一种空气动力船涵道螺旋桨

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一种空气动力船涵道螺旋桨
申请号	CN202210148332.9	申请日	2022-02-17	公开(公告)号	CN114633863A	公开(公告)日	2022-06-17
申请人	惠阳航空螺旋桨有限责任公司;			发明人	陈风; 刘松; 赵玲; 徐丁丁;
摘要	本发明属于空气动力船空气动力设计领域，涉及一种空气动力船涵道螺旋桨。涵道螺旋桨整体形状为矩形桨叶，桨叶根部为圆形，从叶根到叶尖的叶身剖面由多个与机翼相近的ARAD翼型形状组成，厚度由厚到薄光滑过渡，每一个截面之间保持一定的扭转角度，以使桨叶在工作过程中翼型不会失速，并产生较大的气动升力,较小的气动阻力，通过设计翼型厚度的不断变化，使桨叶从叶根到叶尖翼型不断变薄，并且光滑过渡,即保证螺旋桨在高速旋转过程中强度、刚度足够，又能产生强大的推力，保证空气动力船在浅滩或水面上高速航行。
权利要求	1.一种空气动力船涵道螺旋桨，其特征在于：所述涵道螺旋桨桨叶有三个，均匀分布在螺旋桨桨叶旋转中心周围，以螺旋桨桨叶的弦长为X轴，垂直于弦长为Y轴，以螺旋桨桨叶的轴线为Z轴，所述螺旋桨桨叶每个截面到螺旋桨桨叶旋转中心的距离为r，所述螺旋桨桨叶每个截面翼型的弦长为b，所述螺旋桨桨叶每个截面相对于桨叶旋转平面的夹角为φ，所述螺旋桨桨叶每个截面的最大厚度为c；所述螺旋桨桨叶每个截面的轴心坐标为(X0，Y0)，所述桨叶外形结构尺寸满足以下条件：当r为160～170mm，b为170～180mm，c为50～55mm，φ为30～32°，(X0，Y0)为(85，‑0.2)～(89，0)；当r为280～290mm，b为220～230mm，c为30～40mm，φ为10～20°，(X0，Y0)为(100，‑2)～(110，‑1)；当r为400～500mm，b为200～300mm，c为20～30mm，φ为0～10°，(X0，Y0)为(110,0)～(120，1)；当r为500～600mm，b为200～300mm，c为20～30mm，φ为‑5～+5°，(X0，Y0)为(110，‑1)～(120，+1)；当r为600～700mm，b为200～300mm，c为10～20mm，φ为‑10～0°，(X0，Y0)为(110，‑1)～(120，+1)；当r为700～800mm，b为200～300mm，c为10～20mm，φ为‑10～0°，(X0，Y0)为(110，‑1)～(120，+1)。 2.根据权利要求1所述的空气动力船涵道螺旋桨，其特征在于：所述桨叶外形结构尺寸满足以下条件：当r为163～168mm，b为172～176mm，c为4～60mm，φ为28～35°，(X0，Y0)为(80，‑1)～(90，0)；当r为283～288mm，b为215～217mm，c为35～37mm，φ为15～20°，(X0，Y0)为(105，‑1)～(110，0)；当r为400～410mm，b为220～230mm，c为22～25mm，φ为3～6°，(X0，Y0)为(110，0)～(115，0.5)；当r为520～540mm，b为200～250mm，c为20～25mm，φ为‑1～+1°，(X0，Y0)为(113，‑0.5)～(116，+0.5)；当r为620～650mm，b为220～240mm，c为15～17mm，φ为‑4～‑6°，(X0，Y0)为(113，‑0.1)～(116，0)；当r为730～760mm，b为220～240mm，c为10～15mm，φ为‑10～‑6°，(X0，Y0)为(110，‑0.2)～(120，‑0.1)。 3.根据权利要求1所述的空气动力船涵道螺旋桨，其特征在于：所述桨叶外形结构尺寸如下：当r为165mm，b为174mm，c为51mm，φ为31°，(X0，Y0)为(87.7，‑0.16)；当r为285mm，b为216mm，c为36mm，φ为18°，(X0，Y0)为(109.7，‑0.35)；当r为405mm，b为226.7mm，c为24.6mm，φ为5.2°，(X0，Y0)为(113，0.09)；当r为525mm，b为230mm，c为20.6mm，φ为0°，(X0，Y0)为(115，0)；当r为645mm，b为230mm，c为16.7mm，φ为‑4.5°，(X0，Y0)为(115，‑0.05)；当r为750mm，b为230mm，c为12.5mm，φ为‑7°，(X0，Y0)为(115，‑0.05)。 4.根据权利要求1所述的空气动力船涵道螺旋桨，其特征在于：所述桨叶外形结构尺寸如下：当r为170mm，b为175mm，c为52mm，φ为32°，(X0，Y0)为(88.7，‑0.15)；当r为290mm，b为220mm，c为37mm，φ为19°，(X0，Y0)为(110，‑0.5)；当r为400mm，b为227mm，c为24.9mm，φ为5.5°，(X0，Y0)为(114，0.10)；当r为530mm，b为231mm，c为20.5mm，φ为0.3°，(X0，Y0)为(118，0.5)；当r为650mm，b为231mm，c为16.9mm，φ为‑4.8°，(X0，Y0)为(115，‑0.16)；当r为750mm，b为231mm，c为12.8mm，φ为‑7.5°，(X0，Y0)为(116，‑0.15)。 5.根据权利要求1所述的空气动力船涵道螺旋桨，其特征在于：所述涵道螺旋桨桨叶采用ARAD翼型，从叶根到叶尖按厚到薄顺序依次排列，每个切面之间光滑过渡。 6.根据权利要求1所述的空气动力船涵道螺旋桨，其特征在于：所述涵道螺旋桨桨叶外形为矩形，桨叶叶尖为圆弧，圆弧半径740～770mm。 7.根据权利要求1所述的空气动力船涵道螺旋桨，其特征在于：所述涵道螺旋桨桨叶材料为复合材料。 8.根据权利要求1所述的空气动力船涵道螺旋桨，其特征在于：所述涵道螺旋桨中涵道的截面为NACA0012翼型。
说明书全文	一种空气动力船涵道螺旋桨技术领域 [0001] 本发明属于空气动力船空气动力设计领域，涉及一种空气动力船涵道螺旋桨。背景技术 [0002] 目前，空气动力船用涵道螺旋桨应用较少，配套200kw量级发动机的螺旋桨还没有研制的先例，为执行部分多浅滩、急转弯及水面狭窄等复杂水域巡逻任务，能够在明水期、无凌汛的流冰期以及薄冰封冻期的全地形完成巡逻执勤任务，需要为现有空气动力船设计一款推重比大(可达25N/Kw)、重量轻(螺旋桨总重量不大于20Kg)、噪音低(不大于90dB)的高性能螺旋桨。发明内容 [0003] 本发明的目的是：设计一种空气动力船涵道螺旋桨，以解决目前的问题。 [0004] 为解决此技术问题，本发明的技术方案是： [0005] 一种空气动力船涵道螺旋桨，所述涵道螺旋桨桨叶有三个，均匀分布在螺旋桨桨叶旋转中心周围， [0006] 以螺旋桨桨叶的弦长为X轴，垂直于弦长为Y轴，以螺旋桨桨叶的轴线为Z轴，所述螺旋桨桨叶每个截面到螺旋桨桨叶旋转中心的距离为r，所述螺旋桨桨叶每个截面翼型的弦长为b，所述螺旋桨桨叶每个截面相对于桨叶旋转平面的夹角为φ，所述螺旋桨桨叶每个截面的最大厚度为c；所述螺旋桨桨叶每个截面的轴心坐标为(X0，Y0)，所述桨叶外形结构尺寸满足以下条件： [0007] 当r为160～170mm，b为170～180mm，c为50～55mm，φ为30～32°，(X0，Y0)为(85，‑0.2)～(89，0)； [0008] 当r为280～290mm，b为220～230mm，c为30～40mm，φ为10～20°，(X0，Y0)为(100，‑2)～(110，‑1)； [0009] 当r为400～500mm，b为200～300mm，c为20～30mm，φ为0～10°，(X0，Y0)为(110,0)～(120，1)； [0010] 当r为500～600mm，b为200～300mm，c为20～30mm，φ为‑5～+5°，(X0，Y0)为(110，‑1)～(120，+1)； [0011] 当r为600～700mm，b为200～300mm，c为10～20mm，φ为‑10～0°，(X0，Y0)为(110，‑1)～(120，+1)； [0012] 当r为700～800mm，b为200～300mm，c为10～20mm，φ为‑10～0°，(X0，Y0)为(110，‑1)～(120，+1)。 [0013] 进一步地，所述桨叶外形结构尺寸满足以下条件： [0014] 当r为163～168mm，b为172～176mm，c为4～60mm，φ为28～35°，(X0，Y0)为(80，‑1)～(90，0)； [0015] 当r为283～288mm，b为215～217mm，c为35～37mm，φ为15～20°，(X0，Y0)为(105，‑1)～(110，0)； [0016] 当r为400～410mm，b为220～230mm，c为22～25mm，φ为3～6°，(X0，Y0)为(110，0)～(115，0.5)； [0017] 当r为520～540mm，b为200～250mm，c为20～25mm，φ为‑1～+1°，(X0，Y0)为(113，‑0.5)～(116，+0.5)； [0018] 当r为620～650mm，b为220～240mm，c为15～17mm，φ为‑4～‑6°，(X0，Y0)为(113，‑0.1)～(116，0)； [0019] 当r为730～760mm，b为220～240mm，c为10～15mm，φ为‑10～‑6°，(X0，Y0)为(110，‑0.2)～(120，‑0.1)。 [0020] 优选地，所述桨叶外形结构尺寸如下： [0021] 当r为165mm，b为174mm，c为51mm，φ为31°，(X0，Y0)为(87.7，‑0.16)； [0022] 当r为285mm，b为216mm，c为36mm，φ为18°，(X0，Y0)为(109.7，‑0.35)； [0023] 当r为405mm，b为226.7mm，c为24.6mm，φ为5.2°，(X0，Y0)为(113，0.09)； [0024] 当r为525mm，b为230mm，c为20.6mm，φ为0°，(X0，Y0)为(115，0)； [0025] 当r为645mm，b为230mm，c为16.7mm，φ为‑4.5°，(X0，Y0)为(115，‑0.05)； [0026] 当r为750mm，b为230mm，c为12.5mm，φ为‑7°，(X0，Y0)为(115，‑0.05)。 [0027] 优选地，所述桨叶外形结构尺寸如下： [0028] 当r为170mm，b为175mm，c为52mm，φ为32°，(X0，Y0)为(88.7，‑0.15)； [0029] 当r为290mm，b为220mm，c为37mm，φ为19°，(X0，Y0)为(110，‑0.5)； [0030] 当r为400mm，b为227mm，c为24.9mm，φ为5.5°，(X0，Y0)为(114，0.10)； [0031] 当r为530mm，b为231mm，c为20.5mm，φ为0.3°，(X0，Y0)为(118，0.5)； [0032] 当r为650mm，b为231mm，c为16.9mm，φ为‑4.8°，(X0，Y0)为(115，‑0.16)； [0033] 当r为750mm，b为231mm，c为12.8mm，φ为‑7.5°，(X0，Y0)为(116，‑0.15)。 [0034] 所述涵道螺旋桨桨叶采用ARAD翼型，从叶根到叶尖按厚到薄顺序依次排列，每个切面之间光滑过渡。 [0035] 所述涵道螺旋桨桨叶外形为矩形，桨叶叶尖为圆弧，圆弧半径740～770mm。 [0036] 所述涵道螺旋桨桨叶材料为复合材料。 [0037] 所述涵道螺旋桨中涵道的截面为NACA0012翼型。 [0038] 本发明的有益效果是： [0039] 涵道螺旋桨采用三桨叶设计，在得到最大推力下，采用较少的桨叶数，且桨叶材料选用复合材料，从而尽可能的减轻螺旋桨整体重量。 [0040] 降低螺旋桨噪声，提高机组人员与乘客的舒适度，基于ARAD翼型设计三叶螺旋桨在桨叶气动设计时采用矩形的平面形状来提高推重比，在所提供的有限功率条件下，使用本发明的桨叶外形数据，使得螺旋桨推力得到大幅度提升。 [0041] 螺旋桨总重量不大于20Kg，推重比可达25N/Kw、噪音低不大于90dB。空气动力船速度大于50Km/h。附图说明 [0042] 为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对本发明的实例中需要使用的附图作简单的解释。显而易见，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，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。 [0043] 图1是整体螺旋桨桨叶外形示意图； [0044] 图2是单片桨叶外形示意图； [0045] 图3是本发明中的任意一个翼型截面的参数示意图； [0046] 图4是涵道的三维示意图； [0047] 图5是图4中涵道截面示意图。具体实施方式 [0048] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0049] 下面将详细描述本发明实施例的各个方面的特征。在下面的详细描述中，提出了许多具体的细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域的普通技术人员来说，很明显的是，本发明也可以在不需要这些具体细节的情况下就可以实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例对本发明更好的理解。本发明不限于下面所提供的任何具体设置和方法，而是覆盖了不脱离本发明精神的前提下所覆盖的所有的产品结构、方法的任何改进、替换等。 [0050] 在各个附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以避免对本发明造成不必要的模糊。下面以某空气巡逻艇的涵道螺旋桨为例描述本发明的螺旋桨桨叶： [0051] 所述涵道螺旋桨中涵道的截面为NACA0012翼型，示意图如图4和5所示； [0052] 如图1所示，所述螺旋桨桨叶有三个，材料为复合材料，均匀分布在螺旋桨桨叶旋转中心周围，采用ARAD翼型，从叶根到叶尖按薄厚顺序依次排列，每个切面之间光滑过渡。螺旋桨桨叶外形为矩形，桨叶叶尖为圆弧，圆弧半径750mm。 [0053] 下面设计了不同的桨叶外形数据，桨叶几何尺寸表如表1至表6所示。 [0054] 以螺旋桨桨叶的弦长为X轴，垂直于弦长为Y轴，以螺旋桨桨叶的轴线为Z轴，所述螺旋桨桨叶每个截面到螺旋桨桨叶旋转中心的距离为r，所述螺旋桨桨叶每个截面翼型的弦长为b，所述螺旋桨桨叶每个截面相对于桨叶旋转平面的夹角为φ，所述螺旋桨桨叶每个截面的最大厚度为c；所述螺旋桨桨叶每个截面的轴心坐标为(X0，Y0)，如图2、图3所示，所述桨叶外形尺寸满足以下条件： [0055] 表1 [0056]切面号 1 2 3 4 5 6 r 165 285 405 525 645 750 b 174 216 226.7 230 230 230 c 51 36 24.6 20.6 16.7 12.5 O O O O O O φ 31 18 5.2 0 ‑4.5 ‑7 X0 87.7 109.7 113 115 115 115 Y0 ‑0.16 ‑0.35 0.09 0 ‑0.02 ‑0.05 [0057] 表2 [0058] 切面号 1 2 3 4 5 6r 166 286 406 526 646 750 b 175 217 226.8 231 231 231 c 50 35 24.5 20.5 16.5 12.4 O O O O O O φ 31.5 18.5 5.7 0 ‑4.6 ‑7.5 X0 87.2 109.2 112 114 114 114 Y0 ‑0.14 ‑0.34 0.08 0 ‑0.03 ‑0.04 [0059] 表3 [0060]切面号 1 2 3 4 5 6 r 167 287 407 527 647 750 b 176 218 226.9 232 232 232 c 49 34 24.3 20.3 16.3 12.3 O O O O O φ 31.2 18.2 5.1 0 ‑4.8 ‑7.2O X0 87.9 109.9 114 116 116 116 Y0 ‑0.16 ‑0.35 0.09 0 ‑0.02 ‑0.05 [0061] 表4 [0062]切面号 1 2 3 4 5 6 r 168 288 408 528 648 750 b 177 219 226.0 233 233 233 c 51 36 24.6 20.6 16.7 12.5 O O O O O O φ 31 18 5.2 0 ‑4.5 ‑7 X0 90 110 118 118 118 118 Y0 ‑0.22 ‑0.45 0.19 0 ‑0.12 ‑0.15 [0063] 表5 [0064] 切面号 1 2 3 4 5 6r 169 289 409 529 649 750 b 179 220 230 239 239 239 c 51 36 24.6 20.6 16.7 12.5 O O O O O O φ 31 18 5.2 0 ‑4.5 ‑7 X0 89 120 123 125 125 125 Y0 ‑0.20 ‑0.37 0.17 0 ‑0.22 ‑0.25 [0065] 表6 [0066]切面号 1 2 3 4 5 6 r 170 290 410 530 650 750 b 179 220 231 235 235 235 c 51 36 24.6 20.6 16.7 12.5 O O O O O O φ 30 17 4.2 0 ‑4.5 ‑8 X0 91 111.7 112 120 120 120 Y0 ‑0.19 ‑0.39 0.13 0 ‑0.14 ‑0.18 [0067] 在以上的实施例中，螺旋桨总重量不大于20Kg，推重比至少可达25N/Kw(表1可达25.2N/Kw，表2可达25.0N/Kw，表3可达25.42N/Kw，表4可达25.15N/Kw，表5可达25.38N/Kw，表6可达25.46N/Kw)、噪音低不大于90dB(表1为89.65dB，表2为89.72dB，表3为89.78dB，表4为89.85dB，表5为89.95dB，表6为89.98dB，)。空气动力船速度大于50Km/h(表1可达52.5Km/h，表2可达50.5Km/h，表3可达52.3Km/h，表4可达51Km/h，表5可达51.2Km/h，表6可达50Km/h)。本发明的桨叶还可以应用于气垫船。 [0068] 最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可以轻易想到各种等效的修改或者替换，这些修改或者替换都应该涵盖在本发明的保护范围之内。