專利名稱：用于飛行器的螺旋槳的制作方法
技術領域：
本發明大體而言涉及用于飛行器的螺旋槳。更特定而言，本發明涉及具有多個復合螺旋槳葉片的螺旋槳。
背景技術：
在航空中已知使用具有一個或多個螺旋槳葉片的螺旋槳來生成空氣流，機身可對空氣流做出反應，例如以便生成向前的推力來推進飛行器[1]。還已知這種螺旋槳可具有可變槳距，使得可調整螺旋槳葉片相對于空氣流的迎角，以便在以任何特定速度操作時優化螺旋槳性能[2-5]。近來，螺旋槳葉片設計的改進導致用于形成葉片W]的復合材料的增加的使用； 這些復合材料在與常規金屬螺旋槳葉片相比時具有重量優點。但是，盡管復合螺旋槳葉片具有若干優點，用于形成它們的材料必須被成形為便于提供在形狀方面從翼型部段到支承葉片根部的大體上平滑且逐漸的過渡，因為所用纖維不能在不失去大量其機械強度的情況下被制成突然改變方向。這與金屬葉片不同，且意味著通常復合葉片的非翼型部的長度大于具有相當的空氣動力學性能的金屬葉片。此外，將在可變槳距螺旋槳中使用的復合葉片需要大體上圓形截面的根部部分來與已知槳距變化軸承接合。因此對于給定翼型大小，具有復合葉片的可變槳距螺旋槳將通常具有比金屬葉片等效物大很多的直徑，這歸因于從翼型到大體上圓形截面的根部的過渡的長度。這導致了螺旋槳的這樣的復合形式其需要相對較大的轂蓋大小且伴隨阻力的增加，以及在試圖優化總體飛行器空氣動力學性能時造成使轂蓋與飛行器機艙匹配的設計難度。
發明內容
因此在考慮到與已知復合飛行器螺旋槳相關聯的上述缺陷的同時來設計本發明。根據本發明的一方面，提供一種用于飛行器的螺旋槳。該螺旋槳包括螺旋槳槳轂；轂蓋，其用于使螺旋槳流線型化；以及，多個復合螺旋槳葉片，其安裝到所述螺旋槳槳轂。所述螺旋槳葉片被布置成在基本上垂直于螺旋槳的旋轉軸線的至少兩個平行平面中在相同旋轉方向中一起旋轉。通過提供安裝于至少兩個平行平面中的這樣的多個復合螺旋槳葉片，可提供本發明的各種方面和實施例，其具有減小直徑的轂蓋，該轂蓋具有改進的空氣動力學輪廓，改進的空氣動力學輪廓可與發動機機艙匹配且對于可變槳距螺旋槳和不變槳距螺旋槳兩者都具有減小阻力的輪廓。
現將結合附圖來描述本發明的各種方面和實施例，在附圖中圖1示出了說明根據本發明的一個實施例的螺旋槳的示意圖；CN 102381469 A
說明書
2/4頁 圖2示出了穿過常規螺旋槳布置所截取的截面圖；圖3示出了穿過根據本發明的一個實施例的螺旋槳布置所截取的截面圖；圖4示出了穿過圖3所示的螺旋槳布置截取的縱截面圖。
具體實施例方式圖1示出了說明根據本發明的一個實施例的用于飛行器的螺旋槳100的示意圖。 該螺旋槳100包括螺旋槳槳轂102，其由容納于機艙116中的飛行器發動機(未圖示)可旋轉地驅動。提供轂蓋104，其包圍螺旋槳槳轂102，用于使螺旋槳100流線型化。在此實施例中，轂蓋104固定到螺旋槳槳轂102，使得當螺旋槳槳轂102由飛行器發動機驅動時它們一起旋轉。轂蓋104在可旋轉的螺旋槳100與固定位置機艙116之間提供了流線型界面，該轂蓋104通常為錐形，具有由Φ表示的最大直徑。多個復合螺旋槳葉片106安裝到螺旋槳槳轂102上且穿過轂蓋104突伸，使得轂蓋104對在葉片106的根部120附近流動的空氣提供流線型化。舉例而言，葉片106可包括編織纖維材料，諸如碳纖維和玻璃纖維中的一種或多種。某些優選實施例使用碳加強的環氧樹脂復合物，這歸因于其強度性質。在此實施例中，葉片106(為了清楚起見僅示出其中的兩個)的根部120由槳距變化軸承114安裝到螺旋槳槳轂上。舉例而言，被設計用于Bombardier Dash 8Q400的當前螺旋槳是六葉片設計，其中這種技術可用于給予減小的槳轂直徑和到翼型部段的更迅速的徑向過渡。但是，可使用各種軸承114，諸如，例如由RPPOtevolvo )制造的那些軸承。備選地，各種有角度接觸型軸承可用于內推力圈，且徑向型滾柱軸承適用于外圈中。槳距變化軸承114，以及其相關聯的螺旋槳葉片106，提供于兩個鄰近平面中，即由d表示的軸向分隔距離分開的第一平面108和第二平面110。第一平面108提供于距機艙116較遠處且第二平面110位于在縱向上更靠近機艙116處。槳距變化軸承114的形狀通常為圓柱形且具有在圖1中表示為χ的直徑。螺旋槳葉片106因此被布置成在第一平面 108和第二平面110中在相同旋轉方向中一起旋轉，其中平面108、110基本上垂直于螺旋槳 100的旋轉軸線112。在各種優選實施例中，平面108、110的數量為兩個。這是優選的，因為其提供相對易于維護和檢查的簡化螺旋槳構造。但是，本發明的實施例并不僅限于使用兩個這樣的平面，且可使用多于兩個。僅出于清楚目的，在圖1中示出五個槳距變化軸承114，以便示意性地說明本發明的各個實施例可如何在軸向方向上提供增加的葉片組裝密度。因為鄰近平面108、110中的相鄰葉片106可在周向上相對于彼此偏移，葉片106的根部120在軸向上緊鄰地組裝，例如使得d < X0這種增加的葉片組裝密度使得能使用減小直徑的螺旋槳槳轂102，且因此對應地減小直徑的轂蓋104也可用于使該螺旋槳槳轂102流線型化。在每個相應平面108、110中可提供相等數量的葉片106。這簡化了螺旋槳設計且確保最佳平衡，從而使不均衡磨損和振動減到最小。可選擇在任何特定平面108、110中的葉片數量N，使轂蓋直徑Φ與葉片根部120
4或槳距變化軸承直徑χ的比例R為使得1 < R < 2，其中Λ = *。但優選地} ^·且N =
2、3或4，使得可由具有小直徑轂蓋104的螺旋槳100提供最佳推力生成。圖2示出穿過常規螺旋槳布置200所截取的截面圖。螺旋槳200包括布置成共面六邊形構造的六個螺旋槳葉片206。為了有助于清楚，僅示出葉片206中的三個。螺旋槳葉片206使用槳距變化軸承214安裝到螺旋槳槳轂202上。繞螺旋槳槳轂 202提供轂蓋204，在其徑向外部，葉片206設有翼型輪廓，該翼型輪廓可為了螺旋槳性能而被優化。葉片206具有設于槳距變化軸承214內的圓形截面的端部部分，其在相應葉片過渡區207處過渡到翼型輪廓。每個葉片206設有相關聯的配重臂218。配重臂218連接到相應葉片206且在相關聯的葉片206與最近的相鄰葉片206之間設置于螺旋槳200的旋轉平面內。提供相應配重219，其在距配重臂218所附連的葉片206較遠處連接到配重臂218上。這些配重219可例如由燒結鎢制成。在操作中，配重219和配重臂218為葉片206提供平衡扭矩力，以便使控制負荷減到最小，且也提供對葉片自動粗化(coarsening)的機構來在主控制系統故障的情況下使空氣動力學阻力減到最小。所生成的平衡扭矩力的量值取決于組合的配重219和配重臂 218的重量分配和長度。在圖2中還示出圓222，其覆蓋被提供為六邊形構造的相應槳距變化軸承214的六個碰觸(touching)的葉片根部套筒。螺旋槳槳轂202的大小必須足夠大以容納此構造且因此葉片根部套筒的幾何構造有效地限制螺旋槳槳轂202以及因此還有轂蓋204的最小大小。在此構造中，對于六個葉片206，圓222的直徑為單獨的葉片根部套筒的直徑的二倍，且因此螺旋槳槳轂202和轂蓋204兩者的直徑不能小于此值。圖3示出了穿過根據本發明的一個實施例的螺旋槳300的第一平面308所截取的截面圖。螺旋槳300包括六個螺旋槳葉片306、306'。螺旋槳葉片306中的三個被布置成在第一平面308中呈共面等邊三角形構造，且另外三個葉片306 ‘被布置成在第二平面310 中呈共面等邊三角形構造(也參看圖4，例如)，第二平面310與第一平面308在軸向上偏移。在圖3所示的第一平面308中的葉片306由葉片分隔角θ有角度地分隔，該分隔角在此實施例中對于所有葉片306以120°相等。在第一平面308中的葉片306相對于第二平面310中的葉片306'以周向偏移Y有角度地偏移，其在此實施例中對于所有葉片 306'等于 60°。但是，在備選實施例中，θ在任何特定平面中提供的葉片之間可不同，從而可通過消除各種諧波震動現象來實現降噪。舉例而言，三個葉片可提供為分別以θ =119°， 120°和121°而分隔。出于類似目的，也可對周向偏移做出各種修改，使得θ和γ中的一個或兩個可用于修整螺旋槳的噪聲分布、空氣動力學性能、振動特征等。螺旋槳葉片306、306'使用槳距變化軸承314安裝到螺旋槳槳轂302上。繞螺旋槳槳轂302提供轂蓋304，在其徑向外部，葉片306、306 ‘設有翼型輪廓，該翼型輪廓可為了螺旋槳性能而被優化。轂蓋304在軸向安裝到螺旋槳槳轂302上且被構造成通過使空氣流遠離安裝于螺旋槳槳轂302中的螺旋槳葉片306、306'的根部段偏轉而提供螺旋槳300的空氣動力學輪廓。葉片306、306'具有提供于葉片根部套筒內的圓形截面的端部部分320，其形成槳距變化軸承314的部分。可使葉片根部套筒比相當的單平面螺旋槳布置(例如，諸如圖2 所示的那種)更靠近螺旋槳軸線312。這意味著也可使葉片306、306'從根部到翼型部段的過渡區更靠近螺旋槳槳轂302的中心，允許螺旋槳300在徑向方向上進一步緊湊。在第一平面308中的每個葉片306設有相關聯的配重臂318。配重臂318連接到相應葉片306且在相關聯的葉片306與其最近的相鄰葉片306之間設置于螺旋槳300的第一旋轉平面308內。也可提供相應配重(未圖示)，其在距配重臂318所附連的葉片306較遠處連接到配重臂318。此外，由于配重臂318可被制成比相當的單平面螺旋槳(例如，諸如圖2中所描繪的螺旋槳)更長，可行的是免除了在第二平面310中的葉片306'之間提供配重的需要，因為對于給定重量，更長的臂提供更大的平衡扭矩力。因此與常規螺旋槳相比，螺旋槳300不僅得到簡化而且也具有減小的總重量。因此，這種簡化的構造具有改進操作可靠性和減少維護時間/成本的益處，因為螺旋槳構件被制成可更容易接近和檢查。在圖3中示出了圓322，其覆蓋在第一平面308中提供的相應槳距變化軸承314 的三個碰觸的葉片根部套筒。螺旋槳槳轂302的大小必須足夠大以容納此構造且因此葉片根部套筒的幾何構造有效地限制螺旋槳槳轂302以及因此還有轂蓋304的最小大小。在此等邊三角形構造中，對于三個葉片306，圓322的直徑為單獨的葉片根部套筒的直徑的大約 1. 16倍，且因此與常規螺旋槳(諸如圖2中的螺旋槳)相比，這種構造在徑向更緊湊。因此與常規螺旋槳相比，306、306 ‘，螺旋槳槳轂302和轂蓋304的直徑可減小，允許與發動機機艙有更好的空氣動力學匹配以及在使用中阻力更小。圖4示出了沿著線A-A所截取的穿過圖3的螺旋槳300得到的縱截面圖。葉片 306提供于第一平面308中。葉片306'提供于第二平面310中。在操作中，螺旋槳300繞旋轉軸線312旋轉，使得螺旋槳葉片306、306'在相同旋轉方向中一起旋轉。通過提供這種螺旋槳300，可在葉片306、306'進入空氣流的點處提供葉片306、 306'的更薄翼型部段。這提供進一步的空氣動力學效率改進以及減小噪音的螺旋槳。在各種實施例中，本申請人還發現這種螺旋槳布置使得能實現機艙直徑30 %的減小。在各種備選實施例中，葉片306、306'可在軸向交錯，使得平面308、310之間的分隔小于單獨的葉片根部套筒的直徑。對于各種實施例，所提供的葉片和/或平面的數量并不是限制性的。舉例而言，葉片根部可彼此靠近布置，且兩個葉片提供于至少一個平面中。但是，由于實際原因，葉片總量可能限于(例如)四個、六個、八個、十個或十二個。在某些實施例中，優選地例如在兩個平面中提供六個或八個葉片，以便優化螺旋槳空氣動力學效率。有利地，也可提供具有經修整的和/或減小的操作噪聲分布的各種實施例。本領域技術人員還將認識到可提供根據本發明的螺旋槳的各種實施例。舉例而言，雖然本文所描述的優選實施例使用可變槳距螺旋槳葉片，但本領域技術人員將意識到也可使用固定槳距螺旋槳葉片。這些固定槳距螺旋槳葉片可例如使用已知螺旋槳葉片固持機構[6]安裝到螺旋槳槳轂上。
權利要求
1.一種用于飛行器的螺旋槳(100，300)，包括螺旋槳槳轂(102,302)；用于使所述螺旋槳(100，300)流線型化的轂蓋(104，304)；以及安裝到所述螺旋槳槳轂(102,30 上的多個復合螺旋槳葉片(106，306)，其中所述螺旋槳葉片(106，306)被布置成在基本上垂直于所述螺旋槳(100，300)的旋轉軸線(112， 312)的至少兩個平行平面(108，110，308，310)中在相同旋轉方向中一起旋轉。
2.根據權利要求1所述的螺旋槳(100，300)，其特征在于，在鄰近平面(108,110,308, 310)中的相鄰葉片(106,306)在周向上相對于彼此偏移(Y)0
3.根據前述權利要求中任一項所述的螺旋槳(100，300)，其特征在于，所述葉片(106， 306)的根部在軸向上緊鄰地組裝。
4.根據前述權利要求中任一項所述的螺旋槳(100，300)，其特征在于，在至少一個平面(108，110，308，310)中的葉片(106,306)的分隔角(θ )與在另一平面(108，110，308， 310)中的葉片(106，306)的分隔角(Θ)不同。
5.根據前述權利要求中任一項所述的螺旋槳(100，300)，其特征在于，在每個相應平面(108，110，308，310)中提供相等數量的葉片(106，306)。
6.根據前述權利要求中任一項所述的螺旋槳(100，300)，其特征在于，在任一平面 (108，110，308，310)中的相應葉片(106,306)由相同分隔角(θ )分隔。
7.根據前述權利要求中任一項所述的螺旋槳(100，300)，其特征在于，所述葉片(106) 是可變槳距葉片且相應葉片(106，306)的根部(120，320)固持于容納在所述螺旋槳槳轂 (102,302)內的相應的槳距變化軸承(114，314)中。
8.根據權利要求7所述的螺旋槳(100，300)，其特征在于，選擇在特定平面(108，110， 308,310)中的葉片的數量(N)，使轂蓋直徑(Φ)與槳距變化軸承直徑(χ)的比例(R)使得1彡R彡2，其中滅=魚。 χ
9.根據前述權利要求中任一項所述的螺旋槳(300)，其特征在于，至少一個配重臂 (318)提供于所述平面(308，310)中的至少一個平面中的葉片(306)之間。
10.根據權利要求9所述的螺旋槳(300)，其特征在于，所述至少一個配重臂(318)僅提供于單個平面(308)中。
全文摘要
本發明涉及用于飛行器的螺旋槳。本發明的一方面提供了一種用于飛行器的螺旋槳100，300。該螺旋槳100，300包括螺旋槳槳轂102，302；用于使螺旋槳100，300流線型化的轂蓋104，304；以及安裝到所述螺旋槳槳轂102，302上的多個復合螺旋槳葉片106，306。螺旋槳葉片106，306被布置成在基本上垂直于螺旋槳100，300的旋轉軸線112，312的至少兩個平行平面108，110，308，310中在相同旋轉方向中一起旋轉。該螺旋槳100，300具有減小大小的轂蓋104，304，其具有可更好地與發動機機艙116，316匹配且還具有減小的阻力的改進的空氣動力學輪廓。
文檔編號B64C11/30GK102381469SQ20111023026
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月5日 優先權日2010年8月6日
發明者M·F·陶肯 申請人:通用電氣航空系統有限公司