一种极低雷诺数高效高空螺旋桨及高空无人机制造技术

本发明专利技术提供一种极低雷诺数高效高空螺旋桨及高空无人机，该螺旋桨为两叶螺旋桨，包括第一桨叶和第二桨叶；第一桨叶和第二桨叶相对于螺旋桨轴对称设置，螺旋桨直径为4～5米，最大弦长为400～600mm。采用高升力低雷诺数螺旋桨翼型设计出内侧宽、具有桨梢后掠特征的桨叶，第一桨叶和第二桨叶均在80％R～90％R范围内具有后掠的几何特征，后掠幅度0～0.05R。第一桨叶和所述第二桨叶均在35％R～45％R范围内的弦宽最大。该螺旋桨工作于1万～10万极低雷诺数流动状态、25～30km高空的长时巡航状态下时，螺旋桨吸收功率为6～10千瓦。螺旋桨效率大于80％，可降低高空无人机推进系统的能源需求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种极低雷诺数高效高空螺旋桨及高空无人机，该螺旋桨为两叶螺旋桨，包括第一桨叶和第二桨叶；第一桨叶和第二桨叶相对于螺旋桨轴对称设置，螺旋桨直径为4～5米，最大弦长为400～600mm。采用高升力低雷诺数螺旋桨翼型设计出内侧宽、具有桨梢后掠特征的桨叶，第一桨叶和第二桨叶均在80％R～90％R范围内具有后掠的几何特征，后掠幅度0～0.05R。第一桨叶和所述第二桨叶均在35％R～45％R范围内的弦宽最大。该螺旋桨工作于1万～10万极低雷诺数流动状态、25～30km高空的长时巡航状态下时，螺旋桨吸收功率为6～10千瓦。螺旋桨效率大于80％，可降低高空无人机推进系统的能源需求。【专利说明】一种极低雷诺数高效高空螺旋桨及高空无人机
本专利技术属于空气动力学
，具体涉及一种极低雷诺数高效高空螺旋桨及高空无人机。
技术介绍
美国的“太阳神”无人机利用太阳能驱动螺旋桨作为动力，在试飞中曾达到29400米的高度。对于此类高空无人机，无论是机翼还是螺旋桨均存在特殊的低雷诺数问题。雷诺数在I万?10万量级时，翼型表面上的层流附面层很容易发生分离，使得气动性能严重恶化，并表现出很强的非线性特征。 现有技术中公开的螺旋桨，通常是针对雷诺数大于15进行设计，无法应用于I万?10万极低雷诺数下的高空无人机。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种极低雷诺数高效高空螺旋桨及高空无人机，该螺旋桨可高效应用于I万?10万极低雷诺数下的高空无人机。 本专利技术采用的技术方案如下: 本专利技术提供一种极低雷诺数高效高空螺旋桨，所述螺旋桨为两叶螺旋桨，包括第一桨叶和第二桨叶；所述第一桨叶和所述第二桨叶相对于螺旋桨轴对称设置； 所述第一桨叶和所述第二桨叶的相对弦宽分布函数均为: C (r/R) = -B1X (r/R-b^ ^c1 其中: 1^ = 0.4(^0.05 C1 = 0.25±0.05 f1.45±0.05 HR<b、 _2] αι - |0 55士0 05 ?/R>b\. 其中，C为剖面相对弦宽，r为剖面半径，R为桨叶半径，r/R为剖面相对半径，B1为—次项系数，bl为最大弦宽所在的剖面相对半径，C1为最大弦宽； 所述第一桨叶和所述第二桨叶的扭转角分布函数均为: β (r/R) = a2X (r/R) 2+b2 (r/R)+C2 其中: a2 = 50 ±5 b2 = —110 ±5 c2 = 70 ±5 其中，β为剖面扭转角，r为剖面半径，R为桨叶半径，r/R为剖面相对半径，a2，b2，C2分别为函数系数。 优选的，所述螺旋桨直径为4?5米，最大弦长为400?600mm。 优选的，所述第一桨叶和所述第二桨叶均在80% R?90% R范围内具有后掠的几何特征，后掠幅度O?0.05R。 优选的，所述第一桨叶和所述第二桨叶均在35% R?45% R范围内的弦宽最大。 本专利技术还提供一种高空无人机，所述高空无人机包括上述的极低雷诺数高效高空螺旋桨。 优选的，所述高空无人机为工作于I万?10万极低雷诺数流动状态、25?30km高空的长时巡航无人机。 本专利技术提供一种极低雷诺数高效高空螺旋桨及高空无人机，具有以下优点: 该螺旋桨工作于I万?10万极低雷诺数流动状态、25?30km高空的长时巡航状态下时，螺旋桨吸收功率为6?10千瓦。螺旋桨效率大于80%，可降低高空无人机推进系统的能源需求。 本专利技术提供的极低雷诺数高效高空螺旋桨及高空无人机，具有以下优点: (I)桨叶内侧较宽的弦长可以提高剖面雷诺数，避免雷诺数过低导致的气动性能恶化严重现象； (2)由于强激波易导致螺旋桨效率大幅降低，而本专利技术中桨叶设计为外侧后掠几何特征，因此，可以避免桨叶在高速旋转时出现强激波，提高螺旋桨效率。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术提供的极低雷诺数高效高空螺旋桨的侧视图； 图2本专利技术提供的极低雷诺数高效高空螺旋桨的俯视图； 图3为本专利技术提供的试验螺旋桨的弦宽分布曲线； 图4为本专利技术提供的试验螺旋桨的扭转角分布曲线； 图5为本专利技术提供的试验螺旋桨的前进比-效率曲线； 图中:1-第一桨叶；2-第二桨叶； 3-试验螺旋桨效率的理论计算值； 4-试验螺旋桨效率的风洞试验值。 【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术进行详细说明: 本专利技术提供一种适用于工作高度25?30公里、极低雷诺数(I万?10万)环境、额定功率6?10kw、转速600?1000转/分的定距变转速两叶螺旋桨，效率达到80%，如图1和图2所示，分别为螺旋桨的侧视图和俯视图，螺旋桨直径为4?5米，最大弦长为400?600mm,包括第一桨叶和第二桨叶；第一桨叶和第二桨叶相对于螺旋桨轴对称设置，也就是说，第一桨叶和第二桨叶几何外形和结构参数完全相同。第一桨叶和第二桨叶均在80%R?90% R范围内具有后掠的几何特征，后掠幅度O?0.05R。另外，第一桨叶和第二桨叶均在35% R?45% R范围内的弦宽最大； 具体的，第一桨叶和第二桨叶的相对弦宽分布函数均为: C (r/R) = X (r/R-b^ ^c1 其中: I3l = OjO1-OS C1 = 0.25 ±0.05 1.45±0.05 HR<b、 αι - ^055 士 0 05 r/R> b'.， 其中，C为剖面相对弦宽，r为剖面半径，R为桨叶半径，r/R为剖面相对半径，ai为~■次项系数，bj为最大弦宽所在的剂面相对半径，C1为最大弦宽； 第一桨叶和第二桨叶的扭转角分布函数均为: β (r/R) = a2X (r/R) 2+b2 (r/R) +C2 其中: a2 = 50 ±5 b2 = -110 ±5 c2 = 70 ±5 其中，β为剖面扭转角为剖面半径,R为桨叶半径,r/R为剖面相对半径，a2,b2,C2分别为函数系数。 以直径4.5米的试验螺旋桨为例，验证本专利技术提供的极低雷诺数高效高空螺旋桨的高效率性: 试验螺旋桨的剖面选用国外公开的E387翼型，试验螺旋桨共有2片桨叶，其桨叶的相对弦宽分布曲线见图3，相对弦宽分布函数为: C (r/R) = X (r/R-b^ ^c1 其中: b1 = 0.40 C1 = 0.25 il.45 r/R<b, a； =i, [0.55 r!R>bx 桨叶的扭转角分布曲线见图4，其扭转角分布函数为: β (r/R) = a2X (r/R) 2+b2 (r/R) +C2 其中: a2 = 50 b2 = -110 c2 = 70 由图3和图4可以看出，桨叶在80% R?100% R范围内具有后掠的几何特征，80% R剖面处的后掠幅度为0，100% R剖面处的后掠幅度为0.045R。 将试验螺旋桨进行风洞试验，风洞试验结果得到的前进比-效率曲线见图5中的曲线4 ;将试验螺旋桨进行雷诺平均Navier-Stokes方程的理论计算，理论计算结果得到的前进比-效率曲线见图5中的曲线3;对比曲线3和曲线4可以看出，风洞试验结果与雷诺平均Navier-Stokes方程的理论计算结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极低雷诺数高效高空螺旋桨，其特征在于，所述螺旋桨为两叶螺旋桨，包括第一桨叶和第二桨叶；所述第一桨叶和所述第二桨叶相对于螺旋桨轴对称设置；所述第一桨叶和所述第二桨叶的相对弦宽分布函数均为：C(r/R)＝‑a1×(r/R‑b1)2+c1其中：b1＝0.40±0.05c1＝0.25±0.05a1=1.45±0.05r/R≤b10.55±0.05r/R>b1;]]>其中，C为剖面相对弦宽，r为剖面半径，R为桨叶半径，r/R为剖面相对半径，a1为二次项系数，b1为最大弦宽所在的剖面相对半径，c1为最大弦宽；所述第一桨叶和所述第二桨叶的扭转角分布函数均为：β(r/R)＝a2×(r/R)2+b2(r/R)+c2其中：a2＝50±5b2＝‑110±5c2＝70±5其中，β为剖面扭转角，r为剖面半径，R为桨叶半径，r/R为剖面相对半径，a2，b2，c2分别为函数系数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许建华，杨旭东，张顺磊，宋文萍，朱敏，宋超，宋笔锋，安伟刚，王海峰，李育斌，张玉刚，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61