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原文传递一种高空螺旋桨快速迭代生成方法

专利名称：	一种高空螺旋桨快速迭代生成方法
摘要：	本发明提出一种高空螺旋桨快速迭代生成方法，其包括步骤：第一步：确定螺旋桨直径；第二步：确定螺旋桨桨叶宽度与桨叶厚度；第三步：选取高空螺旋桨翼型；第四步：确定高空螺旋桨桨叶数；第五步：确定螺旋桨桨叶扭转角；第六步：确定螺旋桨最终参数。本发明针对高空螺旋桨的特性展开研究，在分析螺旋桨各设计参数对螺旋桨性能影响的基础上，结合20km高度平流层的环境因素，将作为一个直接相关于桨尖马赫数与当地声速的变量，基于螺旋桨片条理论，提出一种快速有效的高空螺旋桨的生成方法。
专利类型：	发明专利
申请人：	北京电子工程总体研究所
发明人：	王超伦;韩朝;郑日升
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN201911374725.6
公开号：	CN111056036A
代理机构：	中国航天科工集团公司专利中心
代理人：	葛鹏
分类号：	B64F5/00;B64C11/00;B;B64;B64F;B64C;B64F5;B64C11;B64F5/00;B64C11/00
申请人地址：	100854 北京市海淀区永定路50号院
主权项：	1.一种高空螺旋桨快速迭代生成方法，其特征在于，其包括步骤：第一步：确定螺旋桨直径；第二步：确定螺旋桨桨叶宽度与桨叶厚度；第三步：选取高空螺旋桨翼型；第四步：确定高空螺旋桨桨叶数；第五步：确定螺旋桨桨叶扭转角；第六步：确定螺旋桨最终参数。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步：确定螺旋桨直径包括： Ct为螺旋桨无量纲性能参数之一，称为推力系数，如式(1)所示，其中，T为螺旋桨推力，ρ为大气密度，n为每秒钟转速，n＝RPM/60，D为螺旋桨直径；在低雷诺数条件下，当螺旋桨螺距与直径比p/D相同的情况下，推力系数Ct与转矩系数Cq基本相同，将桨尖马赫数取为尽可能大的0.75，将nD看作一个变量，该变量与桨尖速度成正比关系，此时πnD＝0.75Vs，Vs为声速，代入当地声速Vs，可得nD；由前进比J＝VF/(nD)可知，来流风速VF确定的情况下，J可被求得，确切的Ct值将经过的迭代确定，Ct的初始值经验给出，在以确定推力为设计目标时，即能够由式(1)算出高空螺旋桨的直径。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二步：螺旋桨桨叶宽度与桨叶厚度设计包括：桨叶宽度表现在叶素上即为叶素弦长，高空螺旋桨桨叶宽度的设计参数如式(2)所示，式中x为叶素所在位置； c＝(0.084241-0.85789x+4.7176x2-9.6225x3+8.5004x4-2.7959x5)D (2) 将第一步中算得的螺旋桨直径D代入上式，验证螺旋桨宽度是否利于加工，当满足加工条件则继续以下步骤，如不满足则返回第一步。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第三步：选取高空螺旋桨翼型包括：当已知雷诺数的情况下选择翼型时，根据实际需求，所选择的翼型具有令人满意的失速攻角、最大升力系数、升阻比，而且需要受雷诺数影响较小，发生层流分离的临近雷诺数较低，适合选作高空螺旋桨的叶素翼型。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第四步：确定高空螺旋桨桨叶数包括：高空螺旋桨桨叶数目的确定，综合电机的功率、动力推进系统的布局、能源的平衡与载重等多方面因素考虑；当高空载重与能源作为因素考虑时，应从螺旋桨效率方面考虑，桨叶数目应尽可能取小；如果高空对螺旋桨的尺寸或个数有限制，或者电机性能未能充分发挥，则应选择更高数目的桨叶对螺旋桨。 6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第五步：确定螺旋桨桨叶扭转角包括：由第三步，需要明确所选翼型在当地雷诺数下取得最大升阻比的迎角，从而保证桨叶的各个剖面迎角都取在最佳迎角处，螺旋桨效率最大点取在满足式(3)处，其中为来流速度VF，n为螺旋桨转速，p为螺旋桨桨距， VF/(np)＝0.75 (3) 以上式估算螺旋桨螺距p，以使其在设计点附近有最大效率，代入VF、n，得p；螺旋桨扭转角 β＝α+φ＝α+αi+δ (4) 定桨距桨p＝2πrtanβ，等式两边同时除以R,得由式(5)得β沿无量纲径向距离x分布；诱导攻角来流速度与旋转平面夹角 δ＝tan-1(VF/(ωRx))＝tan-1(VF/(2πRnx)) (7) 由式(6)、式(7)可知，αi与δ均为无量纲径向距离x的函数，根据αi与δ，对β加上修正小量τ，得螺旋桨扭转角分布公式，使实际迎角α多数取在所选翼型最佳攻角，作为满足设计要求的最佳扭转角。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第六步：确定螺旋桨最终设计参数包括，经过第一步～第五步，完成对高空螺旋桨各设计参数的第一轮估算，将第一轮估算结果代入根据片条理论求得的螺旋桨推力系数，式(9)，算得高空螺旋桨推力系数Ct，将算得Ct代入式(1)，若式(1)不成立，返回第一步，更改Ct，进行第二轮计算；若式(1)成立，则转速n与直径D确定，由式(10),其中cl为叶素升力系数，cd为叶素阻力系数，根据片条理论求得的螺旋桨功率系数，算得功率系数Cp，由式(11)，得到螺旋桨功率P，设电机功率为Pm，当螺旋桨与电机间传动效率为95％时，受电机功率限制，有若式(12)中，P/95％比Pm小20％以上，说明电机功率没有充分利用，返回第4步，增加桨叶数目；若式(12)不满足，则返回第一步，减小设计直径；当所有参数确定后，由效率公式(13)算得螺旋桨效率求得高空螺旋桨各设计参数。 8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于两叶桨，Ct0＝0.1。
所属类别：	发明专利