一種低噪聲無人機旋翼/螺旋槳的制作方法
【專利說明】一種低噪聲無人機旋翼/螺旋槳
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及無人機旋翼/螺旋槳降噪技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種低噪聲無人機旋翼/螺旋槳。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]當今社會，隨著無人機的技術(shù)越來越進步，愈來愈多的場合可見其身影，如軍事偵察、協(xié)助反恐等，無人機發(fā)揮了很大作用，降低了不必要的損失并提高了成功率。但在某些情況下，其噪聲問題給其安全性帶來隱患，如軍事偵察發(fā)生無人機被發(fā)現(xiàn)并被擊落的事件。無人機被發(fā)現(xiàn)的原因很大程度上就是由于其具有比較大的噪聲，其低空飛行、體積小，不易被雷達發(fā)現(xiàn)，但噪聲制約著其安全性。針對此類問題，現(xiàn)在世界各國都掀起一股研究低噪聲無人機的熱潮。
[0005]—般來說，噪聲的降低有兩種方法:主動降噪和被動降噪。主動降噪主要是指用相干聲波來抵消已有的噪聲場，抑制產(chǎn)生噪聲的振動源。國內(nèi)南京大學(xué)聲學(xué)所等單位，利用該方法實現(xiàn)了主動降噪，實驗效果非常明顯，但都是處于實驗室研究階段，遠沒達到實用的程度。在面對無人機旋翼/螺旋槳在空間分布的復(fù)雜聲場時，這種方式更顯得無能為力。所謂的被動降噪主要包括用吸聲結(jié)構(gòu)來將入射聲波的機械能轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量或修飾其外部結(jié)構(gòu)，使得流體更加吸附其表面，減少流體分離脫落，從而降低噪聲的產(chǎn)生。針對無人機旋翼/螺旋槳在空間中快速轉(zhuǎn)動的情況，利用吸聲結(jié)構(gòu)來達到降噪的目標也難以實行。最后為之可行的就是研究如何通過修飾無人機旋翼/螺旋槳的空間結(jié)構(gòu)來達到降噪的目的。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種低噪聲無人機旋翼/螺旋槳，能夠取得有效的降噪效果，切實可行，經(jīng)濟環(huán)保。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種低噪聲無人機旋翼/螺旋槳，包括槳葉，所述槳葉的前緣為正弦波狀的結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)，所述槳葉的尾緣為等腰三角形狀的鋸齒結(jié)構(gòu)，所述槳葉的翼尖吸力面上粘接有微陣列膜片結(jié)構(gòu)，所述微陣列膜片結(jié)構(gòu)由基片以及設(shè)置在基片上的均勻分布的若干柔性柱構(gòu)成。
[0009]所述的低噪聲無人機旋翼/螺旋槳，所述結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)由若干個結(jié)節(jié)構(gòu)成，所述結(jié)節(jié)的高度取值為0.005L?0.2L，所述結(jié)節(jié)的寬度取值為3mm?30mm，所述結(jié)節(jié)的數(shù)目取值為2?20;其中，L表示單個槳葉的平均弦長，其取值為單個槳葉的水平投影面積與翼展的比值，其單位為mm。
[0010]所述的低噪聲無人機旋翼/螺旋槳，所述鋸齒結(jié)構(gòu)由若干個鋸齒構(gòu)成，所述鋸齒的高度取值為0.0IL?0.4L，所述鋸齒的寬度取值為0.0lL?0.5L，所述鋸齒的數(shù)目取值為3?50;其中，L表示單個槳葉的平均弦長，其取值為單個槳葉的水平投影面積與翼展的比值，其單位為mm。
[0011]所述的低噪聲無人機旋翼/螺旋槳，所述柔性柱的高度取值為0.01%L?30%L，所述柔性柱的底面直徑取值為0.1%qL?30%L，所述柔性柱在基片上的分布密度取值為0.5%?20%;其中，L表示單個槳葉的平均弦長，其取值為單個槳葉的水平投影面積與翼展的比值，其單位為mm。
[0012]本發(fā)明的有益效果為:
(I)針對無人機旋翼/螺旋槳噪聲的復(fù)雜性，本發(fā)明提出了一種切實可行又經(jīng)濟環(huán)保的槳葉設(shè)計結(jié)構(gòu)，在一定程度上降低了無人機旋翼/螺旋槳的噪聲，能夠滿足不同場合對無人機噪聲水平的特殊要求。
[0013](2)本發(fā)明基于耦合仿生的降噪結(jié)構(gòu)是仿照自然界中具有“靜音”飛行特性的貓頭鷹結(jié)構(gòu)得來的，能夠提高無人機的效率，使無人機的續(xù)航能力得到增強，更加節(jié)能環(huán)保，具有經(jīng)濟意義。雖然本發(fā)明研究對象是針對無人機旋翼/螺旋槳，但是像風(fēng)扇、軸流風(fēng)機、渦輪機等旋轉(zhuǎn)機械都可以使用前緣結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)、尾緣鋸齒結(jié)構(gòu)和翼尖吸力面微陣列膜片結(jié)構(gòu)這三種結(jié)構(gòu)中的一種或幾種，可以單獨使用抑或組合使用，還可以用來解決飛行器的氣動噪聲問題。
[0014](3)本發(fā)明給出了上述三種結(jié)構(gòu)參數(shù)的取值范圍，這對實際應(yīng)用中具體結(jié)構(gòu)的尺寸選擇具有指導(dǎo)意義。
[0015](4)本發(fā)明提出的上述三種結(jié)構(gòu)除了與槳葉固定一體化以外，還可以做成能拆能裝的活動式，以便根據(jù)實際情況加以利用，甚至與控制系統(tǒng)加以組合形成主動降噪系統(tǒng)。
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【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的A部放大圖；
圖3是圖1的B部放大圖；
圖4是圖1的C部放大圖。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步說明本發(fā)明。
[0020]如圖1?圖4所示，一種低噪聲無人機旋翼/螺旋槳，包括槳葉I，槳葉I的前緣11采用正弦波狀的結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)，槳葉I的尾緣12采用等腰三角形狀的鋸齒結(jié)構(gòu)，槳葉I的翼尖吸力面上粘接有微陣列膜片結(jié)構(gòu)2，其中，微陣列膜片結(jié)構(gòu)2由基片以及設(shè)置在基片上的均勻分布的若干柔性柱21構(gòu)成。
[0021]結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)包括結(jié)節(jié)高度a、結(jié)節(jié)寬度b、結(jié)節(jié)數(shù)目M，這三個參數(shù)優(yōu)化后的取值范圍如下:
結(jié)節(jié)高度a取值在0.005L?0.2L ； 結(jié)節(jié)寬度b取值在3mm?30mm;
結(jié)節(jié)數(shù)目M取值在2?20。?0022] 鋸齒結(jié)構(gòu)的主要參數(shù)包括鋸齒高度C、鋸齒寬度d、鋸齒數(shù)目N，這三個參數(shù)優(yōu)化后的取值范圍如下:
鋸齒高度c取值在0.0lL?0.4L;
鋸齒寬度d取值在0.0lL?0.5L;
鋸齒數(shù)目N取值在3?50。
[0023]翼尖吸力面上粘貼的微陣列膜片結(jié)構(gòu)2是采用MEMS技術(shù)加工出圓形硅柱孔陣列或者鎳柱孔陣列模板，再通過澆筑并旋涂PDMS柔性材料，固化后脫模得到的。其中，娃柱孔或鎳柱孔的高度或直徑即為微陣列膜片結(jié)構(gòu)2的單個柔性柱21的高度和直徑。
[0024]下面以硅柱孔陣列模板的制作為例，介紹下工藝過程，選取3英寸硅片用來制作硅柱孔陣列模板，利用L-Edit軟件制作掩膜版圖形，具體制備流程如下:
(1)選用直徑3英寸、晶向為(100)的單面拋光硅片