專利名稱：：渦輪槳的制作方法渦輪槳本發明涉及一種流體動力機械，具體說是一種可廣泛替代螺旋槳或旋翼高的渦輪槳。螺旋槳是一種直徑較小、轉速高，廣泛應用于船舶、艦艇、螺旋槳飛機和水下武器的動力機械。旋翼是一種外觀與螺旋槳類似的直升機動力部件。螺旋槳或旋翼轉動時，槳葉誘導流體避繞流過槳葉表面，流體因槳葉表面不同曲率形成相對流速差，導致槳葉表面產生壓強差，因而槳葉獲得舉力或推力。所以槳葉的結構設計相當重要。現在的槳葉采用高級復合材料制成，以滿足槳葉強度和韌性需求，壽命可以達到無限。在實際應用中，翼型(葉型)和槳尖是槳葉設計的重點，通常需要先進的工藝技術，耗費大量人力，以期達到理想氣動布局，以求減弱槳尖的壓縮性效應，改善槳葉的氣動載荷分布，降低槳葉的振動和噪聲，提高螺旋槳或旋翼的氣動效率。但是一些由槳葉結構帶來的根本性問題難以徹底解決。槳葉承受了全部載荷，再加上自身重力和慣性離心力的作用，槳葉經常舞動，使流體環境變得復雜，嚴重影響螺旋槳的效率;而槳葉根部因扭曲、內部巨大張力和載荷帶來的力矩，極易折損，因此必須使用特種材料或特殊工藝技術來加強槳葉的韌性和強度以延長槳葉壽命。槳葉承受全部載荷的另一弊端是螺旋槳轉軸與機體連接部位摩擦較大，磨損大，整體傳動效率低。最大問題還是升力有限，升力和阻力均與槳葉厚度長度和攻角正相關，則必然存在最大升阻比限制，自然槳葉就存在最大效率限制。還有，螺旋槳或旋翼高速推進時不具有較大載荷能力，帶來諸多應用不便。為解決上述槳葉因受全部載荷易折損、振翅抖動，螺旋槳或旋翼推進時載荷小、升阻比受限，和改善螺旋槳或旋翼整體效率，本發明提供了一種在傳統螺旋槳或旋翼基礎上改善的，但結構與之有根本區別的渦輪槳。槳盤承擔了全部氣動載荷，槳葉僅起到壓縮加速流體作用。因為有工作于渦流環境的槳輪，和類于螺旋槳和旋翼的功用，故本發明被命名為"渦輪槳"。本發明的設計核心思想是槳盤因兩面流體存在巨大壓力差而獲得強烈舉力。具體設計方案是酷似明輪的槳輪緊貼槳盤一面高速旋轉，迫使流體徑向高速運動，但槳盤另一面上的流體并未得到加速，因而槳盤因兩面流體速度巨大落差而得到強烈舉力。本發明的的顯著創新特征是槳盤的概念實體化。渦輪槳具有專用于流場作用的槳盤，其結果是擴大了實際有效的荷載面'積。渦輪槳不再是幾片槳葉的荷載面積，而是整個爽盤承受載荷，氣動布局更加合理，載荷分布均勻，便于控制，降低了渦輪槳對材料的強度要求，有利于節約成本。與傳統螺旋槳和旋翼有質的區別是槳盤承擔了全部的氣動載荷。氣動壓力直接作用于機體殼體或與機體相連的槳盤，拉開了高速流體與低速流體的作用距離，有利于進一步減小低速流體速度，擴大作用于機體殼體或槳盤的壓力差，因而獲得強勁推力或舉力。這是槳葉荷載無法達到的，槳葉旋轉時，不可能達到一載荷面相對槳葉速度幾乎為零而另一載荷面相對槳葉速度卻很大。對槳葉來說，減小了槳葉上的作用力，減小了槳葉震動和噪音，延長了槳葉壽命，避免了槳葉承擔載荷所帶來的一系列問題。另一創新要點是槳葉把全部軸功率用于徑向加速流體。槳葉運動時，前緣平滑面擠壓流體，使流體方向一致地徑向向外輻射流出，流體徑向速度可全部用來與另一載荷面無徑向速度或速度很小的流體作用產生壓力差而對槳盤或機體殼體做功，流體被加速獲得的動能理論上可全部轉化為槳盤提升或機體前進的機械能，能量利用率可以達到最大。傳統的螺旋槳或旋翼對流體加速后，下洗流不僅帶走了大量動能，造成了能量浪費，還對其他方面產生不利影響，如下洗流沖擊在機體殼體上耗掉部分升力或推力。下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明圖l是本發明的俯視平面圖；圖2是圖1中任一槳葉的I一I截面剖視中1、槳葉；2槳盤；3槳轂；4間隙。在圖中，槳穀3位于槳盤2中心，槳葉1固接在槳轂3上，槳盤2半徑大于槳葉1的半徑；槳葉1與槳盤2不直接接觸，之間留有狹小間隙，槳葉1和槳轂3可以相對槳盤2轉動。槳葉1呈長條狀，中部適度向旋進方向凸起的流線造型，前緣有與槳盤垂直或近乎垂直的平滑面，一直從槳根延伸至槳尖。槳葉l厚度不宜過大，可以很薄，只要轉動時槳盤2面上覆蓋著一層高速流動的空氣膜就行。槳盤2中心有安裝槳轂3的孔,表面平整光滑，可以是獨立盤狀部件，與機體相連;也可以是機體平坦的表面，附屬在機體上。間隙4以槳葉1旋轉時剛好不接觸槳盤2為宜，當槳葉1與槳盤2采取了好的潤滑散熱措施時可考慮不保留間隙4。圖2中，當槳葉1相對槳盤2轉動時，槳葉1前緣平滑面壓縮加速流體，流體主要沿槳盤2徑向流動，此時槳盤2下盤面流體仍保持原來低速運動或不運動。我們可粗略計算一下槳盤所受舉力。根據伯努力方程P+pgh+ipV^常量，槳盤引起的高度差h(即槳盤厚度)可忽略不計，上下壓強差主要取決于流體速度差。由于槳盤下槳面流體速度基本一致，可將每一點的流速都記為V。在半徑為r的槳盤圓周上，下槳面對上槳面壓力差為dF=+p(V2-V。)*7ir2dr，對于槳轂半徑為r，N根槳葉，槳葉厚度為b，半徑為R的渦輪槳來說，其舉力為F二i兀pco2R4-+71pr2v。2，其中co是渦輪槳角速度。同時，粗略計算一此渦輪槳的阻力矩。設半徑為r處的槳葉單位面積上的阻力為f=+kpV2，k為阻力系數，則此處阻力功率為dP=+kpV2*bdr*V整個渦輪槳的阻力功率為P4Nbk/9。3(R4-r4),下面以應用于直升機旋翼為例，計算相關數據以測試本發明效果。下表數據來自中國航空信息網(www.aeroinfo,com.cn/index.asp)。<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>從表中數據，推算貝爾206L-4"遠程突擊隊員"IV旋翼最大拉力約為20kN，旋翼最大功耗為365kw。現在相同功率參數下對渦輪槳進行保守的計算，設槳轂半徑為r=0.2m，槳葉數N-6，槳葉厚度為b^.05m，空氣密度p=1.2kg/m3，阻力系數取極保守值k=l，由P=^Nbk/9CO3(R4-r4)計算，a^20rad/s,則渦輪將提供拉力F—7TpCO2R4=381kN，是20kN的19倍。上面計算誤差較大，但誤差決不會超過一個數量級，并且是保守計算，所以計算結果還是可信的。渦輪槳在同等功率下提供拉力少為原來10倍，說明渦輪槳效率很高，槳盤載荷非常大。由此反觀，螺旋槳或旋翼效率遠不及渦輪槳，造成的能量浪費較大。這就能縮小此類提供拉力的流體動力裝置的尺寸，沒必要再制造那么龐大的螺旋槳或旋翼，減小槳葉阻力矩，減輕發動機負荷，減小去渦輪槳應用的動力掣肘。渦輪槳類似旋翼最直接的應用可大大減小大載重空中運輸的成本，提供了一條比船舶運輸方便快捷的途徑。一個富有設想的實施例是，制造一種小型飛行器。現有技術條件下，完全可以制造出半徑一米多，每秒七八轉的渦輪槳飛行器，功耗為幾千瓦，載重上百千克。這相當于把直升機小型化簡略化，成本不會太高，個人可以實現低空自由飛翔的夢想。這對特警、傘兵等具有極其重要的戰略利益。本發明除了類似于螺旋槳和旋翼常規應用外,最為典型的是實施例是渦輪槳應用于螺旋槳飛機，渦輪槳作為高速推進的動力。傳統螺旋槳飛機因為螺旋槳的動力不足，無法突破音障，而渦輪槳卻有實現得可能。機體高速運動時，若作為獨立槳盤，渦輪槳槳盤后面極易產生負壓，導致阻力較大。最好的應用方法是將渦輪槳安放在機體前端，利用機體殼體作為槳盤，機體殼體呈流線型，尾部尖尖的。前面流體順著機體殼體流到尾部時速度變小，此時尾部流體依然可以與槳盤上的流體產生巨大壓強差，而整體阻力卻大為下降。同時這種機體殼體附屬槳盤的方式整體安全性增強，首先是渦輪槳的隱蔽性增強，不必擔心槳尖會打到某物，自然也添加了槳葉受攻擊的難度。其實這些同樣適用水下潛艇、魚雷等。權利要求1.一種渦輪槳，由槳盤、槳葉、槳轂組成，其結構關系是槳轂位于槳盤中心，槳葉固接在槳轂上，槳盤半徑大于槳葉的半徑；槳葉與槳盤不直接接觸，之間留有狹小間隙，槳葉和槳轂可以相對槳盤轉動。2.根據權利要求l所述邱渦輪槳，其槳盤特征是中心有安裝槳轂的孔，表面要求平整光滑；可以是與機體相連的獨立盤狀部件，也可以是機體表面平坦的殼體。3.根據權利要求l所述的渦輪槳，其槳葉特征是，葉片厚度較小，呈長條狀，，中部適度向旋進方向凸起的流線造型；前緣有與槳盤垂直或近乎垂直的平滑面，一直從槳根延伸至槳尖。4.根據權力要求1所述的渦輪槳，其特征是將盤與槳葉不直接接觸，之間保持狹小的間隙；當槳盤與槳葉直接接觸時，將盤或槳葉必須采取好的潤滑散熱措施。全文摘要一種渦輪槳，由槳盤、槳葉、槳轂組成，其結構關系是槳轂位于槳盤中心，槳葉固接在槳轂上，槳盤半徑大于槳葉的半徑；槳葉與槳盤不直接接觸，之間留有狹小間隙，槳葉和槳轂可以相對槳盤轉動。槳葉是中部適度向旋進方向凸起的流線造型的狹長的薄片，前緣是從槳根延伸至槳尖的平滑面，平滑面與槳盤垂直或近乎垂直。當槳葉旋轉時，平滑面擠壓流體沿槳盤徑向運動，而槳盤另一面流體未得到加速，從而槳盤因兩面巨大壓力差而獲得強烈舉力或推力。為方便應用，將盤可以是與機體相連的獨立盤狀平整部件，也可以是機體表面平坦的殼體。渦輪槳載荷大、效率高，具有螺旋槳和旋翼無法比擬的優勢，應用前景廣闊。文檔編號B63H1/00GK101157380SQ200710031389公開日2008年4月9日申請日期2007年11月14日優先權日2007年11月14日發明者吳官舉申請人:吳官舉