螺旋桨的空气动力第三章课件

飞行原理/CAFUC螺旋桨的空气动力

第三章第三章第页21903年，莱特兄弟所制飞机以一对木质螺旋桨来产生拉力。第三章第页3

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。第三章第页4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飞行原理/CAFUC3.1

螺旋桨的拉力和旋转阻力第三章第页63.1.1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第三章第页7桨叶平面形状

桨叶的平面形状很多，使用较多的有三种：第三章第页8Rr桨叶基本参数螺旋桨直径D螺旋桨半径R剖面半径

r相对半径r/R桨弦bDb第三章第页9桨盘/旋转面桨盘就是螺旋桨旋转面，即螺旋桨旋转所划的平面。第三章第页10桨叶角φ：桨弦和旋转面之间的夹角桨叶基本参数第三章第页11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。第三章第页12TB200螺旋桨外观第三章第页13Cessna172螺旋桨外观第三章第页14Seminole螺旋桨外观第三章第页15夏延螺旋桨外观第三章第页16

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。3.1.2螺旋桨的运动

右图为桨叶切面上某一点的运动轨迹。第三章第页17αγφ桨弦相对气流旋转面桨叶角φ：桨弦和旋转面之间的夹角桨叶迎角α：桨弦和入流（即相对气流）之间的夹角入流角γ：入流和旋转面之间的夹角桨叶基本参数第三章第页18为常数时为常数时桨叶迎角α随桨叶角φ的变化第三章第页19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。第三章第页20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。第三章第页21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。下图为没有进行几何扭转的螺旋桨工作时的情况。第三章第页22螺旋桨的几何扭转示意图第三章第页23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。桨尖桨根第三章第页24TB200螺旋桨的几何扭转第三章第页25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，螺旋桨转速不变阻力矩第三章第页26飞行中螺旋桨所受力分析离心力阻力矩致弯曲力拉力第三章第页27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飞行原理/CAFUC3.2螺旋桨拉力在飞行中的变化第三章第页293.2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α桨叶切面合速度w合速度的方向性质角θ拉力大小第三章第页30变距机构的分类3.2.1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。人工变距机构，以变距杆为代表自动变距机构，以调速器为代表第三章第页31变距机构第三章第页323.2.2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。第三章第页33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。第三章第页343.2.3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。因此桨叶总空气动力R增大。第三章第页35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增加。第三章第页36综合分析开始加油门加油门结束油门增加，转速不变，桨叶角增加，拉力增大。速度还没有变化速度增大，转速不变，桨叶角增加，拉力减小，飞机阻力增加，升力也同时增加，需顶杆保持升力不变。飞机处于