无人机飞行原理课件：螺旋桨空气动力学

螺旋桨空气动力学螺旋桨简述01螺旋桨的几何参数02螺旋桨理论03螺旋桨产生拉力和旋转阻力的原理04影响螺旋桨拉力和阻力的因素05本节知识点螺旋桨用在哪些方面？思考1.螺旋桨简述螺旋桨螺旋桨是一种旋转的翼型(aerofoil),它固定在中心桨毂(hub)上,桨毂直接或通过减速器安装在发动机轴上。螺旋桨的功用：将发动机转动功率转化为推力（拉力、升力）。桨叶→中心桨毂→发动机轴固定翼无人机多旋翼无人机船舶1.螺旋桨简述特殊的结构：单支桨叶为细长而又带有扭角的翼形叶片，且扭角为桨尖与旋转平面呈平行逐步向桨根变化的扭角。

1.螺旋桨简述◎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。

桨叶切面上某一点的运动轨迹2.螺旋桨几何参数桨叶前缘（迎风面）桨叶后缘（背风面）桨毂桨尖◆前缘—桨叶的前部边缘，旋转时的迎风面。◆后缘—桨叶的后部边缘，旋转时的背风面。◆桨尖—桨叶距桨觳最远的部分，通常规定为叶片最后6英寸。桨根2.螺旋桨几何参数✬

螺旋桨规格：头字母表示的是厂家，后面两位数字是直径，最后两位是桨距。✬

螺旋桨直径：螺旋桨两个桨尖之间的距离，也就是螺旋桨旋转时候最大的旋转面的直径。同一个转速的螺旋桨，螺旋桨直径越大，拉力也越大。2.螺旋桨几何参数01螺旋桨的桨距几何桨距：是指在不可压缩介质中，螺旋桨旋转一周飞机向前移动的距离，用符号H表示02有效桨距：螺旋桨旋转一周，飞机向前移动的实际距离，用符号Heq表示。2.螺旋桨几何参数01螺旋桨的桨距飞行速度和有效桨距的关系：02滑流L：几何桨距和有效桨距之差：它反映了螺旋桨对流过的空气的压缩程度。2.螺旋桨几何参数◆桨弦(弦线)——桨叶前缘点和后缘点的连线，是一条假想线。◆叶背—桨叶型面向上凸起的曲面部分，类似翼型上表面。◆叶面—又叫叶盆，桨叶平直的一面，类似于翼型下表面。3.螺旋桨理论与桨轴垂直◎桨叶角（φ）——桨叶弦线与旋转平面之间的夹角。αγφ桨弦相对气流旋转平面◎桨叶角大，意味着螺旋桨旋转一周排出的空气量也多。2.螺旋桨几何参数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。2.螺旋桨几何参数变桨距螺旋桨现代飞机普遍使用自动变距螺旋桨。3.螺旋桨理论◎桨叶迎角（α）——桨叶切面的相对气流（入流）方向与桨弦之间的夹角。αγφ桨弦相对气流旋转平面◎入流角（γ）——入流和旋转面之间的夹角3.

螺旋桨理论飞行速度为v，螺旋桨转速为w时,某一截面处桨叶旋转切速度u，

螺旋桨运动的速度三角形：①桨叶迎角α随桨叶角φ的变化为常数时为常数时αrφ桨弦相对气流旋转平面3.

螺旋桨理论②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。3.

螺旋桨理论③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。3.

螺旋桨理论④螺旋桨的几何扭转

如果没有扭转，根据v=wr，半径越大，转速越大，迎角越大，升力分布则不均匀，螺旋桨可能受损甚至断掉。下图为没有进行几何扭转的螺旋桨工作时的情况。3.

螺旋桨理论④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。3.

螺旋桨理论桨叶的剖面形状与机翼的剖面形状很相似，前桨面相当于机翼的上翼面，曲率较大，后桨面则相当于下翼面，曲率近乎平直，每支桨叶的前缘与发动机输出轴旋转方向一致，所以，飞机螺旋桨相当于一对竖直安装的机翼。4.

螺旋桨产生升力的原理◆桨叶的空气动力空气动力R这种压力差和气流作用于桨叶上的摩擦力综合在一起,就构成了桨叶的空气动力R。拉力F（1）作用于螺旋桨桨叶上的空气动力R在发动机轴线方向的分力就是拉力。（2）各桨叶上的拉力之和就是整个螺旋桨的拉力。4.螺旋桨产生升力和阻力的原理◆桨叶的空气动力阻力（1）空气动力R在发动机垂直于轴线方向的分力。（2）阻力的方向与桨叶切向速度的方向相反。阻力力矩（1）阻力与到桨轴中心距离的乘积就是阻力力矩，它由发动机轴的旋转力矩来克服。（2）只有发动机输出力矩与其平衡，螺旋桨才能保持等速旋转。4.螺旋桨产生升力和阻力的原理4.螺旋桨产生升力和阻力的原理◆桨叶的空气动力各桨叶的拉力，其方向都相同，合起来就是整个螺旋桨的拉力。各桨叶的旋转阻力，其合力虽为零但因离桨轴有一定距离，其合力又有桨叶的旋转方向相反，故形成阻碍螺旋桨旋转的力矩，称之为旋转阻力矩。这个力矩通常由发动机曲轴发出的旋转力矩来平衡。

M阻>M扭，螺旋桨转速将会降低M阻<M扭，螺