螺旋桨的空气动力PPT课件

1、第三章 第 页1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第1页/共74页3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力第2页/共74页第三章 第 页3螺旋桨简介桨叶桨毂变距机构桨尖桨根后缘前缘 螺旋桨的组成第3页/共74页第三章 第 页4 桨叶平面形状 桨叶的平面形状很多，使用较多的有三种：第4页/共74页第三章 第 页5Rr螺旋桨直径 D 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5页/共74页第三章 第 页6桨弦相对气流旋转面桨叶角 ：桨弦和旋转面之间的夹角桨叶迎角 ：桨弦和入流

2、（即相对气流）之间的夹角入流角 ：入流和旋转面之间的夹角 桨叶基本参数第6页/共74页第三章 第 页7 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7页/共74页第三章 第 页8TB200螺旋桨外观第8页/共74页第三章 第 页9Seminole 螺旋桨外观第9页/共74页第三章 第 页10 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。螺旋桨的运动 右图为桨叶切面上某一点的运动轨迹第10页/共

3、74页第三章 第 页11 相对进距( )22vtguvr nDrvnDuv第11页/共74页第三章 第 页12uv 桨叶迎角随桨叶角的变化为常数时为常数时第12页/共74页第三章 第 页13 桨叶迎角随飞行速度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13页/共74页第三章 第 页14 桨叶迎角随切向速度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14页/共74页第三章 第 页15 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

4、相等。下图为没有进行几何扭转的螺旋桨工作时的情况。第15页/共74页第三章 第 页16螺旋桨的几何扭转示意图第16页/共74页第三章 第 页17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17页/共74页第三章 第 页18TB200螺旋桨的几何扭转第18页/共74页第三章 第 页19 螺旋桨拉力和旋转阻力的产生 叶素的空气动力212RdRCwdsCR叶素的空气动力系数ds叶素的面积第19页/共74页第三章 第 页20212YdYCwds212XdXCwds 桨叶的空气动力及其分布第20页/共74页第三章 第 页

5、21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21页/共74页第三章 第 页22飞行中螺旋桨所受力分析离心力阻力矩致弯曲力拉力第22页/共74页第三章 第 页23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第23页/共74页3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化第24页/共74页第三章 第

6、 页253.2 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桨叶切面合速度w合速度的方向性质角拉力大小第25页/共74页第三章 第 页26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26页/共74页第三章 第 页27变距机构第27页/共74页第三章 第 页28不同工况下的操作

7、油门杆变距杆混合比杆第28页/共74页第三章 第 页29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29页/共74页第三章 第 页30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30页/共74页第三章 第 页31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31页/共74页第三章 第 页32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32页/共74页第三章 第 页33螺旋桨拉力随飞行高度的变化 对于安装

8、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33页/共74页第三章 第 页34螺旋桨的拉力随温度的增加而减小。螺旋桨拉力随气温的变化第34页/共74页第三章 第 页35产生负拉力的几种情况：飞行速度过大，产生负拉力。油门过小，产生负拉力。发动机空中停车,产生负拉力。螺旋桨的负拉力第35页/共74页第三章 第 页36 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36页/共74页第三章 第 页37 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

9、。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37页/共74页第三章 第 页38 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38页/共74页第三章 第 页39空中停车后螺旋桨的自转（风车状态）相对气流飞行阻力总空气动力旋转力第39页/共74页第三章 第 页40 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40页/共74页第三章 第 页41顺桨的过程第41页/共7

10、4页第三章 第 页42顺桨完成第42页/共74页第三章 第 页43不同桨叶角下螺旋桨阻力风车状态下螺旋桨阻力很大。第43页/共74页第三章 第 页44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第44页/共74页3.3 螺旋桨的有效功率和效率第45页/共74页第三章 第 页46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46页/共74页第三章 第

11、页47螺旋桨的有效功率75P vN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47页/共74页第三章 第 页48 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48页/共74页第三章 第 页49 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49页/共74页第三章 第 页50注：吸气式发动机与增压式发动机的工作原

12、理不同，受高度变化的影响也有不同。 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50页/共74页第三章 第 页51 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51页/共74页第三章 第 页52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NN桨发动机第52页/共74页第三章 第 页53 螺旋桨的效率与相对进距的关系 在固定桨叶角

13、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53页/共74页第三章 第 页54 螺旋桨的效率与桨叶角的关系相对进矩越大，对应较高效率的桨叶角也越大。第54页/共74页第三章 第 页55 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。 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55页/共74页第三章 第 页56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

14、效率3.4 螺旋桨的副作用飞行原理/CAFUC第56页/共74页3.4 螺旋桨的副作用第57页/共74页第三章 第 页58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。 进动 反作用力矩 滑流扭转作用第58页/共74页第三章 第 页59 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。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59页/共74页第三章 第 页60进动的产生机理第60页/共74页第三章 第 页61螺旋桨进动的产生 当机头

15、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61页/共74页第三章 第 页62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62页/共74页第三章 第 页63 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63页/共74页第三章 第 页64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64页/共74页第三章 第 页65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65页/共74

16、页第三章 第 页66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。 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66页/共74页第三章 第 页67 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67页/共74页第三章 第 页68受螺旋桨作用，向后加速和扭转的气流叫螺旋桨滑流。螺旋桨的滑流扭转作用第68页/共74页第三章 第 页69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