高性能螺旋桨制造技术

一种高性能螺旋桨，有轮毂，桨叶，其特征是各桨叶叶端有弧形叶边或单边弧形叶边。在桨叶和轮毂之间，或桨叶之间有加强筋。本实用新型专利技术的螺旋桨具有小的诱导阻力损耗，能将离心力转换为有效推力，提高桨叶叶端附近的压力输出，增大桨叶的作用力，提高有效桨叶面积，螺旋桨的流体动力特性趋向展弦比为无穷大的桨叶特性，因此增加桨叶面积，降低排出流体速度和温度，以及应用其他节能原理，效果有较大幅度提高，相对目前技术，效率有大幅度的提高。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种螺旋桨，特别是涉及一种桨叶叶端有弧形叶边或单边弧形叶边的螺旋桨。现有的螺旋桨桨叶由于诱导阻力的影响，最大压力点在0.7叶长附近，主要工作区在0.7叶长附近。从0.7叶长到叶端是桨叶运动速度最快的区域，按面积，该区域占整个螺旋桨旋转面积的一半左右，按产生的作用力，该区域应产生70％左右的作用力。普通螺旋桨在这一区域，由于叶端损失的影响，桨叶正压力面与负压力面的压差反而下降。在叶端，压差几乎降到零，有效作用力贡献几乎为零的位置。叶端是桨叶运动速度最快的位置，但却是普通螺旋桨损耗最大。现有螺旋桨桨叶正压力面与负压力面之间，以及与周围介质之间没有一个稳固的界面，造成叶端损失严重，有效能量转换效率低。现有较大展弦比的桨叶增加叶边的设计型式，由于桨叶本身诱导阻力相对比较小，叶展较长，力臂长，力矩大，桨叶易变形，易使叶边产生大的形状阻力，节能效果相对较小。现有桨叶有叶边的设计型式，叶边没有倾角，叶边影响流体的补充，减少与螺旋桨作用流体的数量。本专利技术的目的是提供一种高性能螺旋桨，它能弥补现有螺旋桨的上述不足。本专利技术的螺旋桨有一个轮毂和多个桨叶，其特征是各桨叶的叶端有弧形叶边或单边弧形叶边。本专利技术的螺旋桨具有小的诱导阻力损耗，能将离心力转换为有效推力，提高桨叶叶端附近的压力输出，增大桨叶的作用力。本专利技术的螺旋桨的弧形叶边1或单边弧形叶边9，几乎没有形状阻力，而且，使桨叶3流体动力特性趋向展弦比为无穷大的桨叶特性，在这特性条件下，增加桨叶弦长，提高桨叶抗变形能力，增加桨叶面积，诱导阻力不会增加。因此，应用增加桨叶面积，降低排出流体速度和温度，以及其它节能原理，相对目前技术，能较大幅度的提高效率。本专利技术螺旋桨相对螺旋桨轴向有倾角的弧形叶边1或单边弧形叶边9，能够增加与桨叶作用流体的数量，增加产生的作用力或增加流体输送量。下面通过附图和实施例进一步说明本专利技术。附附图说明图1为本专利技术的螺旋桨的结构示意图。附图2为其桨叶叶端结构示意图附图3为有环形加强筋的本专利技术的螺旋桨结构示意图。附图4为有外倾角的单边弧形叶边结构示意图。附图5为生涡带的结构和位置示意图。附图6为有环形加强筋的本专利技术的螺旋桨叶端展开图。实施例一在空气中使用的推进用途高性能螺旋桨本专利技术的螺旋桨如图3所示，有轮毂2和多只桨叶3，其特点是各桨叶3叶端固定有弧形叶边1。在桨叶3之间有环形加强筋8。本专利技术的螺旋桨的弧形叶边1，使桨叶3流体动力特性趋向展弦比为无穷大的桨叶特性，因此认为桨叶展弦比为无穷大(λ≈∞)。本专利技术的螺旋桨直径0.8米，有效冲角14度，升力系数L取1，形状展弦比为4，桨叶面积与螺旋桨旋转面积相等，弧形叶边高度平均为桨叶弦长的26％，弧形叶边没有外倾角，环形加强筋8位置在旋桨叶端，桨叶轴向宽度之外，如图6所示。弧形叶边和环形加强筋面积占螺旋桨叶端旋转面积的50％。根据计算和测试结果证明，采用环形加强筋，提高螺旋桨结构强度70％。桨叶没有振颤。取海平面以上大气条件，用美国IHPTET计划要达到的，压气机叶端速度550(米/秒)的技术指标，不考虑气体可压缩性的影响，计算本专利技术的螺旋桨理论上能产生的静态推力F为F=推力(公斤力) A=本专利技术的螺旋桨桨叶面积0.5(平方米)r=转速219(转/秒) V(m)=叶端部速度550(米/秒)ρ=空气密度0.125(公斤.秒2/米4)L=1升力系数R=本专利技术的螺旋桨半径0.4(米)本专利技术的螺旋桨产生的推力F为推力F=0.25LρAV2(m)=4726(公斤力)=46320(牛顿力)计算本专利技术的螺旋桨弧形叶边和环形加强筋产生的摩擦阻力Z本专利技术的螺旋桨比普通螺旋桨增加了弧形叶边和环形加强筋部分的摩擦阻力，下面计算弧形叶边和环形加强筋产生的摩擦阻力，以及相对推力的比例数，评估影响。应用平板阻力计算公式，计算弧形叶边和环形加强筋产生的摩擦阻力Z。设弧形叶边和环形加强筋形状为流线形，阻力近似平板摩擦阻力，这里按弧形叶边和环形加强筋面积为本专利技术的螺旋桨叶端旋转面积的50％计算摩擦阻力。Z=弧形叶边和环形加强筋摩擦阻力(公斤力) Я=雷诺数M=弧形叶边和环形加强筋表面积0.125(平方米) C=阻力系数V(m)=弧形叶边线速度550(米/秒)ρ=空气密度0.125(公斤.秒2/米4)γ=空气的粘性系数1.45×0.00001(米2/秒) 计算弧形叶边和环形加强筋摩擦阻力Z=0.5CρMV2(m)=0.5×0.0021×0.125×0.125×550×550=4.9625(公斤力)弧形叶边和环形加强筋摩擦阻力与本专利技术的螺旋桨推力之比 因此，弧形叶边和环形加强筋摩擦阻力对本专利技术的螺旋桨的影响是很小的。比较本专利技术的螺旋桨与普通螺旋桨的诱导阻力损失1．计算本专利技术的螺旋桨的诱导阻力损失的量值螺旋桨面积A=0.5(平方米) 展弦比为λ≈∞桨叶叶端部速度V(m)=550(米/秒) 升力系数L=1求诱导阻力系数CICI=L2/πλ=1/π∞≈0求诱导阻力RIRI=0.5CIρAV2(m)=02．计算普通螺旋桨诱导阻力损失的量值，螺旋桨面积A=0.5(平方米) 展弦比为λ=4桨叶叶端部速度V(m)=550(米/秒)升力系数L=1求诱导阻力系数CICI=L2/πλ=1/12.6=0.0796求诱导阻力RIRI=0.5CIρAV2(m)=752公斤力本专利技术的螺旋桨的诱导阻力与推力之比0/4726=0普通螺旋桨诱导阻力与推力之比752/4726=0.13本专利技术的螺旋桨在此条件下可以减小相当推力13％的诱导阻力损耗。实例二普通电风扇用高性能螺旋桨本专利技术的螺旋桨如图1所示，有轮毂2和多只桨叶3，其特征是各桨叶3叶端固定有单边弧形叶边9。在桨叶3和轮毂2之间有加强筋5。叶边宽10毫米，叶边有30度外倾角，如图4所示。单边弧形叶边与桨叶负压力面叶端连接处及相邻区域由于是非流线型弧面形状(如图4所示)，所以在弧面上有6毫米宽的生涡带7。本专利技术的螺旋桨有30度外倾角，单边弧形叶边宽10毫米。单边弧形叶边使本专利技术的螺旋桨风扇直径增加为410毫米。增加的风扇直径恰好将单边弧形叶边节省的能量转换为风量。在原电机功率和消耗电量不变的条件下，试验证明能增加风量10％左右。为增加桨叶强度，在桨叶出流边与轮毂之间有加强筋5，经实验测试证明，减小桨叶弯曲和扭转变形20％左右，对输送风量没有影响，基本没有增加桨叶阻力。本专利技术的螺旋桨的单边弧形叶边宽仅10毫米，面积也很小，而且只有摩擦阻力，根据“实例一”估计，摩擦阻力比较小，这里予以忽略。计算普通电风扇的诱导阻力损耗，这一部分就是本专利技术的螺旋桨节省的能量。由于风扇用途的螺旋桨仅有桨叶正压力面的诱导阻力损耗，设它占总诱导阻力损耗的比例设为0.4。r=风扇转速25(转/秒) A=风扇桨叶面积0.1(平方米)V(m)=叶端部速度31(米/秒)λ=展弦比为1．2ρ=空气密度0.125(公斤.秒2/米4)L=升力系数为0.7R=风扇半径0.2(米)F=推力(公斤力)计算普通电风扇的诱导阻力损耗RI求诱导阻力系数CICI=L2/πλ=(0.7)2/3.76=0.13求阻力RIRI=0.5(0.4)CIρAV2(m)=0.312公斤力计算普通电风扇的推力FF=0.25LρAV2(m)=2.1公斤力诱导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能螺旋桨，有轮毂（２）和多个桨叶（３），其特征是各桨叶（３）叶端有弧形叶边（１）或单边弧形叶边（９）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玮，李远灵，孙连云，辛崇华，李向宇，
申请(专利权)人：韩玮，
类型：实用新型
国别省市：95[中国|青岛]