地面培训部汇报材料

螺旋桨的空气动力

第三章

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。

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

3.1螺旋桨的拉力和旋转阻力

3.1.1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螺旋桨的组成

桨叶平面形状桨叶的平面形状很多，使用较多的有三种：（A）椭圆形桨叶（B）矩形桨叶（C）马刀形桨叶

③桨叶的剖面形状

Rr螺旋桨直径D螺旋桨半径R剖面半径

r相对半径r/R桨弦b④桨叶基本参数

④桨叶基本参数螺旋桨的旋转面、桨叶角。桨叶角④桨叶基本参数

⑤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。

TB200螺旋桨外观

Seminole螺旋桨外观

飞行中，螺旋桨是一面旋转一面前进的。3.1.2螺旋桨的运动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。桨叶切面某一点的运动桨叶切面的合速度和相对气流。(入流)旋转面入流角桨叶迎角

相对进距λ相对进距λ反映了入流角γ的大小,即入流(相对气流)方向偏离旋转面的程度,相对进距越大,说明入流方向偏离旋转面越多。入流角桨叶迎角桨叶角

(1)桨叶迎角随浆叶角的变化在飞行速度和转速一定时，桨叶角增大，桨叶迎角增大。(2)桨叶迎角随飞行速度的变化在桨叶角和转速一定时，速度增大，桨叶迎角减小。

(3)桨叶迎角随转速的变化在桨叶角和飞行速度一定时，转速增大，桨叶迎角增大。α②桨叶迎角：浆叶剖面相对气流方向与桨弦之间的夹角

③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。

相对气流流过桨叶切面形成前后桨面压力差产生拉力P与桨轴方向一致前桨面AVP后桨面AVPRPQ3.1.3螺旋桨拉力和旋转阻力的产生总空气动力R旋转阻力Ｑ与桨轴方向垂直（在旋转面内）（α不大时认为拉力方向与飞机速度方向一致）

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阻<M扭，螺旋桨转速将会增加M阻=M扭，螺旋桨转速不变

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

3.2螺旋桨拉力在飞行中的变化变距机构

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3.2螺旋桨拉力在飞行中的变化

变距：桨叶角的变化

功率小的活塞式轻型飞机,主要靠桨叶的空气动力和配重的惯性离心力来改变桨叶角。

空气动力力矩使桨叶变低距配重的惯性离心力距使桨叶变高距

桨叶角减小叫变（小）低距桨叶角增大叫变（大）高距3.2.1螺旋桨的变距功率大的活塞式发动机飞机，设有专门的变距机构—调速器。它靠液压或电动力来改变桨叶角。

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。

螺旋桨的变距力矩桨叶惯性离心力——变小距配重离心力矩——变大距

螺旋桨的变距力矩空气动力矩——若不通过桨叶转轴——变小距或大距（看具体构造）

变距情形利用滑油压力作用在专用的变距活塞上，推动活塞使螺旋桨变距

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。3.2.2螺旋桨拉力随飞行速度的变化

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。

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，使桨叶迎角增大。因此桨叶总空气动力R增大。

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增大。

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。

活塞发动机进气过程（增压式发动机）油门杆后拉，节气门关小，进气量减小油门杆前推，节气门开大，进气量增加

增压式发动机

伊尔—14飞机单台发动机在不同高度的拉力曲线在额定高度以下在额定高度以上HHPP

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产生负拉力的几种情况：飞行速度过大，油门比较小。飞行速度不太大而油门过小。发动机空中停车,产生负拉力。3.2.6螺旋桨的负拉力产生负拉力其根本原因是桨叶角是负迎角

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空中停车后螺旋桨的自转（风车状态）

顺桨完成

发动机停车后，应立即顺桨，消除负拉力，如果没有顺桨装置，应变大距（变距杆拉到最后）减小负拉力。

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。相对气流桨弦旋转面

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

3.3螺旋桨的有效功率和效率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。

3.3.1螺旋桨的有效功率螺旋桨产生拉力，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。螺旋桨的有效功率取决于拉力和飞行速度，拉力和飞行速度改变，螺旋桨的有效功率也将改变。拉力P又取决于V、H、T、和油门位置—

螺旋桨拉力（kgf千克力）—

飞行速度(m/s)—

螺旋桨的有效功率（马力）N桨PV*(国际单位制)

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。

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。

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。螺旋桨的有效功率随不同高度的变化对于吸气式发动机增压式发动机额定高度以下额定高度以上HN桨HHN桨N桨

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。

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螺旋桨的效率的高低表明了螺旋桨性能的好坏。螺旋桨的效率高，表明发动机的有效功率损失少，螺旋桨的性能好。

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。ηλ主要随（相对进距）和（桨叶角）变化φ螺旋桨效率曲线相对进距（前进比）ληλ有利

螺旋桨的效率η与桨叶角φ的关系不同桨叶角的螺旋桨效率曲线

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。

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

3.4螺旋桨的副作用螺旋桨在工作中，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④螺旋桨因素

3.4.1螺旋桨的进动机头改变时，螺旋桨轴除了依操纵力矩外，桨轴还要绕另一个轴转动的现象称螺旋桨的进动。螺旋桨的进动方向示意左手定则右手定则

3.4.2螺旋桨的反作用力矩左转螺旋桨——右滚力矩右转螺旋桨——左滚力矩螺旋桨转动方向反作用力矩方向牛顿第三运动定律

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

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

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

C—130的螺旋桨滑流

螺旋桨滑流对飞机的扭转作用机身和垂尾产生向左的侧力右偏力矩初教六左旋上层：自右向左流动下层：自左向右扭转（主要受油门大小的影响）左转螺旋桨（加油门，右偏力矩）

DA-40右旋—左偏力矩