《无人机桨发匹配试验技术规范》

团体标准

T/XBTH0001—2023

无人机桨发匹配试验技术规范

UAVTechnicalSpecificationorMatchingofPropellerandEngine

2023-X-X发布202X-X-X实施

陕西西北通用航空协会发布

T/XBTH0001—2023

无人机桨发匹配试验技术规范

1范围

本标准规定了桨发匹配技术的试验方法，包括对试验模型、试验设备、试验程序、试验

数据处理以及试验报告编写的要求，并给出了桨发匹配技术说明、注意事项以及案例。

本标准适用于大、中、小、微型无人机，起飞质量在500kg以下的螺旋桨动力系统（含

螺旋桨、发动机/电动机及控制系统）与无人机的匹配试验。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其

随后所有的修改单（不包括勘误表的内容）或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本

标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最

新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。

GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写

GB/T20000.1-2014标准化工作指南第1部分：标准化和相关活动的通用术语

GB/T16638.4-2008空气动力学概念、量和符号第4部分：飞机的空气动力、力矩及

其系数和导数

GJB4296-2001风洞试验术语和符号

GJB2232-1994飞机螺旋桨系统通用规范

GJB3729-1999航空活塞发动机通用规范

GJB4395-2002航空航天器低速风洞测力试验方法

GJB6753-2009螺旋桨飞机带动力模型低速风洞试验方法

GJB242A-2018航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规范

HB7809-2006飞机螺旋桨通用技术要求

HB7290-1996航空活塞发动机通用规范

Q/AVICGR-1标准编写规定

CCAR-35螺旋桨适航标准

3术语和定义

下列术语和定义适用于本标准。

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GJB4296-2001、GJB4395-2002界定的术语和定义适用于本标准。

3.1无人机桨发匹配matchingofpropellerandengineofUAV

无人机螺旋桨工作特性与无人机驱动系统性能的匹配，理想的匹配状态是螺旋桨设计

工作点与驱动系统的最佳工作点刚好匹配。

3.2燃油消耗率specificfuelconsumption

一小时内产生单位有效功率所消耗的燃油质量，是描述发动机经济性的主要参数之一。

3.3总功率totalpower

无人机动力系统在运行过程中总体消耗的功率。

3.3轴功率shaftpower

无人机动力系统中驱动系统将其他形式的能量转化为机械能的功率部分，又称驱动系

统的输出功率。

3.4油门throttle

无人机动力系统中控制驱动系统输出扭矩/功率的装置，燃油发动机油门控制燃油调

节器，电动机油门控制功率调节器。

3.5动力系统特性曲线characteristiccurve

表征无人机动力系统性能参数间关系的曲线，包括：油门-拉力特性曲线、转速-拉力

特性曲线、油门-扭矩特性曲线、油门-总功率特性曲线、油门-轴功率特性曲线等。

4试验目的

匹配性试验是测试螺旋桨与驱动系统匹配情况的试验，包括地面开敞环境无来流条件下

的试验和/或常规低速风洞中进行特性匹配调整与验证，为从动力性、经济性和综合性等方

面进行评价提供基础数据。

5试验原理

在螺旋桨与驱动系统的匹配过程中，首先要考虑的是扭矩的匹配。在给定转速点上螺

旋桨的需用扭矩需和驱动系统的输出扭矩相等，即在给定工作点上螺旋桨的需用功率和驱

动系统的输出功率相等。理想的匹配状态应该是螺旋桨的设计工作点与驱动系统的最佳工

作点刚好匹配。

将无人机模型、驱动系统、螺旋桨及控制系统各个部件集成装配到测试台上。通过测

力天平、转速传感器、燃油流量计、电流电压测试仪等仪器测量力、力矩、转速、电流、

电压等数据并由动态数据采集系统完成数据采集。采集到的原始数据进行数据处理，去除

无效数据后，绘制各项性能特性曲线，验证其是否满足各项参数指标要求。

上述特性曲线绘制示例见附录A。

若要对匹配情况进行评价，以下评价指标可供参考。

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1）在给定转速点上，驱动系统的输出功率能否达到螺旋桨的需用功率；

2）在驱动系统的输出功率满足螺旋桨工作点要求的情况下，是否具有足够的推力储

备；

3）螺旋桨动力系统能否发挥出发动机的最大功率；

4）同等推力输出条件下，发动机油耗值或电动机总耗能越小，推进系统的经济型越

好。

6试验件及安装要求

试验件包括驱动系统（发动机/电动机）、螺旋桨、无人机模型及控制系统各个部件。

试验件安装要求如下：

1）通过专用的工装安装在专用的动力系统试验台上，安装状态应满足试验任务书/委

托书要求；

2）装配完成后，需要对测试台各个传感器模块进行调整检查；

3）连接软件，设置动力系统的基础参数及测试信息；

4）动力系统的测试应符合试验任务书/委托书的要求。

另外，常规低速风洞特性匹配调整与验证试验中，无人机模型与风洞支架安装符合风洞

实验室的要求。模型在风洞中安装后，应对模型与风洞坐标轴系的初始模型姿态进行调整。

若初始模型姿态偏差值应不大于0.3°。

除另有规定外，所提供的试验件数量应不少于三套。可在试验任务书/委托书中给出，

需考虑试验过程中连接件等配件的损坏情况，备足必要的易损件。

7试验条件

7.1试验环境

地面开敞环境无来流条件下的匹配试验环境条件：

1）温度：15~35℃；

2）相对湿度：20%~80%；

3）气压：试验场地的气压；

4）空气来流：无。

常规低速风洞特性匹配调整与验证试验对风洞的要求应符合GJB4395-2002中4.1的规定。

7.2试验设备

7.2.1测力天平应符合GJB6753-2009中3.4的规定。

7.2.2模型通常由飞机模型和螺旋桨模型组成，应符合GJB6753-2009中3.5的规定。

7.2.3模型支架系统应符合GJB6753-2009中3.6的规定。

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表1主要测量仪器

序号名称用途

1测力天平测量力及力矩

2燃油流量计测量发动机燃油流量

3转速传感器测量螺旋桨转速

4缸头温度传感器测量发动机机缸温度

5排气温度传感器测量发动机排气温度

6燃油压力传感器测量燃油压力

7线圈温度传感器测量电机线圈温度

8电调温度传感器测量电机调速器温度

9电流电压测试仪测量电机工作电压和电流

8测试数据

桨发一体多油门工况自动/手动测试数据包含：转速、拉力、扭矩、电流、电压、轴功

率、桨力效、电机线圈温度、电调温度、振动等参数数据；发动机和螺旋桨测试的数据包含：

转速、拉力、扭矩、轴功率、桨力效、发动机机缸温度、排气温度、燃油压力、燃油瞬时消

耗流量等参数数据。

测试前确保测试环境以及测试的动力系统具备测试条件的完整性。

推荐的试验顺序见表2。

表2推荐的试验项目与顺序

序号试验项目试验分项目试验顺序适用类别说明

11

22

33

………………

注：适用类别a表示一般应进行的项目；b表示在有限范围内一般应进行的项目；c表

示在有特殊要求才进行的项目。

9试验流程

桨发匹配试验的流程如图1。

4

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图1桨发匹配试验流程

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10试验异常处理

10.1试验中断

测试台具备应急关断燃油阀及油门熄火的功能，同时配备物理关停按键，试验过程中

发生下列情况并危及试验安全时，应立即中断试验：

1)供电意外中断；

2)发生火警；

3)试验设备控制系统、测试系统故障；

4)其他可能危及试验及人身安全的现象。

10.2试验恢复

试验中出现重大故障中断试验后，应查明原因，排除故障。根据故障性质、原因等确

定是否对已试内容补试或重试。测试设备出现故障时，可在现场检修合格或更换合格测试

仪器设备后恢复试验，并对受影响的内容进行复试。

11试验数据和处理方法

通过动态数据采集系统完成8中列出的参数数据采集，按照下列公式计算各项参数，

并按照5中的参数指标介绍绘制特性曲线，试验结果记录见附录B。数据符号及计算方法如

下。

符号意义/处理方法

D螺旋桨直径，m

H飞行高度，m

V飞行速度，m/s

/Ro空气密度，kg/m3

ρN每分钟转速，r.p.m

ns每秒钟转速，r.p.s

P功率，kW

Q扭矩，N·m

T推力，N

/LMD前进比，=

�

CλP功率系数,λV/(��)

35

��

CT推力系数,�=�/(���)

24

��

η/ETA螺旋桨气动�效率=�/(���)

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12试验报告

试验报告是桨发动力系统测试过程的最终输出。在试验结束后由项目负责人在整理分

析的基础上，编写出满足试验要求的、准确反映试验完成情况的报告，并提供给试验委托

方。

试验报告通常包括以下内容：

1）试验概况；

2）试验项目、步骤和方法；

3）试验数据；

4）试验中出现的主要技术问题及处理方法；

5）试验结果、结论；

6）主要试验项目的照片及录像资料。

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附录A

（规范性附录）

特性曲线绘制示例

油门-拉力特性曲线：

转速拉力特性曲线：

转速-扭矩特性曲线：

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油门-扭矩特性曲线：

油门-总功率特性曲线：

油门-轴功率特性曲线：

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附录B

试验结果记录单

测试基本信息

测试编号：驱动系统类型：

测试模式：驱动系统型号：

环境温度：相对湿度：大气压：空气密度：

测试数据

油门转速拉力扭矩轴功桨力电机线圈温电调温度燃油电流电压

RPMN·m率W效%度/发动机机/排气温流量AV

%

kg缸温度℃度℃kg/h

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附录C桨发匹配常用指标介绍

拉