适于可变桨距风扇的叶片的制作方法

本发明涉及适于可变桨距(variable pitch)风扇的风扇叶片。

背景技术：

当风扇叶片/螺旋桨旋转时，由于离心力的作用而产生俯仰扭矩(pitching torque)。产生这种扭矩的原因在于叶片往往在一个轴线上比在另一个轴线上具有更大的质量散布，这是由于叶片是相对平坦的。该扭矩随着质量、叶片形状、每分钟转数(rpm)的平方以及叶片桨距的变化而变化。对于可变桨距风扇而言，这种俯仰扭矩可将显著负载添加到俯仰机构，因此降低扭矩的方法对于可变桨距风扇而言会具有特别大的益处。

一种解决方案是使用配重。通过将质量分布在垂直于叶片弦线(cord)的平面内，可以产生相对扭矩。这可用来降低离心俯仰扭矩，或者如果足够的质量垂直于弦长被放置的话，可充分平衡并完全消除离心俯仰扭矩。

配重解决方案的问题在于配重增加风扇的总重量。并且在某些情况下，重量轻的风扇是有必要的以便使得风扇驱动机构不超载。因此寻求的目标是降低俯仰扭矩，而风扇重量的增加较少。

技术实现要素：

提供一种风扇叶片，其包括限定风扇叶片的旋转俯仰轴线的轴，和从轴延伸的叶片，所述叶片具有叶片质量并且所述叶片限定叶片形状和质量中心，并且所述叶片相对于所述轴定位使得质量中心从旋转俯仰轴线足够偏移，使得风扇叶片的围绕旋转俯仰轴线的俯仰扭矩是具有相同叶片质量并限定相同的叶片形状和质量中心但相对于该轴定位的叶片的俯仰扭矩的至少小于90％，使得质量中心不会从旋转俯仰轴线偏移。

在另一实施例中，提供布置成使得桨距围绕适于可变桨距风扇的俯仰轴线改变的风扇叶片的，风扇叶片包括轴，从轴延伸的空气移动表面，在操作中风扇叶片经历围绕俯仰轴线的离心俯仰扭矩，以及风扇叶片的空气移动表面从俯仰轴线偏移以提供所述风扇叶片离心俯仰扭矩的操作减少，这减少通过与当风扇叶片处于俯仰轴线的中心时的风扇叶片的离心俯仰扭矩作比较。

在又一实施例中，提供布置成使得桨距围绕适于可变桨距风扇的俯仰轴线改变的风扇叶片，风扇叶片包括轴，从轴延伸的空气移动表面，在操作中风扇叶片经历围绕俯仰轴线的离心俯仰扭矩，以及风扇叶片的空气移动表面从俯仰轴线偏移以提供与离心俯仰扭矩相反的扭矩。

该装置和方法的以上和其它方面在权利要求中提出，其通过引用并入本文。

附图说明

现在将参照附图通过实例的方式描述实施例，其中相似的附图标记指示相似的元件，并且其中：

图1是示出示例性风扇叶片的轴测图；

图2是图1所示风扇叶片的从不同角度的轴测图；

图3是图1所示风扇叶片的端视图；

图4是图1所示风扇叶片的视图，其为从面对所述风扇叶片的外部空气移动表面的方向上所看到的视图；

图5是图1所示风扇叶片所取的剖视图，其从图4中所示的切割线剖开；

图6是图1所示风扇叶片的另一透视图；

图7是包括偏移的风扇叶片的风扇的轴向视图；

图8是图7所示风扇的局部剖视图；

图9是图7所示风扇叶片和图7所示风扇轮毂相邻部分的端视图；

图10是图7所示风扇的透视图；

图11A-11F是具有不同偏移的风扇叶片的相应剖视图；和

图12示出用于计算相反扭矩的轴线。

具体实施方式

提供一种风扇叶片，其安装成使得风扇叶片移离俯仰轴线。以这种方式，叶片本身用作其自身的平衡配重。通过改变偏移量，离心俯仰扭矩可被降低或甚至消除。风扇叶片也可与配重配合使用，其中所述偏移使得所需配重的大小减少，从而减少风扇的重量。

通常叶片不是完全置于旋转轴线的中心上，所以总是产生略少的反向扭矩，但这通常是非常微不足道的，因为作用效果随着偏移距离的平方的变化而变化，并且叶片通常非常接近中心地布置。叶片移离旋转中心将产生与离心俯仰扭矩相反的反向扭矩，其随着偏移增加而变得相当明显。为离心俯仰扭矩10％的反向扭矩是合理的阈值以指示作为配重解决方案的叶片的有意使用。在一种实施方式中，将所述叶片移离旋转轴线会将俯仰扭矩减少30％。

图1示出示例性的风扇叶片10。示例性的风扇叶片10包括翼型件12，其限定内部空气移动表面14、轴16和将连接翼形件12连接到轴16的连接器18。在所示实施例中的连接器18被连续形成为具有翼型件12的单个单元。轴16是可旋转的以便通过俯仰机构20调节叶片的桨距。风扇叶片10具有大致由附图标记22指示的质量中心。为了避免混淆，该位置在该实施例中不位于风扇叶片的表面上。对于具有俯仰机构的实施例而言，出于例如限定风扇叶片的质量中心的目的，风扇叶片被限定为下述元件，其在使用俯仰机构的过程中通过俯仰机构而旋转，除了明确的配重元件之外。适于这种配重元件的安装柱在图1中由附图标记24指示。

图2从略微不同的角度示出图1的风扇叶片。翼型件12限定外部空气移动表面26，空气移动表面26在图2中可见。在此实施例中，在风扇正常向前使用时，该外部空气移动表面不面对气流，但如果叶片的桨距改变以使得风扇的方向反转，则可能面对气流。图3示出相同实施例的端视图。图4示出从面对外部空气移动表面26的方向所看到的相同实施例的视图。图4中的线A示出切割线，图5示出针对其的剖视图。图6示出相同实施例的另一透视图。

图7示出风扇30，其包括围绕风扇轮毂32布置的风扇叶片10，图7中的线B指示切割线，图8示出针对其的局部剖视图(确切地来说，图8只是风扇的一个侧视图，所以线B实际上不是针对图8的切割线)。边界圆圈34指示风扇叶片围绕由轮毂限定的轴线的旋转。图7-10中的风扇叶片10是不同于图1-6中所示的风扇叶片10的实施例，并且不具有配重(安装柱)24。图9示出风扇叶片10和在其后面的轮毂32的端视图。线36和38限定并示出风扇叶片10的桨距角，其在此实施例中是可变的，但如图9中所示为40度。40度也是在图7-10中所示的实施例中的默认俯仰角和吹扫桨距角。图10示出风扇的透视图。

不同的实施例可具有不同的偏移。图11A-11F示出具有不同偏移的多个风扇叶片实施例的剖视图。从轴16的轴中心到图11A-11F中所示的外部空气移动表面26的距离分别为9.20，12.20，16.20，17.95，22.20和28.20毫米。忽略空气动力效应，俯仰扭矩受到在45度桨距下所计算出的惯性张量分量I_xy的影响，其中x和y是分别平行和垂直于弦线并穿过叶片轴线的轴线(参见图13)，根据本方程式其中T是所得到的俯仰扭矩，φ是相对于轴线x和y所限定的叶片的桨距角，以及ω是叶片围绕风扇轮毂的角速度。

备选地，如果我们想删除则陈述可被重新写为如下。忽略空气动力效应，俯仰扭矩受到惯性张量分量I_xy的影响，其中x和y是分别平行和垂直于在的中立桨距处的叶片弦线并穿过叶片轴线的轴线，根据本方程式T＝I_xy*ω²，其中T是所得到的俯仰扭矩，以及ω是叶片围绕风扇轮毂的角速度。

换言之：

不是X轴线和Y轴线与叶片对准，而是X和Y与在中立桨矩处的叶片对准，并置于叶片的旋转轴线的中心上。

在中立桨矩处的Ixy通常为0(不产生净扭矩)。

基本方程式为T＝I_xy*ω²其中I_xy在特定的桨距下计算得出：然后可得到在该桨距处的扭矩。

可以使用稍微更为复杂的方程式，其允许计算在任意角度下的俯仰扭矩，而无需重新计算特定的I_xy。该公式依赖于I_xy(最大)，其是在45度下的I_xy。然后，公式为其中I_xy在该方程式中是最大I_xy或是对于的I_xy。

在图11A至图11F的所示的适于风扇叶片的I_xy分别是26258gm²，24647gm²，21303gm²，19272gm²，13024gm²和1221gm²。

如所公开的风扇叶片当在给工业、运输和农业设备供电的柴油发动机上的可变桨距风扇中使用时特别具有实用性，因为相比使用独立于风扇叶片的配重时的情况，可变桨距风扇可制备得更为紧凑以及重量更轻。

在不脱离由权利要求书所涵盖的范围的前提下，可对本文所示的实施例进行无关紧要的修改。在权利要求中，“包括”一词在其包括性的意义上使用，而并不排除其它元件的存在。在权利要求所要求保护特征前面的不定冠词“一(a和an)”不排除存在一个以上的特征。本文所述的各个特征的每一个可在一个或多个实施例中使用，而不是仅凭借在此所描述的内容而被解释为对如由权利要求所限定的所有实施例而言都是必要的。