第三章螺旋桨的空气动力

航空发表于 2011-9-18 16:01:01

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航空发表于 2011-9-18 16:01:44

飞行原理/CAFUC 螺旋桨的空气动力 第三章 第三章第2 页 螺旋桨的拉力是活塞式飞机和涡轮螺旋桨飞机前进的 动力。螺旋桨运作好坏直接影响拉力大小，而拉力大小又 关系到飞机的飞行性能。 本章着重分析螺旋桨空气动力的产生及其变化规律， 介绍螺旋桨的功率、效率及负拉力、副作用等问题。 第三章第3 页 本章主要内容 3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力 3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化 3.3 螺旋桨的有效功率和效率 3.4 螺旋桨的副作用 飞行原理/CAFUC 飞行原理/CAFUC 3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力 第三章第5 页 3.1.1 螺旋桨简介 桨叶 桨毂 变距机构 桨尖 桨根 后缘 前缘 ① 螺旋桨的组成 第三章第6 页 ② 桨叶平面形状 桨叶的平面形状很多， 使用较多的有三种： 第三章第7 页 R r 螺旋桨直径D ③ 桨叶基本参数 螺旋桨半径R 剖面半径r 相对半径r/R 桨弦b 第三章第8 页 α γ φ 桨弦 相对气 流 旋转面 桨叶角φ：桨弦和旋转面之间的夹角 桨叶迎角α：桨弦和入流（即相对气流）之间的夹角 入流角γ：入流和旋转面之间的夹角 ③ 桨叶基本参数 第三章第9 页 ④ 定距螺旋桨与变距螺旋桨 桨叶角增大叫变高距或变大距。 桨叶角减小叫变低距或变小距。 现代飞机普遍使用自动变距螺旋桨。 桨叶角不能改变的螺旋桨叫定距螺旋桨。 桨叶角能够改变的螺旋桨叫变距螺旋桨。 第三章第10页 ●TB200螺旋桨外观 第三章第11页 ●Seminole 螺旋桨外观 第三章第12页 飞行中，螺旋桨是一面旋转一面前进的。螺 旋桨剖面具有两个速度：一个是前进速度v,一个 是圆周速度（切向速度）u。 3.1.2 螺旋桨的运动 右图为桨叶切 面上某一点的运动 轨迹 第三章第13页 ① 相对进距λ ( ) 2 2 tg v u v r n D r          v nD   u v    第三章第14页 u v       ② 桨叶迎角α随桨叶角φ的变化  为常数时   为常数时  第三章第15页 ③ 桨叶迎角α随飞行速度v的变化 在桨叶角和转速不变的情况下，桨叶迎角随飞行速度 增大而减小，当飞行速度增大到一定程度，桨叶迎角可 能减小到零，甚至变为负值。 第三章第16页 ④ 桨叶迎角α随切向速度u的变化 在桨叶角和飞行速度不变 的情况下，桨叶迎角随转速增 大而增大，随转速减小而减 小。 第三章第17页 ⑤ 螺旋桨的几何扭转 螺旋桨几何扭转的目的，是为了保持螺旋桨桨叶各 剖面的桨叶迎角基本相等。 下图为没有进行几何扭转的螺旋桨工作时的情况。 第三章第18页 ●螺旋桨的几何扭转示意图 第三章第19页 ●螺旋桨的几何扭转的效果 下图为进行了几何扭转的螺旋桨，可以看到从 桨根到桨尖，桨叶角逐渐减小，以保证各切面迎 角大致相等。 桨尖桨根 第三章第20页 ●TB200螺旋桨的几何扭转 第三章第21页 3.1.3 螺旋桨拉力和旋转阻力的产生 ① 叶素的空气动力 1 2 R 2 dR  C  w ds CR叶素的空气动力系数 ds叶素的面积 第三章第22页 1 2 Y 2 1 2 dY  C  w ds X 2 dX  C  w ds ② 桨叶的空气动力及其分布 第三章第23页 ●旋转阻力矩 螺旋桨各桨叶旋转阻力的作用点离桨轴有一段距 离，其方向与桨叶的旋转方向相反，故形成阻碍螺旋 桨旋转的力矩M阻。 旋转阻力矩M阻通常由发动机输出的旋转力矩M扭 来平衡。 M阻>M扭，螺旋桨转速将会降低 M扭<M扭，螺旋桨转速将会增加 M扭=M扭，螺旋桨转速不变 第三章第24页 ●飞行中螺旋桨所受力分析 离心力 阻力矩致弯曲力 拉力 第三章第25页 本章主要内容 3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力 3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化 3.3 螺旋桨的有效功率和效率 3.4 螺旋桨的副作用 飞行原理/CAFUC 飞行原理/CAFUC 3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化 第三章第27页 3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化 螺旋桨的拉力是总空气动力的一个分力，拉力的 大小不仅取决于总空气动力的大小，还取决于总空 气动力的方向。 总空气动力大小 总空气动力方向 桨叶迎角α 桨叶切面合速度w 合速度的方向 性质角θ 拉力大小 第三章第28页 ●变距机构的分类 人工变距机构，以变距杆为代表 自动变距机构，以调速器为代表 3.2.1 螺旋桨的变距 ●变距的目的 人工变距，通过前推或后拉变距杆，改变桨叶角、桨 叶迎角、旋转阻力的大小，从而调整转速快慢。 自动变距，通过调速器自动调整桨叶角的大小，保持 转速恒定不变。 第三章第29页 ●变距机构 第三章第30页 ●不同工况下的操作  油门杆  变距杆  混合比杆 第三章第31页 3.2.2 螺旋桨拉力随飞行速度的变化 飞行速度增大，使得相对气流方向越发偏离旋转 面，因此桨叶总空气动力R的方向也更加偏离桨轴。 第三章第32页 ●螺旋桨飞机拉力随速度变化曲线 螺旋桨拉力随速度的增大而逐步减小。 第三章第33页 3.2.3 螺旋桨拉力随油门位置的变化 油门增加，螺旋桨转速增大。调速器为了保持转 速，自动增大桨叶角。因此桨叶总空气动力R增大。 第三章第34页 ●螺旋桨飞机不同油门位置下的拉力曲线 螺旋桨的拉力随油门的增大而逐步减小。 第三章第35页 3.2.4 螺旋桨拉力随飞行高度的变化 对于安装自然吸气式活塞发动机的螺旋桨的拉力随高 度的增大而减小。 第三章第36页 螺旋桨的拉力随温度的增加而减小。 3.2.5 螺旋桨拉力随气温的变化 第三章第37页 产生负拉力的几种情况： ① 飞行速度过大，产生负拉力。 ② 油门过小，产生负拉力。 ③ 发动机空中停车,产生负拉力。 3.2.6 螺旋桨的负拉力 第三章第38页 ① 飞行速度过大时负拉力的产生 飞行速度增大，调速器为保持转速不变，会自动增大桨 叶角。但由于入流角也在增大，所以桨叶迎角仍在减小， 桨叶总空气动力R逐渐向旋转面靠拢。 第三章第39页 ② 油门过小时负拉力的产生 油门减小，调速器为保持转速不变，会自动减小桨叶 角。但由于入流角短时间内保持不变，桨叶迎角逐渐减 小，甚至成为负迎角。 第三章第40页 ③ 发动机空中停车时负拉力的产生 发动机空中停车，调速器为保持转速不变，会自动 减小桨叶角。由于桨叶角和桨叶迎角均迅速减小，形 成较大的负迎角，桨叶总空气动力R指向斜后方。 第三章第41页 ●空中停车后螺旋桨的自转（风车状态） 相对气流 飞行阻力 旋转力总空气动力 第三章第42页 顺桨的目的是将桨叶角增大到90度左右，桨叶几 乎与飞行速度方向相平行，从而避免发动机的磨损， 消除负拉力，减小阻力。 ●顺桨机构 相对气流 桨弦 第三章第43页 ●顺桨的过程 第三章第44页 ●顺桨完成 第三章第45页 ●不同桨叶角下螺旋桨阻力 风车状态下螺旋桨阻力很大。 第三章第46页 本章主要内容 3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力 3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化 3.3 螺旋桨的有效功率和效率 3.4 螺旋桨的副作用 飞行原理/CAFUC 飞行原理/CAFUC 3.3 螺旋桨的有效功率和效率 第三章第48页 螺旋桨有效功率是影响螺旋桨飞机飞行性能好坏的因 素之一。 螺旋桨效率则是衡量螺旋桨性能好坏的重要标志。 因此，飞行员对什么是螺旋桨有效功率和效率、以及 如何获得好的螺旋桨有效功率和效率应该有所了解。 第三章第49页 3.3.1 螺旋桨的有效功率 75 N P v   桨 螺旋桨产生拉力，拉着飞机前进，对飞机做功。每 秒钟内螺旋桨对飞机所做的功的多少就是螺旋桨的有 效功率。 P —— 螺旋桨拉力，单位：牛顿 v —— 飞行速度，单位：米/秒 第三章第50页 ① 螺旋桨的有效功率随飞行速度的变化 小于某一飞行速度时，螺旋桨有效功率随速度增大而增大。 大于某一飞行速度时，螺旋桨有效功率随速度增大而减小。 第三章第51页 ② 螺旋桨的有效功率随不同油门位置的变化 飞行高度和转速均 不变的情况下，油门 位置越大，发动机有 效功率越大，螺旋桨 有效功率随之增大。 第三章第52页 注：吸气式发动机与增压式发动机的工作原理不同， 受高度变化的影响也有不同。 ③ 螺旋桨的有效功率随不同高度的变化 低于额定高度，随 着高度增加，发动机有 效功率增大，螺旋桨有 效功率也增大。 超过额定高度，随 着高度增加，发动机有 效功率减小，螺旋桨有 效功率也减小。 第三章第53页 ④ 获得螺旋桨最大有效功率的方法 对于活塞式螺旋桨飞机，当高度和飞行速度一定的情 况下，要想使螺旋桨有效功率尽可能大，在加油门的同 时应当前推变距杆增大转速。 第三章第54页 3.3.2 螺旋桨的效率 螺旋桨的有效功率与发动机的有效功率之比，定义为螺 旋桨的效率η N N   桨 发动机 第三章第55页 ① 螺旋桨的效率η与相对进距λ的关系 在固定桨叶角的情况下，螺旋桨的效率在某一固定 相对进距下达到最大。 第三章第56页 ② 螺旋桨的效率η与桨叶角φ的关系 相对进矩越大，对应较高效率的桨叶角也越大。 第三章第57页 活塞式变距螺旋桨飞机，在使用额定转速和额定 油门做大速度平飞时，螺旋桨效率最高。 ③ 获得螺旋桨最大效率的方法 在飞行速度减小时，收小油门、减小进气压力、 后拉变距杆减小转速，以保持螺旋桨效率。 在飞行速度增大时，加大油门、增大进气压力、 前推变距杆增大转速，以保持螺旋桨效率。 第三章第58页 本章主要内容 3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力 3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化 3.3 螺旋桨的有效功率和效率 3.4 螺旋桨的副作用 飞行原理/CAFUC 飞行原理/CAFUC 3.4 螺旋桨的副作用 第三章第60页 螺旋桨在工作中，一方面产生拉力，提供飞机的前进 动力；另一方面还会产生一些对飞行不利的副作用。 ① 进动 ② 反作用力矩 ③ 滑流扭转作用 第三章第61页 飞行中高速旋转的螺旋桨，当受到桨轴方向的操纵力 矩作用时，螺旋桨并不完全绕与操纵力矩方向平行的轴 转动，还要绕另一个轴偏转，这种现象叫做进动。 3.4.1 螺旋桨的进动 纵轴 竖轴 横轴 机头 上仰 向右 进动 螺旋桨旋 转方向 反作用力 矩方向 第三章第62页 ●进动的产生机理 第三章第63页 ●螺旋桨进动的产生 当机头上仰时，转动到上方的桨叶受到向后的作 用力，产生向后的加速度。在桨叶继续向右转动的过 程中，该加速度的影响仍然存在。 第三章第64页 ●进动方向的判断方法 通过绘图判断右转 螺旋桨的方向 通过右手判断右转 螺旋桨的方向 方法一：方法二： 机头转动方向 进动方向 第三章第65页 后三点式螺旋桨飞机，在起飞滑跑抬尾轮时，受进 动的影响较为明显。 ●进动的影响 举例： 第三章第66页 ●进动的影响 后三点式螺旋桨飞机，在起飞滑跑阶段，受进动 的影响较为明显。 第三章第67页 3.4.2 螺旋桨的反作用力矩 右转螺旋桨飞机，在反作用力矩作用下，会向左倾斜。 第三章第68页 在空中飞行时，反作用力矩有使飞机带坡度的趋势。 加油门，桨叶空气动力增大，反作用力矩随之增大。 减油门，桨叶空气动力减小，反作用力矩随之减小。 ① 反作用力矩对空中飞行的影响 螺旋桨转动方向 反作用力矩方向 第三章第69页 ② 反作用力矩对地面滑跑的影响 在地面滑跑时，反作用力矩的作用使左右两侧机轮对地面 的压力不均，受到的摩擦阻力不同，使得机头向一侧偏转。 反作用力矩 N左 N右 偏转力矩 F左 F右 第三章第70页 受螺旋桨作用，向后加速和扭转的气流叫螺旋桨滑流。 3.4.3 螺旋桨的滑流扭转作用 第三章第71页 ●螺旋桨滑流对飞机的扭转作用 对于右转螺旋桨飞机，滑流的影响主要从左方作用 于机体和垂直尾翼，使得飞机机头向左侧偏转。 飞行速度越 大，舵面效应 越强，偏转力 矩越大。 第三章第72页 ●加油门时滑流对俯仰平衡的影响 油门增加 滑流速度增加偏转力矩增加 附加空气动力增加上仰力矩增加 V 上仰力矩 滑流速度增大 △RY尾 第三章第73页 ●收油门时飞机会下俯 第三章第74页 ●C130的螺旋桨滑流 第三章第75页 本章小结 飞行原理/CAFUC  拉力的变化规律  螺旋桨副作用

dingzhili 发表于 2011-9-19 22:57:09

谢谢！好资料

honor122866 发表于 2011-9-20 15:52:55

good stuff

喜欢mp3 发表于 2012-4-17 19:54:04

好东西啊。楼主好人啊。

tonyblairer 发表于 2022-1-13 17:23:37

非常好，谢谢分享

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第三章 螺旋桨的空气动力

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