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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
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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 | 
IP卡
狗仔卡
发表于 2011-9-18 16:01:01
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沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
发表于 2011-9-19 22:57:09