一種利用馬格納斯效應的新型螺旋槳的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種利用馬格納斯效應的新型螺旋槳，包括槳葉、槳軸、槳轂和槳葉自轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)；槳轂包括槳轂底盤和固定在槳轂底盤上的均勻分布的若干個槳轂凸臺；槳轂底盤固定安裝在槳軸端部，且槳轂底盤與槳軸同軸；槳葉根部連接軸穿過軸承孔與對應的槳轂凸臺軸承配合；槳葉自轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括電機、主錐齒輪和副錐齒輪；電機輸出軸帶動主錐齒輪轉(zhuǎn)動；副錐齒輪個數(shù)與槳葉個數(shù)相同，副錐齒輪同軸固定在對應槳葉根部連接軸端部，副錐齒輪與主錐齒輪嚙合。本發(fā)明利用馬格納斯效應，當螺旋槳公轉(zhuǎn)速度一定時，通過調(diào)節(jié)槳葉自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大小，可以極大程度的改變槳葉上下表面壓力差，使得即使公轉(zhuǎn)速度很低的情況下也能產(chǎn)生很大拉力。
【專利說明】一種利用馬格納斯效應的新型螺旋槳
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空推進器領(lǐng)域，具體為一種利用馬格納斯效應的新型螺旋槳。
【背景技術(shù)】
[0002]螺旋槳是指靠槳葉在空氣或水中旋轉(zhuǎn)，將發(fā)動機轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為推進力的裝置，可有兩個或較多的葉與轂相連，葉的向后一面為螺旋面或近似于螺旋面。螺旋槳分為很多種，應用也十分廣泛，如飛機、輪船的推進器等。
[0003]現(xiàn)有的螺旋槳采用的槳葉通常固定連接于槳轂上，螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時，槳根和槳尖繞槳轂轉(zhuǎn)動的線速度不同，為了保持槳葉各部分都處于最佳氣動力狀態(tài)，槳葉各剖面的迎角需要設計為從槳根到槳尖逐漸減小，從而使得槳葉加工時需要有扭轉(zhuǎn)，使得槳葉加工難度較大，制造成本較高；另外，傳統(tǒng)螺旋槳的轉(zhuǎn)速通常較高，高速旋轉(zhuǎn)時槳葉自身的離心力很大，在槳葉根部受到的極大的離心力，這對槳葉的結(jié)構(gòu)強度提出了很高的要求，大功率螺旋槳通常需要采用鋁或鋼制造，這增加了螺旋槳的結(jié)構(gòu)重量。
[0004]綜合來看，傳統(tǒng)螺旋槳的槳葉需要具有扭轉(zhuǎn)，加工復雜，成本高；且為了克服高速旋轉(zhuǎn)時的離心力，對槳葉結(jié)構(gòu)強度有很高要求，使得結(jié)構(gòu)重量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[0006]為了降低螺旋槳加工難度，使得螺旋槳槳葉易于制造，無需扭轉(zhuǎn)，并且在螺旋槳低速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生較大拉力，降低離心力對槳葉結(jié)構(gòu)帶來的強度要求，本發(fā)明提出了一種利用馬格納斯效應的新型螺旋槳。
[0007]經(jīng)典的馬格納斯效應是指在粘性不可壓縮流體中運動的旋轉(zhuǎn)圓柱受到舉力的一種現(xiàn)象。比如，足球在氣流中運動時，若其上球面的旋轉(zhuǎn)方向與氣流同向，則會帶動上球面附近的氣流運動，使得上球面的流速增加，產(chǎn)生低壓；反之，與氣流速度方向相反的下球面則會產(chǎn)生高壓,從而產(chǎn)生舉力。
[0008]技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0010]所述一種利用馬格納斯效應的新型螺旋槳，其特征在于:包括槳葉、槳軸、槳轂和槳葉自轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)；所述槳葉為圓錐形結(jié)構(gòu)，從槳根到槳梢的圓形剖面半徑逐漸減小，槳葉根部伸出有連接軸；所述槳轂包括槳轂底盤和固定在槳轂底盤上的均勻分布的若干個槳轂凸臺，槳轂凸臺個數(shù)與槳葉個數(shù)相同；槳轂底盤固定安裝在槳軸端部，且槳轂底盤與槳軸同軸；槳轂底盤中心有通孔，槳轂凸臺上開有軸承孔，軸承孔中心軸線與槳轂底盤中心軸線垂直相交；槳葉根部連接軸穿過軸承孔與對應的槳轂凸臺軸承配合；所述槳葉自轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括電機、主錐齒輪和副錐齒輪；電機輸出軸帶動主錐齒輪轉(zhuǎn)動，主錐齒輪與槳軸同軸；副錐齒輪個數(shù)與槳葉個數(shù)相同，副錐齒輪同軸固定在對應槳葉根部連接軸端部，副錐齒輪與主錐齒輪嚙合。[0011]所述一種利用馬格納斯效應的新型螺旋槳，其特征在于:槳根處的截面圓直徑為槳梢處的截面圓直徑的1.5?2倍，槳葉展長為槳葉平均圓直徑的8?10倍。
[0012]有益效果
[0013]本發(fā)明的有益效果為:
[0014]從空氣動力學角度來講，由于利用馬格納斯效應，當螺旋槳公轉(zhuǎn)速度一定時，通過調(diào)節(jié)槳葉自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速大小，可以極大程度的改變槳葉上下表面壓力差，使得即使公轉(zhuǎn)速度很低的情況下也能產(chǎn)生很大拉力；通過調(diào)節(jié)槳葉自轉(zhuǎn)方向即可快速改變螺旋槳的拉力方向。
[0015]從結(jié)構(gòu)角度看，由于槳葉為錐形圓柱，外形簡單，相比傳統(tǒng)的螺旋槳槳葉而言，降低了加工難度；由于利用馬格納斯效應使得槳葉在公轉(zhuǎn)的同時依靠自轉(zhuǎn)產(chǎn)生拉力，因此可大大降低螺旋槳的公轉(zhuǎn)速度以及由此導致的的離心力，降低了對結(jié)構(gòu)強度的要求，降低結(jié)構(gòu)重量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1:螺旋槳結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2:螺旋槳主視圖
[0018]圖3:螺旋槳A向剖視圖
[0019]圖4:螺旋槳俯視圖
[0020]圖5:螺旋槳D向剖面視圖
[0021]圖6:槳轂內(nèi)部裝配關(guān)系側(cè)視圖
[0022]圖7:槳轂主視圖
[0023]圖8:槳轂B向剖面視圖
[0024]圖9:槳轂仰視圖
[0025]圖10:軸承擋板示意圖
[0026]圖11:槳葉軸測視圖
[0027]圖12:槳葉正視圖
[0028]圖13:槳葉沿展向剖視圖
[0029]圖14:槳葉根部局部放大視圖
[0030]圖15:槳轂蓋正視圖
[0031]圖16:槳轂蓋結(jié)構(gòu)示意圖
[0032]其中:1.槳軸；2.槳轂；3.槳葉；4.槳轂蓋；5.電機；6.軸承；7.軸承擋板；8.主錐齒輪；9.副錐齒輪；10.槳轂底盤；11.槳轂蓋安裝螺紋孔；12.槳轂凸臺；13.軸承安裝孔；14.圓錐槳葉段；15槳葉根部連接軸；16.副錐齒輪套筒；17.槳葉安裝槽；18.電機功率輸出軸；19.軸承擋板安裝螺紋孔；20.電機功率輸出軸預留安裝孔；21.底盤安裝電機螺釘孔；22.底盤安裝槳軸螺紋孔；23.槳葉螺紋孔；24.槳轂蓋螺釘孔
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實施例描述本發(fā)明:
[0034]本實施例中的利用馬格納斯效應的新型螺旋槳，包括槳葉3、槳軸1、槳轂2和槳葉自轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)。參照附圖1，本實施例中的螺旋槳具有三個槳葉。[0035]參照附圖11、附圖12和附圖13，槳葉3采用碳纖維復合材料制成，分為圓錐槳葉段14和槳葉根部連接軸15兩部分，圓錐槳葉段14長度為240_，從槳葉根部到槳葉梢部的截面圓直徑逐漸變小，其中靠近根部的圓面直徑為40mm，梢部的圓面直徑為20mm。參照附圖11和附圖5，槳葉根部連接軸15為圓柱形，穿過軸承6并與之配合；參照附圖13和附圖14，在槳葉根部連接軸15上靠近圓錐槳葉段14的一端有一圓柱形臺階，參照附圖5，此臺階頂在軸承6的內(nèi)圈上，實現(xiàn)槳葉一端限位。
[0036]參照附圖6、附圖7和附圖8，槳轂2采用鋁合金制造。槳轂包括槳轂底盤10和固定在槳轂底盤上的均勻分布的若干個槳轂凸臺。槳轂2的槳轂底盤10為圓形，直徑為100mm,厚度5_，在周向側(cè)壁上均布有6個沿徑向的槳轂蓋安裝螺紋孔11，用以通過螺釘連接槳轂蓋4。參照附圖8和附圖9，在槳轂底盤10中心有一直徑比電機5的功率輸出軸直徑略大的電機功率輸出軸預留安裝孔20。參照附圖7和附圖8，槳轂2的槳轂底盤10上沿周向有三個軸向凸出的槳轂凸臺12，槳轂凸臺12開有一個軸承安裝孔13，軸承安裝孔中心軸線與槳轂底盤中心軸線垂直相交，軸承安裝孔13底部具有一環(huán)形臺階，用以對軸承6的一側(cè)進行軸向限位；參照附圖7和附圖8，軸承安裝孔周圍均布有4個螺紋孔，用以通過螺釘固定連接軸承擋板7。
[0037]參照附圖10，軸承擋板7采用鋁合金材料制造，呈環(huán)形，沿周向均布有4個螺釘孔，內(nèi)徑比軸承安裝孔13孔徑略??；參照附圖5和附圖6，軸承擋板7通過螺釘固定連接于槳轂凸臺12上，并擋住軸承6的外圈，對軸承6實現(xiàn)了另一側(cè)的限位。
[0038]參照附圖5，槳軸I采用鋁合金材料制成，孔徑比電機直徑5略大，其上端部沿周向均布有三個軸向貫穿的螺釘孔；參照附圖5和附圖6，通過螺釘將槳軸I與槳轂底盤10底部固定連接。
[0039]所述槳葉自轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括電機5、主錐齒輪8和副錐齒輪。在電機功率輸出軸預留安裝孔20周圍均布有四個螺釘孔，參照附圖5，這四個螺釘孔用以通過螺釘將電機5固定連接于槳轂底盤10下側(cè)，而電機5的電機功率輸出軸18從槳轂底盤10中心的貫穿圓孔中伸出，在此電機功率輸出軸18上套緊固定有主錐齒輪8，電機功率輸出軸、主錐齒輪與槳軸同軸。副錐齒輪個數(shù)與槳葉個數(shù)相同，副錐齒輪同軸固定在對應槳葉根部連接軸端部，副錐齒輪與主錐齒輪嚙合。參照附圖3和附圖5，主錐齒輪8和副錐齒輪9均采用合金鋼材料制造，通過螺釘分別固定連接于電機功率輸出軸18和槳葉根部連接軸15上，傳動比為8。參照附圖3和附圖5，副錐齒輪9上的副錐齒輪套筒16外徑比軸承內(nèi)徑略大，副錐齒輪套筒16的一端頂在軸承6的內(nèi)圈上，這樣就實現(xiàn)了槳葉3的定位。
[0040]參照附圖15和附圖16，槳轂蓋4采用碳纖維復合材料加工制成，其頂部為錐形球面,下部為薄壁圓柱形，圓柱內(nèi)徑與槳轂2的槳轂底盤10直徑相同，壁厚Imm;在薄壁圓柱底部沿周向開有6個螺釘孔，參照附圖3和附圖5，通過螺釘將槳轂蓋4與槳轂底盤10側(cè)壁上的螺紋孔連接固定；參照附圖15，沿薄壁圓柱的周向還開有三個槳葉安裝槽17，用以使得槳葉3的槳葉根部15穿過。
[0041]參照附圖5，利用馬格納斯效應的新型螺旋槳工作原理如下:當外部電機驅(qū)動槳軸I順時針轉(zhuǎn)動時，槳轂2帶動各槳葉隨著槳軸I順時針轉(zhuǎn)動；而電機5開始工作并順時針運轉(zhuǎn)，此時套緊固定在電機5的電機功率輸出軸18上的主錐齒輪8帶動與之嚙合配合的各副錐齒輪9轉(zhuǎn)動，從而帶動槳葉3繞自身軸線順時針自轉(zhuǎn)，這樣即使得各槳葉3在公轉(zhuǎn)的同時進行自轉(zhuǎn)，根據(jù)馬格納斯效應原理，槳葉3沿展向各剖面處的上半部分流速增加，為低壓區(qū)，而下半部分流速減小，為高壓區(qū)，從而產(chǎn)生升力；另外，由于槳葉3公轉(zhuǎn)使得槳根到槳梢處的線速度逐漸變大，若槳葉3沿展向各截面圓直徑相同，則從槳根到槳梢承受的氣動載荷逐漸增加，使得槳葉3易發(fā)生極大彎曲變形，不利于槳葉3結(jié)構(gòu)承載，因此槳葉3從根部到梢部的截面圓直徑逐漸減小可使得槳葉各處的自轉(zhuǎn)線速度逐漸減小，馬格納斯效應變?nèi)?，從而使得槳葉3沿展向受力均勻。通過改變電機轉(zhuǎn)速可以使得槳葉自轉(zhuǎn)速度變化，從而改變拉力大?。欢ㄟ^改變電機5的運轉(zhuǎn)方向即可改變槳葉自轉(zhuǎn)方向，從而產(chǎn)生相反方向的拉力。通過上述方式，可以使得槳葉在較低轉(zhuǎn)速下即可產(chǎn)生較大拉力，因此極大程度減小旋轉(zhuǎn)帶來的離心力，降低對槳葉根部的結(jié)構(gòu)要求。
【權(quán)利要求】
1.一種利用馬格納斯效應的新型螺旋槳，其特征在于:包括槳葉、槳軸、槳轂和槳葉自轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)；所述槳葉為圓錐形結(jié)構(gòu)，從槳根到槳梢的圓形剖面半徑逐漸減小，槳葉根部伸出有連接軸；所述槳轂包括槳轂底盤和固定在槳轂底盤上的均勻分布的若干個槳轂凸臺，，槳轂凸臺個數(shù)與槳葉個數(shù)相同；槳轂底盤固定安裝在槳軸端部，且槳轂底盤與槳軸同軸；槳轂底盤中心有通孔，槳轂凸臺上開有軸承孔，軸承孔中心軸線與槳轂底盤中心軸線垂直相交；槳葉根部連接軸穿過軸承孔與對應的槳轂凸臺軸承配合；所述槳葉自轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)包括電機、主錐齒輪和副錐齒輪；電機輸出軸帶動主錐齒輪轉(zhuǎn)動，主錐齒輪與槳軸同軸；副錐齒輪個數(shù)與槳葉個數(shù)相同，副錐齒輪同軸固定在對應槳葉根部連接軸端部，副錐齒輪與主錐齒輪嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種利用馬格納斯效應的新型螺旋槳，其特征在于:槳根處的截面圓直徑為槳梢處的截面圓直徑的1.5?2倍，槳葉展長為槳葉平均圓直徑的8?10倍。
【文檔編號】B64C23/08GK103434641SQ201310390503
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月25日
【發(fā)明者】唐繼偉, 胡峪, 宋筆鋒 申請人:西北工業(yè)大學