一种桨叶、螺旋桨及飞行器的制作方法

1.本实用新型涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种桨叶、螺旋桨及飞行器。


背景技术：

2.螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可有两个或较多的桨叶与轮毂相连，桨叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面。螺旋桨是垂直起降飞行器的重要动力部件，能够为垂直起降飞行器提供向上的升力和水平方向的推力，以带动垂直起降飞行器进行飞行。
3.螺旋桨的力效是螺旋桨的重要的指标参数，力效是指螺旋桨产生单位重量拉力所消耗的功率，对于垂直起降飞行器的续航能力具有重要影响。现有螺旋桨的弦长沿半径方向普遍采用梯形分布，安装角采用线性负扭转方式，因此螺旋桨质量大，力效偏低。


技术实现要素：

4.本实用新型在于提供一种桨叶、螺旋桨及飞行器，能够减轻桨叶的质量，提高桨叶的力效。
5.为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种桨叶，所述桨叶包括叶柄和叶片，所述叶柄设置有安装部，所述安装部用于安装于旋转机构；所述叶片第一端连接于所述叶柄，沿第一方向，所述叶片的截面的弦线的长度逐渐变小，且所述叶片的截面的安装角逐渐变小，所述叶片的旋转半径为304mm至310mm，所述叶片的相对厚度范围为6.7％至8.3％；所述叶片的截面为所述叶片沿第二方向的截面，所述截面的弦线为沿所述第二方向所述截面的前缘到所述截面的尾缘的连线，所述截面的安装角为所述弦线与旋转平面之间的夹角，所述旋转平面为所述叶片的第二端绕所述旋转机构的旋转中心旋转一周所在的平面，所述旋转半径为所述叶片的第二端绕所述旋转机构的旋转中心旋转一周形成的轨迹的半径，所述第一方向为叶片第一端往第二端的方向，所述第二方向与所述第一方向垂直。
6.在一些实施例中，所述叶片在距离所述旋转中心第一距离处的截面的安装角为17.6
°
至21.6
°
；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第二距离处的截面的安装角为10.9
°
至14.9
°
；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第三距离处的截面的安装角为6.5
°
至10.5
°
；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第四距离处的截面的安装角为3.9
°
至7.9
°
；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第五距离处的截面的安装角为2.8
°
至6.8
°
；其中，所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述第四距离和所述第五距离依次增大。
7.在一些实施例中，所述叶片在距离所述旋转中心第一距离处的截面的弦线的长度为43.8mm至47.8mm；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第二距离处的截面的弦线的长度为36.7mm至40.7mm；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第三距离处的截面的弦线的长度为29.6mm至33.6mm；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第四距离处的截面的弦线的长度为22.0mm至26.0mm；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第五距离处的截面的弦线的长度
为18.3mm至22.3mm；其中，所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述第四距离和所述第五距离依次增大。
8.在一些实施例中，所述第一距离为所述旋转半径的30％，所述第二距离为所述旋转半径的50％，所述第三距离为所述旋转半径的70％，所述第四距离为所述旋转半径的90％，所述第五距离为所述旋转半径的95％。
9.在一些实施例中，所述叶片还包括叶面、叶背、第一侧边和第二侧边，所述第一侧边一端连接于所述叶面，所述第一侧边另一端连接于所述叶背，所述第二侧边一端连接于所述叶面，所述第二侧边另一端连接于所述叶背。
10.在一些实施例中，所述第一侧边包括曲面状的向外凸出的第一拱起部，所述第二侧边包括曲面状的向外凸出的第二拱起部。
11.为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种螺旋桨，所述螺旋桨包括如上任一项所述的桨叶。
12.在一些实施例中，还包括旋转机构，所述旋转机构与所述安装部连接，所述旋转机构用于驱动所述安装部转动，从而带动所述桨叶转动。
13.为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的又一个技术方案是：提供一种飞行器，所述飞行器包括如上任一项所述的螺旋桨。
14.在一些实施例中，所述飞行器为垂直起降飞行器。
15.区别于相关技术的情况，本实用新型实施例的桨叶、螺旋桨及飞行器，通过对桨叶的叶片截面的弦长和安装角进行设计，尤其是对弦长和安装角沿叶片第一端至第二端方向进行逐渐减小的分布设计，使桨叶的质量减轻，力效显著提升，产生相等拉力所消耗的功率显著下降。
附图说明
16.图1是本实用新型实施例的桨叶的结构示意图；
17.图2是本实用新型实施例的桨叶的主视图；
18.图3是本实用新型实施例的桨叶的左视图；
19.图4是本实用新型实施例的桨叶的俯视图；
20.图5是图2中的a-a截面示意图；
21.图6是图2中的b-b截面示意图；
22.图7是图2中的c-c截面示意图；
23.图8是图2中的d-d截面示意图；
24.图9是图2中的e-e截面示意图。
25.具体实施方式中的附图标号如下：
26.100、桨叶；1、叶柄；11、安装部；
27.2、叶片；21、叶面；22、叶背；23、第一侧边；231、第一拱起部；24、第二侧边；241、第二拱起部。
具体实施方式
28.为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详
细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。
29.在本实用新型的描述中，应当说明的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
30.在本实用新型的描述中，应当说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个及以上，除非另有明确具体的限定。
31.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.此外，下面所描述的本技术不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.为解决上述技术问题，如图1所示，本实用新型实施方式提供一种桨叶100，桨叶100包括叶柄1和叶片2，叶柄1用于安装于旋转机构(图未示)，旋转机构用于安装于飞行器(图未示)，叶片2的第一端连接于叶柄1，旋转机构旋转运动并带动桨叶100旋转运动，从而驱动飞行器实现上升、下降、前进、后退以及旋转。在本实施例中，叶柄1和叶片2为一体加工而成。
34.接下来，依次对上述叶柄1和叶片2的具体结构作出说明。
35.对于上述叶柄1，如图2所示，叶柄1设置有安装部11，安装部11用于安装于旋转机构。在本实施例中，安装部11为安装孔，通过螺栓穿过安装孔并紧固于旋转机构，以将叶柄1安装于旋转机构，进而将桨叶100安装于旋转机构。
36.对于上述叶片2，如图2至图4所示，叶片2包括叶面21、叶背22、第一侧边23和第二侧边24，第一侧边23一端连接于叶面21，第一侧边23另一端连接于叶背22，第二侧边24一端连接于叶面21，第二侧边24另一端连接于叶背22，当桨叶100安装于旋转机构上时，叶面21朝向旋转机构，叶背22朝向背离旋转机构的一侧，叶面21和叶背22均为曲面。
37.如图2所示，所述第一侧边23包括曲面状的向外凸出的第一拱起部231，第一拱起部231与第一侧边23的其他部分平滑过渡；第二侧边24包括曲面状的向外凸出的第二拱起部241，第二拱起部241与第二侧边24的其他部分平滑过度。
38.叶片2的第二端绕旋转机构的旋转中心旋转一周形成的轨迹的半径为旋转半径，叶片2的第一端朝向第二端的方向为第一方向。沿第一方向，根据叶片2距离旋转中心的距离取五个位置，分别为第一距离处、第二距离处、第三距离处、第四距离处、第五距离处。第
一距离处、第二距离处、第三距离处、第四距离处、第五距离处与叶片2的旋转中心的距离分别为叶片2的旋转半径的30％、50％、70％、90％和95％。
39.叶片2的截面为叶片2沿第二方向的截面，截面的弦线为截面的前缘到截面的尾缘的连线，截面的安装角为弦线与旋转平面之间的夹角。其中，旋转平面为叶片2的第二端绕所述旋转机构的旋转中心旋转一周所在的平面，第二方向与第一方向垂直。
40.在本实施例中，叶片2的旋转半径为304mm至310mm。
41.如图5所示，叶片2在距离旋转中心第一距离处的截面的安装角a为17.6
°
至21.6
°
，此处的安装角a可以为上述数值所界定范围内的任意值；叶片2在距离旋转中心第一距离处的截面的弦线的长度la为43.8mm至47.8mm，此处的弦长la可以为上述数值所界定范围内的任意值。
42.如图6所示，叶片2在距离旋转中心第二距离处的截面的安装角b为10.9
°
至14.9
°
，此处的安装角b可以为上述数值所界定范围内的任意值；叶片2在距离旋转中心第一距离处的截面的弦线的长度lb为36.7mm至40.7mm，此处的弦长lb可以为上述数值所界定范围内的任意值。
43.如图7所示，叶片2在距离旋转中心第三距离处的截面的安装角c为6.5
°
至10.5
°
，此处的安装角c可以为上述数值所界定范围内的任意值；叶片2在距离旋转中心第一距离处的截面的弦线的长度lc为29.6mm至33.6mm，此处的弦长lc可以为上述数值所界定范围内的任意值。
44.如图8所示，叶片2在距离旋转中心第四距离处的截面的安装角d为3.9
°
至7.9
°
，此处的安装角d可以为上述数值所界定范围内的任意值；叶片2在距离旋转中心第一距离处的截面的弦线的长度ld为22.0mm至26.0mm，此处的弦长ld可以为上述数值所界定范围内的任意值。
45.如图9所示，叶片2在距离旋转中心第五距离处的截面的安装角e为2.8
°
至6.8
°
，此处的安装角e可以为上述数值所界定范围内的任意值；叶片2在距离旋转中心第一距离处的截面的弦线的长度le为18.3mm至22.3mm，此处的弦长le可以为上述数值所界定范围内的任意值。
46.根据图5至图9，沿第一方向，即由叶片2的第一端至第二段，叶片2的截面的弦线的长度逐渐变小，且叶片2的截面的安装角逐渐变小。
47.叶片的横截面即垂直于所述第一方向的截面，横截面的边线包括上型线和下型线，所述上型线和所述下型线分别位于所述叶片2的叶面21和叶背22，并且首尾连接。
48.叶片的厚度即任一横截面中，圆心位于弦线并且与所述上型线和所述下型线相切的圆的最大直径。叶片的相对厚度为任一横截面中叶片的厚度与弦长的比值。
49.沿所述第一方向，所述叶片2的相对厚度逐渐减小或者恒定不变；在所述叶片2距离旋转中心大于或等于25％旋转半径处，所述叶片的相对厚度范围为6.7％至8.3％，通过对相对厚度的设计，既能够保证强度，又能减轻重量。其中，在所述叶片2距离旋转中心小于25％旋转半径处，所述叶片2的形状和尺寸设置为与所述叶柄1平滑过度。
50.通过对满足上述条件的桨叶100采用计算流体力学进行气动性能计算，计算其在特定转速下产生的拉力和所需要的轴功率，可得出其力效。本技术的发明人通过cfd验证计算，发现满足上述条件的桨叶与传统桨叶相比，力效得到显著提升。
51.本实用新型实施方式还提供一种螺旋桨(未图示)，螺旋桨包括旋转机构(未图示)以及上述的桨叶100，旋转机构与安装部11连接，旋转机构用于驱动安装部11转动，从而带动桨叶100转动。进一步的，螺旋桨的直径为24inch至24.5inch。螺旋桨具备上述桨叶100的技术特征和有益效果，此处不再赘述。
52.本实用新型实施方式还提供一种飞行器(未图示)，飞行器包括上述的螺旋桨。进一步的，飞行器为垂直起降飞行器。飞行器具备上述桨叶100的技术特征和有益效果，此处不再赘述。
53.本实用新型实施例的桨叶100、螺旋桨及飞行器，通过对桨叶100的叶片2截面的弦长和安装角进行设计，尤其是对弦长和安装角沿叶片2第一端至第二端方向进行逐渐减小的分布设计，使桨叶100的质量减轻，力效显著提升，产生相等拉力所消耗的功率显著下降。
54.需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种桨叶，其特征在于，包括：叶柄，设置有安装部，所述安装部用于安装于旋转机构；以及叶片，所述叶片第一端连接于所述叶柄，沿第一方向，所述叶片的截面的弦线的长度逐渐变小，且所述叶片的截面的安装角逐渐变小，所述叶片的旋转半径为304mm至310mm，所述叶片的相对厚度范围为6.7％至8.3％；其中，所述叶片的截面为所述叶片沿第二方向的截面，所述截面的弦线为沿所述第二方向所述截面的前缘到所述截面的尾缘的连线，所述截面的安装角为所述弦线与旋转平面之间的夹角，所述旋转平面为所述叶片的第二端绕所述旋转机构的旋转中心旋转一周所在的平面，所述旋转半径为所述叶片的第二端绕所述旋转机构的旋转中心旋转一周形成的轨迹的半径，所述第一方向为叶片第一端往第二端的方向，所述第二方向与所述第一方向垂直。2.根据权利要求1所述的桨叶，其特征在于，所述叶片在距离所述旋转中心第一距离处的截面的安装角为17.6
°
至21.6
°
；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第二距离处的截面的安装角为10.9
°
至14.9
°
；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第三距离处的截面的安装角为6.5
°
至10.5
°
；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第四距离处的截面的安装角为3.9
°
至7.9
°
；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第五距离处的截面的安装角为2.8
°
至6.8
°
；其中，所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述第四距离和所述第五距离依次增大。3.根据权利要求1所述的桨叶，其特征在于，所述叶片在距离所述旋转中心第一距离处的截面的弦线的长度为43.8mm至47.8mm；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第二距离处的截面的弦线的长度为36.7mm至40.7mm；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第三距离处的截面的弦线的长度为29.6mm至33.6mm；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第四距离处的截面的弦线的长度为22.0mm至26.0mm；和/或，所述叶片在距离所述旋转中心第五距离处的截面的弦线的长度为18.3mm至22.3mm；其中，所述第一距离、所述第二距离、所述第三距离、所述第四距离和所述第五距离依次增大。4.根据权利要求2或3所述的桨叶，其特征在于，所述第一距离为所述旋转半径的30％，所述第二距离为所述旋转半径的50％，所述第三距离为所述旋转半径的70％，所述第四距离为所述旋转半径的90％，所述第五距离为所述旋转半径的95％。5.根据权利要求1所述的桨叶，其特征在于，所述叶片还包括叶面、叶背、第一侧边和第二侧边，所述第一侧边一端连接于所述叶面，所述第一侧边另一端连接于所述叶背，所述第二侧边一端连接于所述叶面，所述第二侧边另一端连接于所述叶背。
6.根据权利要求5所述的桨叶，其特征在于，所述第一侧边包括曲面状的向外凸出的第一拱起部，所述第二侧边包括曲面状的向外凸出的第二拱起部。7.一种螺旋桨，其特征在于，包括如权利要求1至6中任一项所述的桨叶。8.根据权利要求7所述的螺旋桨，其特征在于，还包括旋转机构，所述旋转机构与所述安装部连接，所述旋转机构用于驱动所述安装部转动，从而带动所述桨叶转动。9.一种飞行器，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的螺旋桨。10.根据权利要求9所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器为垂直起降飞行器。

技术总结
本实用新型涉及涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种桨叶、螺旋桨及飞行器，桨叶包括叶柄和叶片，叶柄设置有安装部，安装部用于安装于旋转机构；叶片第一端连接于叶柄，沿第一方向，叶片的截面的弦线的长度逐渐变小，且叶片的截面的安装角逐渐变小，叶片的旋转半径为304mm至310mm，所述叶片的相对厚度范围为6.7％至8.3％。本实用新型实施例通过对桨叶的叶片截面的弦长和安装角进行设计，尤其是对弦长和安装角沿叶片第一端至第二端方向进行逐渐减小的分布设计，使桨叶的质量减轻，力效显著提升，产生相等拉力所消耗的功率显著下降。产生相等拉力所消耗的功率显著下降。产生相等拉力所消耗的功率显著下降。


技术研发人员：李子硕 梁理达 吉志鹏 张捷
受保护的技术使用者：深圳市好盈科技股份有限公司
技术研发日：2022.09.23
技术公布日：2023/6/8