扇螺旋桨，包括：至少一个桨叶，其中，该桨叶围绕垂直中轴呈空间螺旋形，形成围绕中轴旋转并前进的螺旋面。

根据本发明的一示例性实施例，所述桨叶的任一侧面与垂直于垂直中轴的平面的交线为直线或者圆弧线。

根据本发明的一示例性实施例，所述涵道风扇螺旋桨还包括：位于所述至少一个桨叶进气端处的顶盖。

根据本发明的一示例性实施例，所述涵道风扇螺旋桨还包括：位于所述至少一个桨叶外围的涵道，所述涵道呈近似圆桶状，或者呈近似双曲面或近似部分双曲面状。

根据本发明的一示例性实施例，所述涵道位于所述至少一个桨叶的排气端处。

根据本发明的一示例性实施例，每个桨叶的螺旋面在水平投影上覆盖圆周的四分之一。

根据本发明的一示例性实施例，所述至少一个桨叶为至少两个桨叶。

在本发明的另一个方面，还提供了一种螺旋桨推进器，其包括：根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨，以及用于驱动所述涵道风扇螺旋桨旋转的驱动机构。

在本发明的又一个方面，还提供了一种直升机，其包括根据本发明的实施人例的螺旋桨推进器。

根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨与现有的涵道风扇螺旋桨相比，相同直径下可以产生更大的升力；而升力相同时，可以把涵道做得更细一些，这对于涵道风扇螺旋桨发展具有重要意义。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了现有的涵道风扇螺旋桨的示意性透视图；

图2示出了根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨的示意性正面透视图；

图3示出了根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨的示意性俯视透视图；以及

图4示出了根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨的示意性仰视透视图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的示意性实施例。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以便使所属技术领域的技术人员更全面地了解本发明。但是，对于所属技术领域内的技术人员明显的是，本发明的实现可不具有这些具体细节中的一些。此外，应当理解的是，本发明并不限于所介绍的特定实施例。相反，可以考虑用下面的特征和要素的任意组合来实施本发明，而无论它们是否涉及不同的实施例。因此，下面的方面、特征、实施例和优点仅作说明之用而不应被看作是权利要求的要素或限定，除非在权利要求中明确提出。

现参照附图描述根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨，其中，图2示出了根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨的示意性正面透视图，图3示出了根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨的示意性俯视透视图，图4示出了根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨的示意性仰视透视图。

如图2-4中所示，根据本发明的实施例，提供了一种涵道风扇螺旋桨200，其包括：至少一个桨叶201，其中，该桨叶201围绕垂直中轴202呈空间螺旋形，形成围绕中轴旋转并前进的螺旋面。

也就是说，每个桨叶201围绕垂直中轴202形成螺旋面，类似于钻头的螺旋面。而且，每个桨叶201的螺旋面可在水平投影上覆盖圆周的较大部分，例如，可以覆盖整个圆周、半个圆周或四分之一圆周。例如，根据本发明的一示例性实施例，每个桨叶201的空间螺旋形围绕垂直中轴至少四分之一圆周。这与现有的涵道风扇螺旋桨形成对比，其中，每个桨叶的螺旋面在水平投影上仅覆盖圆周的较小部分。

根据本发明的一示例性实施例，所述桨叶的任一侧面与垂直于垂直中轴的平面的交线为直线。也就是说，桨叶的两个侧面中的每个侧面，作为空间螺旋面，可视为以如下方式形成：垂直于垂直中轴的直线段围绕垂直中轴匀速旋转，同时该直线段沿垂直中轴长度方向匀速移动，从而形成该空间螺旋面。

根据本发明的另一示例性实施例，所述桨叶的任一侧面与垂直于垂直中轴的平面的交线为圆弧线。也就是说，桨叶的两个侧面中的每个侧面，作为空间螺旋面，可视为以如下方式形成：在垂直于垂直中轴平面中的圆弧线段围绕垂直中轴匀速旋转，同时该圆弧线段沿垂直中轴长度方向匀速移动，从而形成该空间螺旋面。根据本发明的一示例性实施例，所述涵道风扇螺旋桨200还包括：位于所述至少一个桨叶201进气端处的顶盖203。当然，在其他实施例中，也可以不包括顶盖。

根据本发明的一示例性实施例，所述涵道风扇螺旋桨200还包括：位于所述至少一个桨叶201外围的涵道204，所述涵道204呈近似圆桶状，或者呈近似双曲面或近似部分双曲面状。

根据本发明的一示例性实施例，所述涵道204位于所述至少一个桨叶201的排气端处。也就是说，所述涵道204可以位于所述涵道风扇螺旋桨的下部，靠近桨叶201的排气端处。所述桨叶201的下部可以延伸到所述涵道204之内，例如延伸到所述涵道204的整个高度或整个高度的一部分。所述涵道204的高度例如可以占整个涵道风扇螺旋桨200的高度的二分之一、三分之一或其它比例。

根据本发明的一示例性实施例，所述涵道204可以与所述至少一个桨叶201固定连接(例如焊接)，或者成一体(例如一体地形成)。

根据本发明的一示例性实施例，所述涵道风扇螺旋桨200的桨叶部分的轮廓为圆柱形，即桨叶部分在不同高度的水平截面上的外圆周直径相同，桨叶部分的侧投影为矩形。

根据本发明的另一示例性实施例，所述涵道风扇螺旋桨200的桨叶部分的轮廓为圆台形，即桨叶部分在不同高度的水平截面上的外圆周直径随高度线性变化，桨叶部分的侧投影为梯形。

根据本发明的一示例性实施例，所述至少一个桨叶201为至少两个桨叶。例如，该涵道风扇螺旋桨200可以包括三个、四个、五个、六个桨叶等。

在本发明的实施例中，形成每个桨叶201的连续空间螺旋面，并把涵道风扇螺旋桨200的顶面封死，从侧面进风。由于侧面的面积大于顶面，进风面积增大了，因此产生的升力更大，也就是说与传统涵道风扇螺旋桨相比，相同直径下可以产生更大的升力，而升力相同时，可以把涵道做得更细一些，这一点对于涵道发展具有重要意义。

例如，以图中所示的四片桨叶为例，可采用以下方式计算该涵道风扇螺旋桨的升力：

假设螺旋桨直径1米(100厘米)，螺距(50厘米)，桨宽度(10厘米)，转速6000转/分(100转/s)，可计算如下：

对于普通涵道风扇螺旋桨：升力＝直径(厘米)×螺距(厘米)×浆宽度(厘米)×转速平方(转/秒)×1大气压力(1标准大气压)×经验系数(0.00025)，则升力等于：100×50×10×100²×1×0.00025＝125(公斤)；

对于涵道风扇螺旋桨：依据《国防科技大学学报》2015年04期论文《涵道螺旋桨气动特性数值模拟》一文论述，在相同转速下，涵道风扇螺旋桨比普通螺旋桨拉力系数增加23％。假设涵道重量为10公斤，那么涵道风扇螺旋桨的升力为：

F₀＝125(公斤)×1.23-10(公斤)＝143.75(公斤)；

对于本发明的涵道风扇螺旋桨，其升力可以采用与传统的涵道风扇螺旋桨的进风面积比进行估算，公式为：

F＝(S/S₀)*F₀-W＝((πR+πr)*L/πR₀²)*F₀*φ-W＝((R+r)*L/R₀²)*F₀-W

其中，F为本发明的涵道风扇螺旋桨的升力，S为其进风面积，W为其额外增加的重量，R为其桨叶部分的顶面半径，r为其桨叶部分的底面半径，L为其桨叶部分的母线长度，φ为折减系数；F₀为传统的涵道风扇螺旋桨的升力，S₀为其进风面积，R₀为其桨叶部分的顶面半径。

假设本发明的涵道风扇螺旋桨的桨叶部分的顶面半径R为0.5米，底面半径r为0.3米，桨叶部分高度1米，母线长度L为1.15米，涵道与桨叶额外增加重量W为50公斤，折减系数φ为0.8，则升力可计算为：

F＝((R+r)*L/R₀²)*F₀-W＝(0.8×1.15/0.25)×143.75×0.8-50＝373.2(公斤)。

根据以上计算结果，升力得到大幅度提升，即使涵道与桨叶重量再增加50公斤(总重增加100公斤)，依然可以提高一倍以上的升力。

在本发明的另一个方面，还提供了一种螺旋桨推进器，其包括：根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨，以及用于驱动所述涵道风扇螺旋桨旋转的驱动机构。

在本发明的又一个方面，还提供了一种直升机，其包括根据本发明的实施人例的螺旋桨推进器。

以上参照附图描述了根据本发明的实施例的涵道风扇螺旋桨、螺旋桨推进器和直升机，应指出的是，以上描述和图示仅为示例，而不是对本发明的限制。在本发明的其他实施例中，所述涵道风扇螺旋桨、螺旋桨推进器和直升机可具有更多、更少或不同的部件，且各部件之间的连接、包含和位置关系可以与所描述和图示的不同。

虽然本发明已经通过实施例披露如上，但本发明并非限定于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围，本发明的保护范围仅以权利要求的语言及其等价语言所限定的范围为准。