JP2018131038A - Rotor, drone and helicopter - Google Patents
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Abstract
【課題】高いフィギュアオブメリットを得つつ、高い捻れ剛性を確保すること。【解決手段】ソリディティが10%以下となるロータ6でかつ2枚のブレード3を有する。各ブレード3の形状は、半径10%から35%の領域に最大翼弦長をもち、最大翼弦長の位置から先端方向にかけて翼弦長が減少し、翼弦長の減少が所定の位置で最大になり、その位置から先端方向にかけて前記翼弦長の減少がゆるやかになり、半径70%から95%の領域に変曲点があり、先端が楕円形であり、翼弦に2点で接する接線が翼端で作る仮想の翼端の翼弦長に対し、最大翼弦長は3倍以上の長さであり、半径中程のくびれ量は仮想の翼端の30%以下であり、取付け角は翼弦長が最大になる付近で最大となり、翼弦長が最大に位置から先端にかけて減少し、付け根の前記取付け角は当該取り付け角が最大値を取る位置から付け根に行くほど減少している。【選択図】図1[PROBLEMS] To secure high torsional rigidity while obtaining a high figure of merit. A rotor 6 having a solidity of 10% or less and two blades 3 are provided. The shape of each blade 3 has a maximum chord length in an area with a radius of 10% to 35%, the chord length decreases from the position of the maximum chord length to the tip direction, and the reduction of the chord length decreases at a predetermined position. The chord length decreases gradually from the position toward the tip, and the inflection point is in the region of radius 70% to 95%, the tip is elliptical, and touches the chord at two points. The maximum chord length is more than three times the chord length of the imaginary wing tip created by the tangent at the wing tip, and the constriction amount in the middle of the radius is less than 30% of the imaginary wing tip. The angle becomes maximum near the maximum chord length, the chord length decreases from the maximum to the tip, and the mounting angle of the root decreases from the position where the mounting angle reaches the maximum to the root. Yes. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、ドローンやヘリコプタなどに用いられるロータ、そのようなロータを有するドローン及びヘリコプタに関する。 The present invention relates to a rotor used in a drone, a helicopter, and the like, and a drone and a helicopter having such a rotor.
近年、4発以上のロータを持つドローンと呼ばれる飛行体が撮影、観測目的で盛んに利用されている。ドローンは通常プラスチック製の2枚羽の固定ピッチロータを使用しており、このロータの性能によりペイロードの重さ及び飛行時間が左右される。ロータ形状は様々であり、単純テーパから古典プロペラ理論(非特許文献1)を応用したと思われる、付け根の翼弦長が広く、そこから先端に向けて急激に翼弦長を減らし、ある小さなテーパ比に移行し、先端を丸めた形状のものなどが見られる。また有人小型ヘリコプタとしてGEN CORPORATIONが開発したGEN H?4(非特許文献2)は同様に固定ピッチロータを使用しており、ロータに単純テーパを採用している。 In recent years, a drone called a drone having four or more rotors has been actively used for photographing and observation purposes. A drone normally uses a plastic two-bladed fixed-pitch rotor, and the performance of the rotor affects the weight of the payload and the flight time. The rotor shape varies, and it seems that the classic propeller theory (Non-patent Document 1) is applied from a simple taper. The chord length of the root is wide, and then the chord length is sharply reduced from there to the tip. The taper ratio shifts to a shape with a rounded tip. Further, GEN H? 4 (Non-Patent Document 2) developed by GEN CORPORATION as a manned small helicopter similarly uses a fixed pitch rotor, and adopts a simple taper for the rotor.
ヘリコプタの分野では英国のWestrand LinxがBERP(非特許文献2,特許文献1)と呼ばれる先端の翼弦長を拡大し、後退角を持たせたロータを使用し、世界速度記録を達成している。本ロータは先端の翼弦を拡大した不連続な前縁を飛行機で使用されるドッグツースとして機能させ、縦渦を発生させて上面の剥離を抑えることで後退側での揚力係数を稼ぐとともに、先端の後退角によって前進側での造波抵抗を減少させる事を目的としている。ヘリコプタは単純運動量理論とロータ回転面積と入力パワから求められる理論最大揚力で実際の揚力を除したフィギュアオブメリット(非特許文献3)と最大速度をトレードオフしなければならないため、ロータ形状は矩形か先端に弱いテーパがついた形状のものが多く使用されている。これに対してドローンはホバリングする時間が長いためフィギュアオブメリットの高いロータを使用し、飛行時間及びペイロードを増加させようとする要求が高い。 In the field of helicopters, Westland Linx in the UK has achieved world speed records by using a rotor with a wider swivel length called BERP (Non-patent Document 2, Patent Document 1) and a receding angle. . In this rotor, the discontinuous leading edge with the enlarged chord at the tip functions as a dog tooth used in airplanes, generating vertical vortices to suppress the separation of the upper surface and earning a lift coefficient on the reverse side, and at the tip The purpose is to reduce the wave resistance on the forward side by the receding angle. The helicopter must trade off the actual lift with the theoretical maximum lift required from the simple momentum theory, rotor rotation area, and input power, and the maximum speed must be traded off, so the rotor shape is rectangular. Many of them have a shape with a weak taper at the tip. On the other hand, since the drone takes a long time to hover, there is a high demand for using a rotor with a high figure of merit to increase the flight time and payload.
フィギュアオブメリットの大きなロータを設計する際に有効な手法としてAdkinsらの方法(非特許文献4)がある。しかしAdkinsらの方法は実際のロータの後流に見られる縮流(筒状の流れの半径の縮小)や、渦の巻き込み(ロールアップ)を反映出来なかった。そのためフィギアオブメリットは最大とはなっていなかった。またAdkinsらの方法では付根付近で翼弦長が大きくなりすぎるため、ブレード付根付近の翼弦長を一定値以下に修正する処理が必要となるが、この際に取付け角が修正されていないため、翼弦長を制限した際の最適な取付け角となっていなかった。ドローンに用いられるロータは一般に小型であるため、翼型のレイノルズ数が低い。この低いレイノルズ数で大きな揚力係数を発生させるため、薄く大きなキャンバーを持った翼型が使用される。大きなキャンバーを持つためモーメント係数Cmが負の大きな値をとる。このためブレードを捩じりさげるモーメントが働くが、Adkinsらの方法で得られるブレードはブレード半径の中程がくびれている上、前述のように薄い翼型を用いているため、捻れに耐える剛性が不足し、捩じれる問題がある。 As an effective method for designing a rotor with a large figure of merit, there is a method by Adkins et al. However, the method of Adkins et al. Could not reflect the contracted flow (reduction in the radius of the cylindrical flow) or the vortex entrainment (roll-up) seen in the actual wake of the rotor. Therefore, the figure of merit was not the maximum. In the method of Adkins et al., Since the chord length is too large near the root, it is necessary to correct the chord length near the blade root to a certain value or less. However, the mounting angle is not corrected at this time. It was not the optimal mounting angle when the chord length was limited. Since the rotor used for the drone is generally small, the Reynolds number of the airfoil is low. In order to generate a large lift coefficient at this low Reynolds number, an airfoil with a thin and large camber is used. Since it has a large camber, the moment coefficient Cm takes a large negative value. For this reason, a moment to twist the blade works, but the blade obtained by the method of Adkins et al. Has a constricted middle part of the blade radius and uses a thin airfoil as described above, so it has rigidity to withstand twisting. There is a problem of being twisted and twisting.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、高いフィギュアオブメリットを得つつ、高い捻れ剛性を確保出来るロータ、そのようなロータを有するドローン及びヘリコプタを提供する事にある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a rotor capable of ensuring high torsional rigidity while obtaining a high figure of merit, and a drone and helicopter having such a rotor.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るロータは、
ソリディティが10%以下となるロータであり、
2枚のブレードを有し、
前記各ブレードの形状が、
半径10%から35%の領域に最大翼弦長をもち、
前記最大翼弦長の位置から先端方向にかけて翼弦長が減少し、
前記翼弦長の減少が所定の位置で最大になり、その位置から先端方向にかけて前記翼弦長の減少がゆるやかになり、
半径70%から95%の領域に変曲点があり、
先端が楕円形であり、
翼弦に2点で接する接線が翼端で作る仮想の翼端の翼弦長に対し、最大翼弦長は3倍以上の長さであり、
半径中程のくびれ量は仮想の翼端の30%以下であり、
取付け角は前記翼弦長が最大になる付近で最大となり、前記翼弦長が最大に位置から先端にかけて減少し、
付け根の前記取付け角は当該取り付け角が最大値を取る位置から付け根に行くほど減少している。
In order to achieve the above object, a rotor according to an aspect of the present invention includes:
A rotor with a solidity of 10% or less,
With two blades,
The shape of each blade is
Has a maximum chord length in the range of 10% to 35% radius,
The chord length decreases from the position of the maximum chord length to the tip direction,
The reduction of the chord length becomes maximum at a predetermined position, and the reduction of the chord length becomes gentle from the position toward the tip,
There is an inflection point in the area of radius 70% to 95%,
The tip is oval,
The maximum chord length is more than three times the hypothetical chord length of the hypothetical tip created by the tangent that touches the chord at two points.
The amount of constriction in the middle of the radius is 30% or less of the virtual wing tip,
The mounting angle is maximum near the maximum chord length, the chord length decreases from the maximum position to the tip,
The attachment angle of the base decreases from the position where the attachment angle takes the maximum value to the base.
前記各ブレードの形状は、翼弦長は付根から先端にかけて1階微分が連続な曲線であることが好ましい形態である。 The shape of each of the blades is preferably a shape in which the chord length is a curve having a first-order differential from the root to the tip.
本発明の別形態に係るドローンは、上記構成のロータを有する。 The drone which concerns on another form of this invention has the rotor of the said structure.
本発明のさらに別形態に係るヘリコプタは、上記構成のロータを有する。 A helicopter according to still another embodiment of the present invention has the rotor configured as described above.
本発明により、ロータのフィギュアオブメリットが高く、ドローン、ヘリコプタに使用すれば、飛行時間、ペイロード重量を増す事が出来る。またAdkinsらの方法ではブレード付け根付近の翼弦長が大きくなり過ぎ、これを一定の値以下に制限すると取付け角が最適ではなくなっていた。本発明によれば翼弦長を制限しつつも取付け角が最適化される。Adkinsらの方法では半径の中程の翼弦長にくびれが現れるが、本発明で適度に翼弦長を制限する事で半径中程の翼弦長を太らす事が出来、またテーパ比を大きくし、捻れに強い平面形状とする事が出来る。 According to the present invention, the figure of merit of the rotor is high, and if used in a drone or helicopter, the flight time and payload weight can be increased. In the method of Adkins et al., The chord length near the blade root becomes too large, and if this is limited to a certain value or less, the mounting angle is not optimal. According to the present invention, the mounting angle is optimized while the chord length is limited. In the method of Adkins et al., Constriction appears in the chord length in the middle of the radius, but in the present invention, the chord length in the middle of the radius can be increased by limiting the chord length appropriately, and the taper ratio can be increased. It can be made large, and it can be made into a planar shape resistant to twisting.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態に係るロータの上面図である。 FIG. 1 is a top view of a rotor according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、ロータ6は、2枚のブレード3と、シャフト穴5を有するハブ4とを有する。 As shown in FIG. 1, the rotor 6 includes two blades 3 and a hub 4 having a shaft hole 5.
ここで、Adkinsらの方法では、図2のa)に示す様に、一定ピッチかつ一定半径の後流しか扱えない。これに対して、本発明者である原田の渦法(非特許文献5参照。後述する。)を用いることで、さらに後流の形状を次の様に定めることが出来る。
1)図2のb)に示すように翼端渦半径rが次式
r/R=A+(1−A)e−λψ (1)
に従い収縮する。ここでRはロータ半径、Aは実験から得られる定数であり0.76から0.8、好ましくは0.78である。またλも実験により得られる定数であり、ψはブレード方位角である。
2)図3のa)に示す様に翼端から螺旋渦のピッチ程度の範囲にある放出渦は、直ちにロールアップして翼端渦1となり一群となって移動する。
3)翼端渦1は翼端渦1より内部の渦の移動速度のおよそ半分の速度で移動する。
4)ロータ回転面で内部の渦は単純運動量理論から導かれる流入速度vで下方に移動する。上記の式(1)に従い放出渦の半径が収縮するにつれ速度が速くなり、次式で与えられるv'の速度で移動する。
Here, with the method of Adkins et al., As shown in FIG. On the other hand, the shape of the wake can be further determined as follows by using Harada's vortex method (see Non-Patent Document 5, which will be described later) as the present inventor.
1) As shown in FIG. 2 b), the tip vortex radius r is expressed by the following equation: r / R = A + (1−A) e− λψ (1)
Shrink according to Here, R is the rotor radius, and A is a constant obtained from experiments, and is 0.76 to 0.8, preferably 0.78. Also, λ is a constant obtained by experiment, and ψ is the blade azimuth.
2) As shown in a) of FIG. 3, the discharge vortices in the range of the pitch of the spiral vortex from the blade tip are immediately rolled up to become the blade tip vortex 1 and move as a group.
3) The tip vortex 1 moves at a speed about half the moving speed of the vortex inside the tip vortex 1.
4) The vortex inside the rotor rotating surface moves downward at the inflow velocity v derived from the simple momentum theory. According to the above equation (1), the velocity increases as the radius of the discharge vortex shrinks, and moves at the speed of v ′ given by the following equation.
v'=v(R/r)2 (2)
5)翼端渦1の模擬は困難であるため、図3のb)で示す様に翼端渦として一群になる渦を半径方向に移動させず等速度で移動させるモデル2を用いる。
v ′ = v (R / r) 2 (2)
5) Since simulation of the blade tip vortex 1 is difficult, as shown in FIG. 3 b, a model 2 is used in which a group of vortex vortices are moved at a constant speed without moving in the radial direction.
このような後流渦を用い、Adkinsらの方法では大きくなりすぎる付根付近の翼弦長を、原田の渦法から得られる評価関数を翼弦長の制約条件の下で最小化する事で、適度な翼弦長を持つロータ6を得る事が出来る。 By using such a wake vortex and minimizing the chord length near the root that is too large by the method of Adkins et al., The evaluation function obtained from Harada's vortex method under the constraint condition of the chord length, A rotor 6 having an appropriate chord length can be obtained.
この実施形態では、以下の形状のロータ6を得る。
1.ソリディティが0.1以下であるロータ6でかつ
2.ブレード3の枚数が2枚であり、
3.翼弦長は付根から先端にかけて1階微分が連続な曲線であり、
4.半径10%から35%に最大翼弦長をもち、
5.そこから先端方向にかけて翼弦長が減少し
6.減少が一旦最大になった後に、減少がゆるやかになり、半径70%から95%に変曲点があり、
7.先端が楕円形であり、
8.翼弦に2点で接する接線が翼端で作る仮想の翼端の翼弦長に対し、最大翼弦長は3倍以上の長さであり、
9.半径中程のくびれ量は仮想の翼端の30%以下であり、
10.取付け角は翼弦長が最大になる付近で最大となり、そこから先端にかけて減少し
11.付け根の取付け角は最大値を取る位置から付け根に行くほど減少している。
In this embodiment, the rotor 6 having the following shape is obtained.
1. 1. a rotor 6 having a solidity of 0.1 or less; The number of blades 3 is 2,
3. The chord length is a curve with a continuous first derivative from the root to the tip.
4). Has a maximum chord length from 10% to 35% radius,
5. 5. From there, the chord length decreases toward the tip. Once the decrease reaches its maximum, the decrease becomes gradual, and there is an inflection point from radius 70% to 95%.
7). The tip is oval,
8). The maximum chord length is more than three times the hypothetical chord length of the hypothetical tip created by the tangent that touches the chord at two points.
9. The amount of constriction in the middle of the radius is 30% or less of the virtual wing tip,
10. 10. The mounting angle is maximum near the maximum chord length and decreases from there to the tip. The attachment angle of the base decreases from the position where the maximum value is reached to the base.
この形状のロータ6を使用する事で高いフィギュアオブメリットを得つつ、高い捻れ剛性を確保出来る。 By using the rotor 6 of this shape, high torsional rigidity can be secured while obtaining a high figure of merit.
図4に原田の渦法を図2のa)の渦モデルを用いて最適化した際の翼弦長分布を、また図5に取付け角分布を示す。ここで計算条件を表1に示す。 FIG. 4 shows the chord length distribution when the Harada vortex method is optimized using the vortex model of FIG. 2 a), and FIG. 5 shows the mounting angle distribution. Here, the calculation conditions are shown in Table 1.
本形状は図4に示すように付け根の翼弦長が12cmに達しているため、実際的ではない。市販のドローンの中にはこのブレード3の付け根の翼弦長を単に実用的な長さに切り落として使用している例がある。 This shape is not practical because the root chord length reaches 12 cm as shown in FIG. Among commercially available drones, there is an example in which the chord length at the base of the blade 3 is simply cut to a practical length.
原田の渦法は評価関数を最小化する事で解を得るので、翼弦長が4cmを超えると値が大きくなるペナルティ関数を評価関数に加えることで翼弦長の制限を課す事が出来る。原田の渦法において図2のa)の渦モデルを用い、さらに翼弦長を制限して最適化した際の翼弦長分布を図6に、また取付け角分布を図7に示す。このときのフィギュアオブメリットは89.4%である。 Since Harada's vortex method obtains a solution by minimizing the evaluation function, it is possible to impose a chord length limit by adding a penalty function that increases when the chord length exceeds 4 cm to the evaluation function. FIG. 6 shows the chord length distribution and FIG. 7 shows the distribution of the mounting angle when the Harada vortex method is optimized by using the vortex model of FIG. The figure of merit at this time is 89.4%.
得られた翼弦分布に二点で接する線分ABの翼端Cにおける値、仮想の翼端翼弦長Dは1.36cm程度である。一方、半径Eにおいて翼弦長Fは最大値4.79cmをとり、仮想の翼端翼弦長Dの3.5倍である。また翼端付近で翼弦長はなだらかに減少するが、翼端Cにおいて切り落とした形状になっている。Mで示した半径中程のくびれは0.32cmであり、仮想の翼端の翼弦長の23%である。 The value at the wing tip C of the line segment AB in contact with the obtained chord distribution at two points, the imaginary wing tip chord length D is about 1.36 cm. On the other hand, at the radius E, the chord length F has a maximum value of 4.79 cm, which is 3.5 times the virtual wing tip chord length D. In addition, the chord length gradually decreases in the vicinity of the wing tip, but is cut off at the wing tip C. The constriction in the middle radius indicated by M is 0.32 cm, which is 23% of the chord length of the virtual wing tip.
また得られた取付け角は翼弦長が最大値を取る半径Eに近い半径Iにおいて最大値9.32度を取る。付け根付近の取付け角分布への接線KLは正の勾配を持つ。 The obtained mounting angle has a maximum value of 9.32 degrees at a radius I close to a radius E where the chord length takes a maximum value. The tangent line KL to the mounting angle distribution near the base has a positive slope.
原田の渦法において図3のb)のモデルを用い、さらに翼弦長を制限して最適化した際の翼弦長分布を図8に、また取付け角分布を図9に示す。このときのフィギュアオブメリットは89.5%である。 FIG. 8 shows the chord length distribution and FIG. 9 shows the installation angle distribution when the Harada's vortex method uses the model of FIG. The figure of merit at this time is 89.5%.
得られた翼弦分布に二点で接する線分ABが翼端Cにおける値、仮想の翼端翼弦長Dは1.25cm程度である。一方、半径Eにおいて翼弦長Fは最大値4.94cmをとり、仮想の翼端翼弦長Dの4.0倍である。また翼端付近で翼弦長はなだらかに減少するが、翼端C近傍で急に減少し、翼端が楕円形状になっている。Mで示した半径の中程で現れるくびれ量は、0.14cmと仮想の翼端の翼弦長の11%に抑えられる。 A line segment AB in contact with the obtained chord distribution at two points is a value at the blade tip C, and a virtual blade tip chord length D is about 1.25 cm. On the other hand, at the radius E, the chord length F has a maximum value of 4.94 cm, which is 4.0 times the virtual wing tip chord length D. In addition, the chord length gradually decreases in the vicinity of the blade tip, but suddenly decreases in the vicinity of the blade tip C, and the blade tip has an elliptical shape. The amount of constriction appearing in the middle of the radius indicated by M is 0.14 cm, which is suppressed to 11% of the wing tip chord length.
また得られた取付け角は翼弦長が最大値を取る半径Eに近い半径Iにおいて最大値9.0度を取る。付け根付近の取付け角分布への接線KLは正の勾配を持つ。 The obtained mounting angle takes a maximum value of 9.0 degrees at a radius I close to a radius E where the chord length takes a maximum value. The tangent line KL to the mounting angle distribution near the base has a positive slope.
図9で示した翼弦長を用いて設計したロータ6が図1に示したものである。 The rotor 6 designed using the chord length shown in FIG. 9 is the one shown in FIG.
本発明に係るロータ6は、ドローンのロータブレード、固定ピッチ同軸二反転ロータ式有人ヘリコプタのロータブレード、固定ピッチ同軸二重反転ロータ式無人ヘリコプタのロータブレード等に用いる事が出来る。 The rotor 6 according to the present invention can be used for a rotor blade of a drone, a rotor blade of a fixed pitch coaxial counter rotating rotor type manned helicopter, a rotor blade of a fixed pitch coaxial counter rotating rotor type unmanned helicopter, and the like.
本発明は、上記の実施形態には限定されず、その技術思想の範囲で様々な変形が可能であり、その変形の範囲も本発明の技術的範囲に属するものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the technical idea, and the scope of the modifications also belongs to the technical scope of the present invention.
次に、上述した原田の渦法を説明する。 Next, the Harada vortex method described above will be described.
図10にプロペラの座標系と放出渦を示す。プロペラは回転しながらx軸方向に移動し、移動した軌跡に放出渦が残されると考える。 FIG. 10 shows the propeller coordinate system and the discharge vortex. It is considered that the propeller moves in the x-axis direction while rotating, and a discharge vortex is left in the moved locus.
図11に一枚目のブレードの拡大図を示す。回転軸からri離れたブレード上にi番目の代表点があり、j番目の放出渦は図中白丸で示された様に短い線分に離散化する。j番目の単位強度の放出渦がi番目の代表点に引き起こすx方向の誘導速度をXij、z方向の誘導速度をZijとすると、i番目の代表点に引き起こされるx方向の誘導速度ui、z方向の誘導速度wiはそれぞれ
ui=ΣXijгj (3)
wi=ΣZijгj (4)
で与えられる。ここで、Xij、Zijはビオサバールの法則から得られる定数であり、гjはj番目の放出渦である。
FIG. 11 shows an enlarged view of the first blade. There are i-th representative point from the axis of rotation on r i apart blades, j-th emission vortices are discretized into short line segments as shown in Fig white circles. Assuming that the induced velocity in the x direction caused by the discharge vortex of the j-th unit intensity at the i-th representative point is X ij and the induced velocity in the z-direction is Z ij , the induced velocity u in the x-direction caused by the i-th representative point u. The i and z-direction guiding speeds w i are respectively u i = ΣX ij г j (3)
w i = ΣZ ij г j (4)
Given in. Here, X ij and Z ij are constants obtained from Biosavart's law, and г j is the j-th emission vortex.
図12にブレードの断面と流入速度を示す。ブレードに流入する空気の接線方向成分をUTとするとUTは
UT=riΩ−wi (5)
で与えられる。ここでΩはプロペラの回転角速度である。またブレードに流入する空気の軸方向成分をUPとするとUPは
UP=U−ui (6)
で与えられる。ここでUはプロペラの前進速度である。流入角φi及び流入速度Viはそれぞれ次式で与えられる。
FIG. 12 shows the cross section of the blade and the inflow speed. When the tangential component of the air flowing into the blades and U T U T is U T = r i Ω-w i (5)
Given in. Here, Ω is the rotational angular velocity of the propeller. Further, when the axial component of the air flowing into the blades and U P U P is U P = U-u i ( 6)
Given in. Here, U is the propeller forward speed. The inflow angle φ i and the inflow speed V i are given by the following equations, respectively.
φi=tan−1(UP/UT) (7)
Vi=√(UP 2+UT 2) (8)
図13にブレード翼素に働く力を示す。i番目の翼素に働く局所揚力dLiはクッタ=ジューコフスキーの定理により
dLi=ρViгidb (9)
で与えられる。ここでρは空気密度、dbは翼素の幅である。または、揚力係数CLを用いて
dLi=1/2・ρVi 2CLcidb (10)
で表される。ここで、ciはi番目の翼素の翼弦長である。(9)、(10)式よりciは次式で与えられる。
φ i = tan -1 (U P / U T) (7)
V i = √ (U P 2 + U T 2) (8)
FIG. 13 shows the force acting on the blade blade element. The local lift dL i acting on the i th blade element is given by the Kutta-Jukovsky theorem as follows: dL i = ρV i г i db (9)
Given in. Here, ρ is the air density, and db is the width of the blade element. Or, using the lift coefficient C L , dL i = 1/2 · ρV i 2 C L c i db (10)
It is represented by Here, c i is the chord length of the i th blade element. (9), c i from equation (10) is given by the following equation.
ci=2гi/CLVi (11)
i番目の翼素に働く局所抵抗dDiは抵抗係数CDを用いて次式で与えられる。
c i = 2г i / C L V i (11)
The local resistance dD i acting on the i th blade element is given by the following equation using the resistance coefficient C D.
dDi=1/2・ρVi 2CDcidb (12)
CDはレイノルズ数とCLの関数であるが、CLに定数を用い、CDがレイノルズ数に対しては鈍感であるとして定数としてよい。
dD i = 1/2 · ρV i 2 C D c i db (12)
C D but is a function of the Reynolds number and C L, using a constant C L, C D is good as a constant as a insensitive to Reynolds number.
局所揚力dLiと局所抵抗dDiの合力の軸方向分力は局所推力dTiとなり、接線方向分力をdNiとするとそれぞれ、
dTi=dLicosφi−dDisinφi (13)
dNi=dLisinφi+dDicosφi (14)
となる。局所吸収パワdPiはdNiriΩであるから次式で与えられる。
The axial component of the resultant force of the local lift dL i and the local resistance dD i is the local thrust dT i , and the tangential component is dN i .
dT i = dL i cosφ i -dD i sinφ i (13)
dN i = dL i sin φ i + dD i cos φ i (14)
It becomes. Since the local absorption power dP i is dN i r i Ω, it is given by the following equation.
dPi=(dLisinφi+dDicosφi)riΩ (15)
結局、推力と吸収パワは(13)式と(15)式よりそれぞれ
T=BΣdTi (16)
P=BΣdPi (17)
で与えられる。ここでBはブレード枚数である。
dP i = (dL i sin φ i + dD i cos φ i ) r i Ω (15)
Eventually, the thrust and absorption power are calculated from the equations (13) and (15) as follows: T = BΣdT i (16)
P = BΣdP i (17)
Given in. Here, B is the number of blades.
プロペラの最適設計問題はCL、CD、Ω、設計パワP0を設定し、гiを未知数として The optimal design problem for the propeller is C L , C D , Ω, design power P 0 and гi as unknown
[条件]:P=P0
のもと
[Condition]: P = P 0
Under
[目的関数]:−T
を最小化する
最適化問題に帰着する。
[Objective function]: -T
This results in an optimization problem that minimizes.
1 翼端渦
2 翼端渦のモデル
3 ブレード
4 ハブ
5 シャフト穴
6 ロータ
1 Blade tip vortex 2 Blade tip vortex model 3 Blade 4 Hub 5 Shaft hole 6 Rotor
Claims (4)
2枚のブレードを有し、
前記各ブレードの形状が、
半径10%から35%の領域に最大翼弦長をもち、
前記最大翼弦長の位置から先端方向にかけて翼弦長が減少し、
前記翼弦長の減少が所定の位置で最大になり、その位置から先端方向にかけて前記翼弦長の減少がゆるやかになり、
半径70%から95%の領域に変曲点があり、
先端が楕円形であり、
翼弦に2点で接する接線が翼端で作る仮想の翼端の翼弦長に対し、最大翼弦長は3倍以上の長さであり、
半径中程のくびれ量は仮想の翼端の30%以下であり、
取付け角は前記翼弦長が最大になる付近で最大となり、前記翼弦長が最大に位置から先端にかけて減少し、
付け根の前記取付け角は当該取り付け角が最大値を取る位置から付け根に行くほど減少している
ロータ。 A rotor with a solidity of 10% or less,
With two blades,
The shape of each blade is
Has a maximum chord length in the range of 10% to 35% radius,
The chord length decreases from the position of the maximum chord length to the tip direction,
The reduction of the chord length becomes maximum at a predetermined position, and the reduction of the chord length becomes gentle from the position toward the tip,
There is an inflection point in the area of radius 70% to 95%,
The tip is oval,
The maximum chord length is more than three times the hypothetical chord length of the hypothetical tip created by the tangent that touches the chord at two points.
The amount of constriction in the middle of the radius is 30% or less of the virtual wing tip,
The mounting angle is maximum near the maximum chord length, the chord length decreases from the maximum position to the tip,
The mounting angle of the base decreases from the position where the mounting angle takes the maximum value to the base.
前記各ブレードの形状が、
翼弦長は付根から先端にかけて1階微分が連続な曲線である
ロータ。 The rotor according to claim 1,
The shape of each blade is
The chord length is a curve with a continuous first-order differential from the root to the tip.
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