[发明专利]一种类三角布局高空螺旋桨

说明书

本发明公开了一种类三角布局高空螺旋桨，包括两个螺旋桨叶片和一个连接轴，两个螺旋桨叶片对称安装在连接轴上，螺旋桨叶片的一端为根部，另一端为梢部，连接轴与螺旋桨叶片的根部固定连接，螺旋桨叶片最大弦长为螺旋桨叶片总长度的19.7％；螺旋桨叶片最大受载翼剖面弦长为螺旋桨叶片总长度的11.5％；螺旋桨叶片的翼尖形状为小翼尖；螺旋桨叶片主承载区位于螺旋桨叶片的中部，螺旋桨叶片主承载区的面积是螺旋桨叶片总面积的56％。本发明克服了传统螺旋桨在高空长航时运转过程中效率与推力不足的缺陷，并且兼顾了高低空性能，实现了在临近空间各个飞行高度的高效运转。

技术领域

本发明涉及一种类三角布局高空螺旋桨，属于临近空间长航时无人飞行器螺旋桨技术领域。

背景技术

近年来，高空无人长航时飞行器的相关研究正在以空前的速度发展，其在军用和民用领域的应用前景将十分广泛。

由于高空无人长航时飞行器的工作环境为临近空间，受低密度空气等各种因素影响，常规推进系统的效率会显著降低。根据当前国际上推进系统的发展水平，以及此类飞行器的长时间滞空停留和太阳能利用等多方面要素的综合考虑，螺旋桨仍然是低速临近空间飞行器的主要推进动力方式，成为高空长航时无人飞行器研制的关键技术之一，其性能的优劣对研制成败具有极其重要的影响。

复杂而特殊的环境特性是形成螺旋桨设计技术难点的主要原因之一，低速临近空间飞行器升降过程高度变化范围是从地面至20km或更高的空间，大气密度变化大，雷诺数较低，螺旋桨雷诺数约5E4～5E5，高低空气动特性、可用推力和功率都发生很大变化。20km左右高空的平流层空气密度约为海平面处的1/14，压强约1/18，呈高空低雷诺数效应。由此，普通螺旋桨翼型在小攻角下可能出现层流分离，升力系数随攻角增大缓慢增加，并出现静态滞回，而阻力系数迅速增大，导致螺旋桨气动效率严重下降。同时，为了弥补平流层大气密度降低引起的螺旋桨推力和功率损失，保证推进系统有足够的抗风和推进能力，常见的高空螺旋桨直径和转速都比较大，而高空声速比地面又有所降低，就会导致叶梢局部马赫数较高甚至出现激波，进一步加剧了气流分离损失。因而要求螺旋桨具有良好的适应性，如果临近空间飞行器的螺旋桨桨叶直径大，相对厚度薄，截面扭转角较大，则能够实现飞行器轻质高强高效的设计目标，有利于进一步完善临近空间飞行器的性能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种类三角布局高空螺旋桨，该螺旋桨叶片采用小翼尖构型，通过调整螺旋桨叶片各个位置的弦长、厚度、主承载区的比例关系以及扭转角的变化范围，实现无人飞行器在临近空间低雷诺数条件下推力与效率的指标要求。

本发明的技术解决方案是：

一种类三角布局高空螺旋桨，包括两个螺旋桨叶片和一个连接轴，两个螺旋桨叶片对称安装在连接轴上，螺旋桨叶片的一端为根部，另一端为梢部，连接轴与螺旋桨叶片的根部固定连接，每个螺旋桨叶片均采用小翼尖构型，螺旋桨叶片根部至梢部的弦长分布呈先增大后减小的趋势，螺旋桨叶片的最大受载翼剖面、最大弦长和主承载区均位于螺旋桨叶片的中部。

在上述的一种类三角布局高空螺旋桨中，螺旋桨叶片的最大弦长为螺旋桨叶片总长度的19.7％，螺旋桨叶片的最大受载翼剖面弦长为螺旋桨叶片总长度的11.5％，螺旋桨叶片主承载区位于沿螺旋桨叶片展向30％～80％之间，螺旋桨叶片主承载区的面积为螺旋桨叶片总面积的56％。

在上述的一种类三角布局高空螺旋桨中，螺旋桨叶片的最大受载翼剖面位于沿螺旋桨叶片展向60％处，螺旋桨叶片主承载区呈三角形分布，螺旋桨叶片主承载区的弦长大，雷诺数高，马赫数低，升阻特性好。

在上述的一种类三角布局高空螺旋桨中，螺旋桨叶片的根部扭转角大于梢部扭转角，螺旋桨叶片的根部扭转角与梢部扭转角相差52°。

在上述的一种类三角布局高空螺旋桨中，螺旋桨叶片的最大弦长位于沿桨叶展向30％处。