[发明专利]高性能低噪音直升机桨叶的空气动力学设计

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及直升机系统及其方法，其能使直升机旋翼桨叶在高马赫数下产生更高升力、具有更小阻力、并延迟失速。更特别地，本发明的实施例涉及用于设计直升机桨叶的主旋翼直升机桨叶、直升机系统及其方法，所述直升机桨叶包括或构造在高马赫数下产生更高升力、具有更小阻力并延迟失速的后部弧面(aft camber)。 

背景技术

在水平飞行中，直升机主旋翼桨叶起到运动的螺旋桨或机翼的作用。然而，不同于飞机的机翼，直升机主旋翼桨叶沿直升机的运动方向周期性地运动并周期性性沿着与直升机的运动方向相反的方向运动。由此，直升机主旋翼桨叶在极短时间内遭遇两个极其巨大且不同的空气速度。 

例如，如果直升机主旋翼以700英尺/秒转动而直升机以400英尺/秒向前飞行，则向前运动的桨叶将遭遇1100英尺/秒的空气速度。然而，当桨叶向后运动时，则桨叶遭遇仅300英尺/秒的空气速度。空气速度上的这种巨变将发生在小到十分之二秒内。 

直升机桨叶的升力系数为常数、且正比于所述升力除以空气速度的平方。因为桨叶在向后运动侧上遭遇的空气速度远低于在向前侧上所遭遇的空气速度，在向后侧上的升力远小于在向前侧上的升力，由此导致失衡。使向后侧上的升力增加的方法是加大桨叶在向后侧上的迎角。 

当直升机的前进速度提高时，必须加大桨叶后侧上的迎角，以使升力增加。在某些方面，迎角太大而桨叶失速。当桨叶失速 时，桨叶不能再提供增加的升力。在桨叶发生失速时的迎角定义了桨叶的最大升力能力并提供了对可实现的前进速度的限制。 

直升机前进速度的另一限制是阻力。如果在直升机主旋翼的向后运动桨叶的升力增加的同时，阻力也同时显著地增加，则由于所述增加的升力而可获得的速度将会受到所述相应的阻力的限制。结果，最好是在保持升阻比尽可能最小的同时来增加直升机桨叶的升力。 

直升机前进速度也受到主旋翼桨叶的桨梢速度的影响。所述直升机桨叶的速度随着使桨叶的桨梢获得最高速度的半径而增加。桨叶的桨梢可获得接近于声速的速度。所述接近于声速的速度被称为高马赫数。 

当直升机桨叶达到高马赫数时，所述桨叶开始发生失速。桨叶的失速再次限制了直升机可获得的前进速度。结果，最好是在桨叶经历高马赫数时延迟直升机主旋翼桨叶的失速。 

鉴于前述，能意识到非常需要存在这样的系统和方法，其能有利地提供给直升机桨叶以更高升力、具有更小阻力、并可延迟高马赫数下的失速。 

发明内容

本发明的一个实施例是具有后部弧面横截面的主旋翼直升机桨叶，其中所述横截面的翼弦线与所述横截面的中弧线之间的差在所述翼弦线的中点和所述横截面的机翼后缘之间达到最大值。所述横截面的翼弦线和所述横截面的中弧线之间的差自所述横截面的机翼前缘起增大直到在所述横截面的机翼后缘和所述翼弦线的中点之间达到最大值、然后减小直到机翼后缘，以生成桨叶的后部弧面。所述后部弧面产生更高升力、具有更小阻力、并延迟高马赫数下的失速。 

本发明的另一个实施例是具有后部弧面横截面的主旋翼直升机桨叶，其中，所述横截面的翼弦线和所述横截面的中弧线之间的差在所述横截面的机翼前缘和所述翼弦线的中点之间达到最大值。 所述横截面的翼弦线和所述横截面的中弧线之间的所述差自所述横截面的机翼前缘起增大直到在所述机翼前缘和所述翼弦线的中点之间达到最大值、然后减小直到所述横截面的机翼后缘。所述差的斜率依次为自所述机翼前缘起减小直到所述最大值、然后自所述最大值起负增大、再后负减小、以及最后负增大直到所述机翼后缘。所述斜率自所述最大值起负增大、再后负减小、以及最后负增大直到所述机翼后缘，以生成所述桨叶的后部弧面。所述后部弧面产生更高升力、具有更小阻力、并延迟高马赫数下的失速。 

本发明的另一个实施例是具有后部弧面横截面的主旋翼直升机桨叶，其中，所述横截面的翼弦线和所述横截面的中弧线之间的差在所述横截面的机翼前缘和所述翼弦线的中点之间达到最大值。所述横截面的翼弦线和所述横截面的中弧线之间的所述差自所述横截面的机翼前缘起增大直到在所述机翼前缘和所述翼弦线的中点之间达到最大值、然后减小直到所述横截面的机翼后缘。所述差的斜率依次为自所述机翼前缘起减小直到所述最大值、然后自所述最大值起负增大、再后负减小、接着负增大、以及最后负减小直到所述机翼后缘。所述斜率自所述最大值起负增大、再后负减小、接着负增大、以及最后负减小直到所述机翼后缘，以生成所述桨叶的后部弧面。所述后部弧面产生更高升力、具有更小阻力、并延迟高马赫数下的失速。