[发明专利]凹弧复合翼型叶片及螺旋桨

说明书

本发明涉及到一种凹弧复合翼型叶片及螺旋桨，属于发动机中叶片类，或属于船舶、飞机用螺旋桨类。

人类仿照鸟翼制造出各类翼型部件，重要的几类如汽轮机中叶片、飞机发动机中涡轮叶片，飞机机翼和螺旋桨、船舶用螺旋桨等，并形成传统二维翼型机翼理论，依照该理论制造的叶片、机翼、螺旋桨桨叶的横向叶型都是采用传统二维翼型，其径向都是横向二维翼型依次排列而成，采用这种叶片制成的螺旋桨由于二维翼型产生的推(拉)力系数较小，存在着效率较低、能耗较高，航速较低的缺陷。

本发明的目的是提供一种推(拉)力系数较大、从而效率较高、能耗较低、航速较快的凹弧复合翼型叶片及飞机、船舶用螺旋桨。

本发明的目的是以下述方式予以实现的，本凹弧复合翼型叶片横向叶型仍为传统二维翼型，其径向叶型由传统二维翼型整体径向向吸力而方向弯曲而成凹弧翼型；而凹弧复合翼型螺旋桨则基本上不改变现有螺旋桨结构状态和工艺水平，只将桨叶变换为凹弧复合翼型叶片而成。

本发明的特点是其产生的推(拉)力系数较大，提高航速，从而效率增高，能耗降低、且节省材料，依照本凹弧复合翼型原理制成的凹弧复合翼型螺旋桨模型，经《华中理工大学交通科学与工程学院船模拖曳水池试验室》进行敞水试验证实(试验报告中称为纵向弧面复合翼型螺旋桨)：

1、凹弧复合翼型螺旋桨与传统桨相比，两桨最大敞水效率接近时，前者的推力系数K_T比传统桨增大30％以上，扭矩系数也同步增大，在传统桨最高效率的同等进速系数下，前者的推力系数K_T比传统桨增大50％以上，扭矩系数K，也相应增大；2、凹弧复合翼型螺旋桨从0到最高敞水效率时的进速系数区域比传统桨大；3、另外如从盘面比比较，在K_T等指标接近的情况下，凹弧复合翼型螺旋桨盘面比小，故能省材，重量轻。因而本发明可广泛应用于飞机的机翼、螺旋桨及涡轮发动机之涡轮叶片，船舶螺旋桨、汽轮机叶片及风扇等。

附图1为凹弧复合翼型叶片示意图，图2为其A-A向剖面图，u为流体流速，α为冲角；图3、4为凹弧复合翼型螺旋桨结构示意图：图5为凹弧复合翼型螺旋桨结构改制示意图，B为桨叶叶梢C到叶根D长度， H为凹弧弦高：图6为凹弧翼型相邻的两个横向剖面A-A、B-B的两个涡旋流相互作用示意图，图中1是螺旋桨桨毂，2是桨叶。

本发明的实施例如下：

1、凹弧复合翼型叶片的横向叶型为传统二维翼型，径向叶型由传统二维翼型整体径向向吸力面方向弯曲、各剖面间圆滑转接而成凹弧翼型，其凹弧弦高H与叶片的叶梢到叶根的径向长度B的比值在H∶B；0.001～0.4之间。故可将叶片如机翼等、或螺旋桨等的扭曲浆叶改成本凹弧复合翼型叶片。

2、凹弧复合翼型螺旋桨包括桨毂和桨叶，在基本上不改变传统螺旋桨的结构和工艺水平情况下，将传统桨叶变换为凹弧复合翼型桨叶即可，即桨毂上有两片以上以凹弧复合翼型叶片形成的桨叶2。

本凹弧复合翼型叶片和螺旋桨之升力或推(拉)力系数的计算是依据凹弧复合翼型理论，该理论是参照传统二维翼型理论中的普朗特流体力学概论中的低速平板翼方法得出，由横向叶型和径向凹弧翼型两部分各自产生的升力相迭加而得到整体凹弧复合翼型叶片总升力，径向凹弧翼型产生的升力计算参见附图6，凹弧翼型两相邻横向剖面A-A、B-B各产生一单独涡旋流，因径向凹弧翼型上表面呈收敛状，两涡流在上表面内相互靠拢、迭加，作用在相应的A-A、B-B剖面上，故每个横剖面上将只有二分之一环量作用，故其升力系数计算公式为：而横向叶型是传统二维翼型，故其升力系数的计算公式为：

上述(1)、(2)两式中：ρ为流体密度，u为流体相对速度，a为冲角，b为翼型弦长，C_Y为升力系数。因两个升力方向相同，故总升力系数为：

CY_总=CY_径+CY_横=πa+2πa=3πa    (3)

当公式(3)用于螺旋桨上的计算时，根据传统螺旋桨特性曲线公式(4)、(5)、(6)、(7)，

J=V_A/nD              (4)

KT=T/ρn²D⁴         (5)

KQ=Q/ρn²D⁵         (6)

η=KT·J/KQ·2π               (7)