CN121404586A - 一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明专利属于无人机动力系统设计技术领域，具体涉及为一种桨尖可拆卸的无人机仿生螺旋桨，包括旋翼桨毂、旋翼桨叶、可拆卸桨尖结构、连接孔以及沉头螺钉。所述可拆卸桨尖结构与旋翼桨叶的叶尖顶端连接，沉头螺钉通过连接孔使旋翼桨叶和可拆卸桨尖结构连接，并可从旋翼桨叶上拆卸；所述可拆卸桨尖结构与旋翼桨叶的切面倾斜连接，且吸力面和压力面表面连接处为锯齿形，且所述吸力面和压力面表面连接处锯齿形按切面轮廓均匀排列分布。此专利中的桨尖结构模仿猫头鹰翅膀尖端遇到侧风时翼尖的羽毛上翘的形态变化，通过更换带有仿生构型的桨尖结构以应对不同作业环境，在不更换整体桨叶及其它部件的前提下保持甚至提升桨叶的气动性能。

Description

一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨

技术领域

本发明专利属于无人机动力系统设计技术领域，具体涉及为一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨。

技术背景

旋翼无人机是一种可以垂直起降和空中悬停的飞行器，广泛应用于军工、生活、交通和救援领域，在不同情况下进行作业。当无人机在正常作业中遇到侧风或不稳定气流时，普通螺旋桨在同等转速下，所提供的拉力骤变，动力不足导致机身摇摆不定，使其无法正常作业，需要及时更换桨叶。但以目前常见的整体桨叶安装方式，更换其他尺寸的桨叶涉及到电机以及机架等其他配套部件，过程繁琐费时费力，因此，市场需要设计一种能够快速拆卸，并且在极端环境下能够产生强劲动力的螺旋桨桨叶，以解决上述的侧风环境下动力不足，并且能够实现快速便捷拆卸安装的目标。

本发明专利在旋翼桨叶的叶尖处设计可拆卸桨尖结构，此桨尖结构参考猫头鹰翅膀尖端遇到侧风时桨尖的羽毛上翘的形状变化以及表面羽毛层铺紧密排列的特征；

当无人机在作业中遇到侧风、不稳定气流以及极端天气时，在不更换桨叶、电机以及机架的条件下，通过更换可快速拆卸的带有仿生构型的桨尖结构以应对不同作业环境；同时，侧风的条件下会增强常规旋翼桨叶的下洗涡流和诱导速度，此专利设计的桨尖翘起在显著提高旋翼桨叶的扭矩和拉力的同时减弱桨尖涡流并减小诱导阻力，使其能够在极端侧风作业环境下保障无人机的工作性能；

正常工作条件下，拆卸桨尖结构，旋翼桨叶连接处的双层仿生锯齿特征通过减小桨叶表面压力脉动，切割表面脱落涡和桨尖涡流，起到降低旋翼桨尖的噪声的作用；在不更换整体桨叶及其它部件以及几乎不产生额外噪声的前提下保持甚至提升桨叶的气动性能。

发明内容

本发明专利的目的在于提供一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨，通过快速更换桨尖结构，减小桨尖处诱导阻力，以解决上述极端侧风环境中存在的桨叶动力不足以及快速拆卸的问题。

为实现上述目的，提供如下方案：一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨，包括旋翼桨毂1、旋翼桨叶2、可拆卸桨尖结构3、连接孔4以及沉头螺钉5，其特征在于：所述可拆卸桨尖结构3与旋翼桨叶2的叶尖顶端连接，沉头螺钉5通过连接孔4使旋翼桨叶2和可拆卸桨尖结构3连接，并且还可从旋翼桨叶2上拆卸分离。

所述可拆卸桨尖结构3与旋翼桨叶2的切面倾斜连接，且吸力面7和压力面8表面连接处为锯齿形，且所述吸力面7和压力面8表面连接处锯齿形按切面轮廓均匀排列分布；所述可拆卸桨尖结构3的尖端向上逐渐弯曲，超出原桨叶平面长度L=(3%～5%)R，R为旋翼桨叶2的半径。

所述可拆卸桨尖结构3与旋翼桨叶2的切面倾斜角度β=8°～12°；所述吸力面和压力面表面连接处的锯齿高度A=(2%～4.5%)C，锯齿宽度K=(3.2%～5%)C，锯齿角度γ=(16%～19%)C，锯齿长度D=(8%～12%)C，C为局部翼型的弦长。

所述连接孔4从压力面倾斜贯穿至吸力面，且与沉头螺钉5配合，所述沉头螺钉5的直径O=(6%～9%)C，C为局部翼型的弦长。

所述可拆卸桨尖结构3桨尖前、后缘部分倒圆角处理，且所述旋翼桨叶2、可拆卸桨尖结构3、连接孔4和沉头螺钉5之间刚性连接。

所述可拆卸桨尖结构3的可拆卸部分长度占旋翼桨叶2的(92%～97%)R，且可拆卸翼尖结构3的弯曲部分长度L=(3%～5%)R，并且翘起角度α=18°～25°，R为旋翼桨叶2的半径。

与已有技术相比，本发明专利的有益效果是：

（1）本发明专利中的具有可拆卸桨尖结构的桨叶，可使螺旋桨适应更广泛的工况。在良好的作业环境下，将螺旋桨的桨尖结构拆卸，螺旋桨主体的拉力可满足正常使用，在此状态下，旋翼桨叶连接处的双层仿生锯齿特征通过减小桨叶表面压力脉动，切割表面脱落涡和桨尖涡流，起到降低旋翼桨尖的噪声的作用；该锯齿的另一个作用是，旋翼桨叶的锯齿结构与可拆卸桨尖结构的锯齿结构配合起到加固连接以及防止螺旋桨在旋转过程产生横向或展向位移的作用；在面对侧风、不稳定气流以及极端天气时在不更换桨叶及其它部件的条件下，通过快速更换叶尖处的可拆卸桨尖结构，增加升力并提高其气动稳定性，以应对不同作业环境。

（2）本发明专利中的可拆卸桨尖结构桨尖翘起，模仿了猫头鹰在遇到侧风时翼尖的羽毛上翘的形态变化。无人机旋翼在旋转过程中，产生升力的同时会产生桨尖涡，而在飞行过程中，桨尖涡流使得来流偏转下洗，随之也会产生诱导阻力。在侧风或者急流的作业环境下，会增强旋翼桨叶下洗涡流和诱导速度，显著增强旋翼拉力和扭矩的同时，诱导阻力也会变大。安装可拆卸桨尖结构以降低工作过程中的诱导阻力，从而增强无人机旋翼的气动性能。

附图说明

图1为旋翼整体的轴测图。

图2为旋翼俯视整体结构示意图。

图3为可拆卸桨尖结构轴测图。

图4为可拆卸桨尖结构仰视结构示意图。

图5为可拆卸桨尖结构右视结构示意图。

图6为旋翼单叶片连接处拆分局部示意图。

图7为单个锯齿整体轴测图。

图8为锯齿俯视结构示意图。

图9为锯齿仰视结构示意图。

图10为锯齿左视结构示意图。

附图标记：

1、旋翼桨毂；2、旋翼桨叶；3、可拆卸翼尖结构；4、连接孔；5、沉头螺钉；6、后缘；7、吸力面；8、压力面；9、锯齿；L、长度；R、桨叶半径；α、翘起角度；β、倾斜角度；C、弦长；D、锯齿长度；K、锯齿宽度；A、锯齿高度；γ、锯齿角度；O、直径。

具体实施方式

下面将结合本发明专利实施例中的附图，对本发明专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明专利一部分实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明专利保护的范围。

请参阅图1-10，本发明专利提供一种技术方案：一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨，包括旋翼桨毂1、旋翼桨叶2、可拆卸桨尖结构3、连接孔4、沉头螺钉5、后缘6、吸力面7、压力面8、锯齿9、长度L、桨叶半径R、翘起角度α、倾斜角度β、锯齿长度D、锯齿宽度K、锯齿高度A、锯齿角度γ、弦长C、直径O，如图1所示，可拆卸桨尖结构3位于旋翼桨叶2的叶尖顶端，且沉头螺钉5可通过连接孔4使旋翼桨叶2和可拆卸桨尖结构3连接，并且还可从旋翼桨叶2上拆卸分离。

如图6所示，可拆卸桨尖结构3与旋翼桨叶2的切面倾斜连接，且吸力面和压力面表面连接处为锯齿形，且吸力面和压力面表面连接处锯齿形按切面轮廓均匀排列分布；可拆卸桨尖结构3的尖端向上逐渐弯曲，超出原桨叶平面长度L=4%R，R为旋翼桨叶2的半径。

如图2所示，可拆卸桨尖结构3与旋翼桨叶2的切面倾斜角度β=10.5°；吸力面和压力面表面连接处的锯齿高度A=3%C，锯齿宽度K=4%C，锯齿角度γ=17.5%C，锯齿长度D=9.6%C，C为局部翼型的弦长。

如图6所示，连接孔4从压力面倾斜贯穿至吸力面，且与沉头螺钉5配合，沉头螺钉5的直径O=8%C，C为局部翼型的弦长。

如图6所示，可拆卸桨尖结构3桨尖前、后缘部分倒圆角处理，且旋翼桨叶2、可拆卸桨尖结构3、连接孔4和沉头螺钉5之间刚性连接。

如图2所示，可拆卸桨尖结构3的可拆卸部分长度占旋翼桨叶2的93%R，且可拆卸桨尖结构3的弯曲部分长度L=4%R，并且翘起角度α=19°，R为旋翼桨叶2的半径。

具体实施案例1

本发明专利可拆卸桨尖结构具体实施在无人机旋翼叶片上，该结构超出原桨叶平面长度7.1mm，在专用旋翼试验台上测试的气动性能表明：在配套电机KV400、电压22V、油门50%和14寸旋翼在转速4300rpm的条件下，无人机旋翼的推力提高了2.95%～3.21%；将桨尖结构拆卸之后，无人机旋翼的推力降低了0.35%～0.51%，使用声学测试设备测试噪声变化±0.15dB。

具体实施案例2

本发明专利可拆卸桨尖结构具体实施在无人机旋翼叶片上，该结构超出原桨叶平面长度5.7mm，在专用旋翼试验台上测试的气动性能表明：在配套电机KV400、电压22V、油门75%和15寸旋翼在转速5700rpm的条件下，无人机旋翼的推力提高了3.03%～3.51%；将桨尖结构拆卸之后，无人机旋翼的推力降低了0.45%～0.55%，使用声学测试设备测试噪声变化±0.13dB。

具体实施案例3

本发明专利可拆卸桨尖结构具体实施在无人机旋翼叶片上，，该结构超出原桨叶平面长度10.1mm，在专用旋翼试验台上测试的气动性能表明：在配套电机KV100、电压32V、油门40%和16寸旋翼在转速980rpm的条件下，无人机旋翼的推力提高了3.35%～3.92%；将桨尖结构拆卸之后，无人机旋翼的推力降低了0.41%～0.59%，使用声学测试设备测试噪声变化±0.21dB。

Claims (6)

1.一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨，其特征在于：包括旋翼桨毂（1）、旋翼桨叶（2）、可拆卸桨尖结构（3）、连接孔（4）以及沉头螺钉（5），其特征在于：所述可拆卸翼尖结构（3）与旋翼桨叶（2）的叶尖顶端连接，且所述沉头螺钉（5）通过连接孔（4）使旋翼桨叶（2）和可拆卸桨尖结构（3）连接，并且还可从旋翼桨叶（2）上拆卸分离。

2.根据权利要求1所述的一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨，其特征在于，所述可拆卸桨尖结构（3）与旋翼桨叶（2）的切面倾斜连接，且吸力面（7）和压力面（8）表面连接处为锯齿形，且所述吸力面（7）和压力面（8）表面连接处锯齿形按切面轮廓均匀排列分布；所述可拆卸桨尖结构（3）的尖端向上逐渐弯曲，超出原桨叶平面长度L=(3%～5%)R，R为旋翼桨叶（2）的半径。

3.根据权利要求1所述的一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨，其特征在于，所述可拆卸桨尖结构（3）与旋翼桨叶（2）的切面倾斜角度β=8%～12%；所述吸力面（7）和压力面（8）表面连接处的锯齿高度A=(2%～4.5%)C，锯齿宽度K=(3.2%～5%)C，锯齿角度γ=(16%～19%)C，锯齿长度D=(8%～12%)C，C为局部翼型的弦长。

4.根据权利要求1所述的一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨，其特征在于，所述连接孔（4）从压力面（8）倾斜贯穿至吸力面（7），且与沉头螺钉（5）配合，所述沉头螺钉（5）的直径O=(6%～9%)C，C为局部翼型的弦长。

5.根据权利要求1所述的一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨，其特征在于，所述可拆卸翼尖结构（3）桨尖前、后缘部分倒圆角处理，且所述旋翼桨叶（2）、可拆卸桨尖结构（3）、连接孔（4）和沉头螺钉（5）之间刚性连接。

6.根据权利要求1所述的一种桨尖可拆卸的旋翼无人机仿生螺旋桨，其特征在于，所述可拆卸桨尖结构（3）的可拆卸部分长度占旋翼桨叶（2）的(92%～97%)R，且可拆卸桨尖结构（3）的弯曲部分长度L=(3%～5%)R，并且翘起角度α=18°～25°，R为旋翼桨叶（2）的半径。