螺旋桨气动性能实验演示幻灯片

螺旋桨气动性能实验王静静杨茵钟敏1螺旋桨简介及其研究背景虽然航空推进技术早已进入喷气时代，但是在航空发展史上起着重要作用并产生拉力的气动部件--螺旋桨并没有退出这个领域。目前世界上多数支线飞机、通用航空飞机和我国研制的几乎所有民用飞机，尤其是我国的多数无人机仍采用螺旋桨作为拉力部件。螺旋桨的性能计算是螺旋桨设计和应用中最重用的部分，而在进行新的螺旋桨的设计和性能测定的时候，需要经过大量的实验来验证理论设计结果。初看起来，螺旋桨的气动实验最好用全尺寸桨在实际飞行现场中进行。这样就能直接测出真实飞行状态下的性能数据。但这是不现实也是不必要的。且不说空中现场试验受到安全性、经济性以及测试精度等的限制。往往还要求在全尺寸桨造出前就预测其性能，当然亦就无法进行实物试验。目前国内外绝大多数螺旋桨开发性研究都先用缩尺模型在风洞中进行，既方便又经济。2单独螺旋桨的气动特性实验是对于给定的螺旋桨（螺旋桨的直径、桨叶剖面形状（叶型）及其配置平面形状及实度等）几何参数）测定气动参数，分析气动性能。实验目的3相似参数在螺旋桨的气动试验中，如果缩尺模型和全尺寸模型的绕流流场能保证力学相似，则模型的气动力特性就能正确反映实物流场的特性。保证流场力学相似首先必须以绕流物的几何相似及流动方位角相同为前提。所以在螺旋桨试验中，必须保持模型和实物远前方来流和螺旋桨转轴之间的夹角，以及桨叶上各对应截面的桨叶角分别相同。除了这两个基本条件外，通过量纲分析就可以得到一些启示来达到螺旋桨模型与实物的流场力学相似。对形状一定的螺旋桨，其气动力特性(如拉力T、扭矩Q、功率P以及效率)主要取决于下列因素:直径D、转速ns、螺旋桨的前进速度V、大气环境的空气密度、空气粘性系数。于是可以写出下列表达式:45由以上分析知:对几何形状相似，又安装角相同的螺旋桨，其拉力系数和扭矩系数并不直接取决于V、D、ns

、、等个别参数，它取决于、Re、M这些组合参数(严格来说，还有气流紊流度、螺旋桨表面粗糙度等等)。通常这些组合参数就称为相似参数。6前进比的物理解释7选择实验模型，其直径为4m,巡航时转速为1200r/m，来流速度为27.8m/s，桨叶数3，发动机功率N=200ch(以马力计)。翼形:ARA-D雷诺数2.0e6实验对象拉力系数扭矩系数效率参考文献0.03290.00220.8248风洞：实验准备模拟低速螺旋桨实验，选用西北工业大学NF-3风洞螺旋桨实验段，横截面为正八角形，对边距离2.2m，实验段长4.8m，实验最大风速145m/s，湍流度≦0.08%9模型▼单独螺旋桨实验，为了减少洞壁干扰，其直径一般不大于风洞实验段当量直径的50%（在开口风洞中模型可稍大一些）。螺旋桨模型的桨叶翼型前后缘半径按统一的缩尺比例缩小后，通常尺寸很小，无法加工，这时，允许适当放大。由于本文选择西北工业大学NF-3风洞螺旋桨实验段，所以最大直径不能大于1.1m,模型缩比≦1：4。10▼螺旋桨模型可由精制加压木材，镁、铝轻金属，钢及复合材料等制作。材料的选择主要取决于模型螺旋桨的转速ns、直径D及气流速压。低速风洞：气流速压小，当ns和D小时，可选择木材；当ns和D较大时，可选择镁、铝合金。本文螺旋桨模型选用木材。▼全尺寸螺旋桨是柔性的，缩尺模型不可能做成与实物结构刚度相似，而是将其做成刚体，其型面可按在飞机巡航状态的外载荷下全尺寸螺旋桨变形后的外形来加工。11实验步骤

起飞，选定模拟飞行状态爬升，平飞，顺桨，自转等状态。确定实验风速根据运动相似和动力相似要求即模型实验和实物螺旋桨飞行的前进比相等，算得各飞行状态下的实验风速。如巡航状态下，有12133.对于某一给定的安装角，在不同的实验风速（对应不同的前进比）下，用天平测定模型螺旋桨的拉力及扭矩。用下式计算出前进比、拉力系数、扭矩系数、功率系数及螺旋桨效率。14154.改变螺旋桨桨叶安装角，按照相同的方法测出不同实验风速下的拉力系数等气动参数16实验设备驱动装置一般采用变频交流电机；螺旋桨的转速通常采用光栅电子计数器计量。2.稳速压控制系统与数据采集系统：实验风速使用稳速压控制系统控制，该系统是在风洞直流调节装置双闭环系统的基础上，增加一个速压闭环系统，并用PSI8400系统进行实时校准。数据采集系统使用美国PSI公司的PSI8400电子扫描阀，天平测力实验使用模拟量通道。173.气动力测力天平：18实验模型包括螺旋桨、整流罩（驱动装置、天平等置于其内）、支撑等，采取腹部支撑的方式。模型安装19实验数据修正1.洞壁干扰修正由于风洞洞壁的存在,来流速度为V的螺旋桨拉力相当于在较低速度Vc下产生的拉力。因此速度修正为:

202.支架干扰修正当螺旋桨存在，即有动力的情况下，一方面由于螺旋桨的诱导和夹带作用，使支撑附近的气流沿轴向加速;另一方面，模型支撑的存在影响螺旋桨滑流的空间位置和尺寸，这些都是支撑对螺旋桨性能影响的因素。213.整流罩修正整流罩对螺旋桨性能的影响从理论上分析是由于整流罩的存在，阻挡了螺旋桨前方来流，相当于降低了螺旋桨处的来流速度，假定螺旋桨的转速不变，则螺旋桨的前进比减小，依照螺旋桨的推力、功率以及效率与前进比的关系可以大致得出:当整流罩存在且不完全改变螺旋桨绕流特性(整流罩的最大半径与螺旋