用于高速旋翼飞机的螺旋桨桨片制造技术

一种主螺旋桨桨片，表现了独特的外形形状，在该形状中，桨片弦线从桨片内侧区域的根部增加到桨片的外部主要区域。桨片弦线在主要区域内的展向位置处获得了最大弦线，然后向着末稍端部而减小。前缘优选地大体上平直，而后缘则成形为限定弦线。螺旋桨桨片设计的另一个特性特征是桨片的顺桨轴线位置，其中，顺桨轴线定位于一些螺旋桨桨片内部长度上的中间弦线位置处，然后过渡到四分之一弦线位置处。另一个特性特征是沿着桨片跨距的翼型分布，该翼型从粗钝后缘翼型过渡到适于中程马赫数运行的锋利后缘翼型。末端区域优选地利用跨音速流翼型。螺旋桨桨片设计的另一个特性特征是正扭曲梯度与负扭曲梯度的非常规组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高速旋翼飞机的螺旋桨桨片
技术介绍
本专利技术涉及一种用于旋翼(rotary-wing)飞机的主螺旋桨桨片(rotor blade),更具体地涉及一种用于刚性同轴反转旋翼飞机的主螺旋桨桨 片，其能够以超过250节的速度悬停(hover)及巡航。传统旋翼飞机具有前向空速，前向空速受到多种因素的限制。在 这些因素中，其中之一是后行桨片在高前向空速时的失速。当前向空 速增加时，穿过后行桨片的气流速度变慢，从而使桨片可能进入失速 状态。相比之下，穿过前行桨片的气流速度随着增加的前向速度而增 加。进而，直升机的前向运动在螺旋桨的前行侧边与后行侧边之间产 生了升力的不对称性。如果穿过螺旋桨的前行侧边的升力与穿过后行 侧边的升力未被平衡的话，这种不对称性可能产生不稳定状态。相对于传统的单螺旋桨直升机，具有反转刚性螺旋桨系统的旋翼 飞机能够具有更高的速度，这部分地是由于上螺旋桨系统与下螺旋桨 系统上的主螺旋桨桨片的前行侧边之间的升力得以平衡的缘故。此 外，螺旋桨的后行侧边也大体上不会有典型的后行桨片失速，传统的 单螺旋桨或纵列螺旋桨直升机可能承受这种后行桨片失速。为了仍然进一步增加空速，旋翼飞机可结合有辅助平移推进系 统。同轴反转螺旋桨系统与辅助平移推进系统的结合使用，允许旋翼 飞机获得比传统旋翼飞机显著大的速度，同时维持悬停与低速能力。对这些飞行特性重要的一个系统是主螺旋桨的设计，主螺旋桨的 螺旋桨桨片是主要的产生力量和力矩的构件。对结合有反转螺旋桨系 统的旋翼飞机的设计要求显著地不同于传统的旋翼飞机。对于传统的 旋翼飞机，上螺旋桨和下螺旋桨的前行桨片都产生升力；然而，不像 传统的旋翼飞机，反转螺旋桨的后行桨片与增加的飞行速度相称地卸6载，并且不需要产生用于平衡側向(转动)力矩的升力。相反地，转动 平tf通过平衡相等且相反的力矩的净效果而实现，相等且相反的力矩 是由反转螺旋桨的前行側边桨片所产生。从升力产生过程中卸载后行 桨片的能力减轻了后行桨片的失速 一 其为传统旋翼飞机速度限制的 主因，进而允许获得更大的前向飞行速度。高速飞行的另一个后果是高速旋翼飞机的前行桨片所遇到的末 端马赫数显著地高于传统旋翼飞机所遇到的马赫数，并且迫使反转螺 旋桨上的后行桨片在逆流的显著较大区域内运行。典型地，传统旋翼 飞机限制于0.4-0.45之间的前行比值中，相遇前行侧边桨片末端马赫 数在0.80-0.85之间，并且典型地不超过45。/。的后行桨片陷于逆流中。 高速复合旋翼飞机设计成获得超过1.0的前行比值，并且获得大于0.9 的相遇前行侧边桨片末端马赫数。在没有螺旋桨转速调度的情况下， 在该调度中，螺旋桨末端速度随着增加的飞行速度而减小，前行侧边 螺旋桨桨片末端可能超过音速。此外，后行桨片上显著较大的部分， 典型地在前行比值为0.8时多至80%的部分，陷于具有高速度的逆流 中。此外，具有高速度的桨片载荷，甚至在常规运行状态下，显著地 高于传统旋翼飞机的载荷。因此，高速旋翼飞机的空气动力运行环境显著地不同于传统的单 螺旋桨或多螺旋桨飞机所遇到的运行环境。因此，相对于更加现代的 设计，需要显著地不同的主螺旋桨桨片设计。因此，需要提供一种用于高速旋翼飞机飞行包线的螺旋桨桨片， 该飞行包线包括速度超过250节的悬停飞行和前向飞行。专利技术概要根据本专利技术的主螺旋桨桨片包括多个几何特性，包括桨片外形(弦 线)、厚度、翼型及扭曲分布。此设计是螺旋桨性能及高速飞行效率优 化的结果，同时满足了高速旋翼飞机的期望飞行包线中的结构与弹性 要求。桨片设计的主要考虑点是a)最小化前行侧边可压缩性效果(阻力)，b)减小后行側边桨片阻力，C)设计具有充足桨片区域(实体)的螺 旋桨，d)维持桨片空气弹性的稳定性，以及e)维持桨片末端在上螺旋 桨与下螺旋桨之间的分离。通过选择翼型、厚度分布、扭曲、桨片掠形(sweep)及相对于飞行 速度的螺旋桨速度调度而使前行侧边可压缩性效果得以最小化。通过 桨片弦线从内侧区域到外部展向位置的再分布、扭曲剪裁并结合特定 的设计成用于在逆流状态下将阻力最小化的翼型，而使逆流中的后行 侧边桨片阻力得以最小化。桨片区域(螺旋桨实体)使运行设计点性能 效率得以最大化，同时维持了充足的机动余量。设计参数限定成确保 满足桨片空气弹性及末端间隙要求，这些要求从独立的结构动态与空 气弹性分析及承重设计制造考虑中获得。本专利技术的主螺旋桨浆片表现了独特的外形形状，在该形状中，桨 片弦线从桨片内侧区域的根部增加到桨片的外部主要区域。弦线在主 要区域内的展向位置处获得了最大尺寸，然后向着末稍端部而减小。 桨片的弦线分布使得弦线从根部区域到主要区域内的最大弦线位置 平滑地增加，形成连续曲线。桨片的主要区域也是平滑曲线，该平滑 曲线向着末端弦线向下平滑地倾斜(taper)。螺旋桨桨片设计的另一个特性特征是桨片的顺桨轴线的位置，其 中，顺桨轴线定位于螺旋桨桨片内部长度的中间弦线位置处，然后过 渡到四分之一弦线位置处。螺^走桨桨片的根部区域与内侧区域内的中 间弦线位置有助于桨片结构特性分布及制造设计考虑。螺旋桨桨片设计的另 一个特性特征是沿着桨片跨距的翼型分布， 该翼型从适于在逆流中运行的粗钝后缘翼型过渡到适于中程马赫数 运行的锋利后缘翼型。末端区域优选地利用跨音速流翼型。具有粗钝 后缘的根部端部区域倾斜至锋利后缘。螺旋桨桨片设计的另 一个特性特征是正扭曲梯度与负扭曲梯度 非常规的组合。根据飞机的特定设计要求，文中公开的多个桨片特性可单独地或以任何组合的方式而使用。因此，本专利技术提供一种用于高速旋翼飞机飞行包线的螺旋桨桨片，该飞行包线包括速度超过250节的悬停飞行和前向飞行。 附图简述根据当前优选实施例的以下详述，本专利技术的多种特征与优点将为 那些熟悉本领域的技术人员所清楚。伴随详细描述的附图可简要地描 述如下附图说明图1为示例性旋翼飞机实施例的概略示意图，该旋翼飞机与同轴 刚性反转螺旋桨系统一起使用，同轴刚性反转螺旋桨系统结合有本专利技术的桨片；图2A为根据本专利技术而设计的螺旋桨桨片的平面视图； 图2B为根据本专利技术而设计的另一个螺旋桨桨片的平面视图，该 螺旋桨桨片具有名义上恒定的弦线区段； 图2C为桨片弦线分布特性的图形表示；图2D为根据本专利技术而设计的另一个螺旋桨桨片的平面视图，该 螺旋桨桨片具有后掠形(aft swept)末端；图2E为根据本专利技术而设计的另一个螺旋桨桨片的平面视图，该 螺旋桨桨片具有前掠形(forward swept)末端；图2F为根据本专利技术而设计的另一个螺旋桨桨片的后缘视图，该 螺旋桨桨片具有上反角(dihedral)末端/下反角(anhedral)末端；图2G为根据本专利技术而设计的螺旋桨桨片的平面视图，展示了备 选的顺桨(feathering)轴线位置特性；图3为根据本专利技术而设计的螺旋桨桨片的平面视图，展示了截面 视图，该截面视图显示了沿着未扭曲桨片跨距的粗钝后缘翼型区段与 锋利后缘翼型区段；图4为翼型扭曲梯度特性及沿着桨片跨距的翼型区段的相关俯仰 (pitch)朝向的图形表示；9图5A为根据本专利技术而设计的螺旋桨桨片的桨片厚度分布特性， 展示了翼型厚度与弦线比值(t/c)的特性；以及图5B为根据本专利技术而设计的螺旋桨桨片的后缘视图，展示了桨 片厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于旋翼飞机的主螺旋桨桨片组件，其包括：　包含根部附接件弦线的根部区域，所述根部附接件弦线在根部区段处横向于顺桨轴线穿过所述根部区域而获取；　位于所述根部区域外侧的主要区域，所述主要区域包含主要区域最大弦线，所述主要区域最大 弦线在主要区域区段处横向于所述顺桨轴线穿过所述主要区域而获取；　位于所述主要区域外侧的末端区域，所述末端区域包含末端区域弦线，所述末端区域弦线在末端区域区段处横向于所述顺桨轴线穿过所述末端区域而获取；以及　限定于前缘与后缘之间的 桨片弦线，所述后缘沿着所述根部附接件区段的根部后缘、所述主要区域区段的主要区域后缘、及所述末端区域区段的末端区域后缘而限定，所述桨片弦线从所述根部附接件区段增加到所述主要区域区段，并且从所述主要区域区段减小到所述末端区域区段。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：A巴盖，RC莫菲特，RH布莱克威尔，TA克劳斯，
申请(专利权)人：西科尔斯基飞机公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]