螺旋桨设计计算公式#优质严制

1、桨叶的迎角只会影响升力的大小，不会前进。直升机前进是靠螺旋桨的旋转面向前倾斜实现的，桨叶的迎角变化，指的只是桨叶本身绕横向的轴旋转。就是对称的两只桨，成一条直线，以这个直线为轴旋转。迎角增大，旋转阻力增大，如果转速不变的情况下，升力就会增大，直升机上升。飞机螺旋桨由两个或者多个桨叶以及一个中轴组成，桨叶安装在中轴上。飞机螺旋桨的每一个桨叶基本上是一个旋转翼。由于他们的结构，螺旋桨叶类似机翼产生拉动或者推动飞机的力。旋转螺旋桨叶的动力来自引擎。引擎使得螺旋桨叶在空气中高速转动，螺旋桨把引擎的旋转动力转换成前向推力。空气中飞机的移动产生和它的运动方向相反的阻力。所以，飞机要飞行的话，就必须由力作用

2、于飞机且等于阻力，而方向向前。这个力称为推力。典型螺旋桨叶的横截面如图326。桨叶的横界面可以和机翼的横截面对比。一种桨叶的表面是拱形的或者弯曲的，类似于飞机机翼的上表面，而其他表面类似机翼的下表面是平的。弦线是一条划过前缘到后缘的假想线。类似机翼，前缘是桨叶的厚的一侧，当螺旋桨旋转时前缘面对气流。桨叶角一般用度来度量单位，是桨叶弦线和旋转平面的夹角，在沿桨叶特定长度的的特定点测量。因为大多数螺旋桨有一个平的桨叶面，弦线通常从螺旋桨桨叶面开始划。螺旋角和桨叶角不同，但是螺旋角很大程度上由桨叶角确定，这两个术语长交替使用。一个角的变大或者减小也让另一个随之增加或者减小。当为新飞机选定固定节距螺旋

3、桨时，制造商通常会选择一个螺旋距使得能够有效的工作在预期的巡航速度。然而，不幸运的是，每一个固定距螺旋桨必须妥协，因为他只能在给定的空速和转速组合才高效。飞行时，飞行员是没这个能力去改变这个组合的。当飞机在地面静止而引擎工作时，或者在起飞的开始阶段缓慢的移动时，螺旋桨效率是很低的，因为螺旋桨受阻止不能全速前进以达到它的最大效率。这时，每一个螺旋桨叶以一定的迎角在空气中旋转，相对于旋转它所需要的功率大小来说产生的推力较少。为理解螺旋桨的行为，首先考虑它的运动，它是既旋转又向前的。因此，如图327中显示的螺旋桨力向量，螺旋桨叶的每一部分都向下和向前运动。空气冲击螺旋桨叶的角度就是迎角。这个角度引起

4、的空气偏向导致了在螺旋桨引擎侧的气动压力比大气压力大，所以产生了推力。桨叶的形状叶产生推力，因为它的弯曲就像机翼的外形。所以，空气流过螺旋桨时，一侧的压力就小于另一侧。如机翼中的情形一样，这产生一个向较低压力方向的反作用力。对于机翼，它的上面气压低，升力是向上的。对于螺旋桨，它是垂直安装的，而不是水平的飞机上，压力降低的区域是螺旋桨的前面，这样推力就是朝前的。按照空气动力学的说法，推力是螺旋桨外形和桨叶迎角的结果.考虑推力的另外一个方法是螺旋桨应对的空气质量方面。这方面，推力等于它的空气质量，螺旋桨引起的滑流速度越大，飞机速度就越小。产生推力所消耗的功率取决于空气团的运动速度。一般来说，推力大

5、约是扭距的80，其他20%消耗在摩擦阻力和滑移上。对于任何旋转速度，螺旋桨吸收的马力平衡力引擎输出的马力。对螺旋桨的任意一周，螺旋桨处理的空气总量依赖于桨叶角，它确定了螺旋桨推动了多少的空气。所以，桨叶角是一个很好的调整螺旋桨负荷的方法来控制引擎转速。桨叶角也是一个很好的调整螺旋桨迎角的方法。在横速螺旋桨上，对所有引擎和飞机速度，桨叶角必须可调以提供最大效率迎角。螺旋桨和机翼的升力阻力曲线，表明最大效率迎角是一个小的值，从2到4度变化的正值。实际桨叶角必须维持这个随飞机前进速度而变化的小迎角.为一周旋转和前进速度的效率最好而设计了固定桨距和地面可调节(ground-adjustable)螺旋桨

6、。这些螺旋桨设计用于特定的飞机和引擎配合。螺旋桨可以在起飞，爬升和巡航或高速巡航时提供最大螺旋桨效率。这些条件的任何改变将会导致螺旋桨和引擎效率的降低。由于任何机械的效率是有用的输出功率和实际输出功率的比值，那么螺旋桨效率就是推力功率和制动功率的比值。螺旋桨的效率范围一般是50%到87%，和螺旋桨的滑距(Slip)有关。螺旋桨滑距是螺旋桨的几何节距和有效节距之间的差值。如图3-28，几何节距是螺旋桨旋转一周应该前进的理论距离；有效节距是螺旋桨旋转一周的实际前进距离。因此，几何的或者理论的节距是基于没有滑动的，但是实际的或者有效的节距包含了螺旋桨在空气中的滑动螺旋桨扭曲的原因是螺旋桨叶的外面部分

7、切向速度比中心部分快。如图3-29，如果桨叶在全部长度上的几何节距相同，在巡航速度上靠近螺旋桨中心的部分会有负迎角而螺旋桨尖部将会失速。在桨叶几何节距范围内的扭曲或者变形让巡航飞行时螺旋桨叶在他的长度上保持相对恒定的迎角工作。换句话说，就是螺旋桨叶的扭曲对应于螺旋桨叶长度上不同速度的部分有合适的迎角，这样就能够让推力在螺旋桨叶长度上的分布相对均衡。通常1度到4度能够提供最有效的升力/阻力比，但是固定节距螺旋桨的飞行时迎角可变范围可以从0度到15度。这个变化是由于相对气流的变化进而导致飞机速度的变化。简而言之，螺旋桨迎角是两个运动的结果：螺旋桨沿其轴的转动和它的前进运动。然而恒速螺旋桨会在飞行中

8、遇到的大多数情况下自动调节它的桨叶角保持在最大效率。在起飞时，此时要求最大功率和推力，恒速螺旋桨处于低螺旋桨叶角或节距。低桨叶角时迎角小，能够保持和相对风的效率。同时，它使得螺旋桨旋转一周推动的空气质量更小。这样的轻载荷让引擎旋转高转速，能够在一定时间内把最大量的燃油转换成热能。高转速也产生了最大的推力；因为，尽管每旋转一周推动的空气质量变小了，但是每分钟的旋转次数大大增加了，推动的气流运动速度变高了，在飞机低速时，推力是最大的。升空后，随着飞机速度的增加，恒速螺旋桨自动改变到更高的迎角（或节距）。较高的桨叶角再次保持小迎角且对相对风保持较好的效率。较高的桨叶角增加了每周旋转推动的空气质量。这

9、降低了引擎的转速，减少了燃油消耗和引擎磨损，且保持推力在最大。在起飞后，可控螺旋桨节距的飞机建立了稳定爬升，飞行员把引擎的输出功率降低到爬升功率，方法是首先降低歧管压力(manifold pressure)然后降低桨叶角来降低转速。在巡航高度，当飞机处于水平飞行时，需要的功率比起飞和爬升时更低，飞行员再次通过降低歧管压力的方法降低引擎功率和增加桨叶角来降低转速。再次的，这提供了扭矩要求以匹配降低的引擎功率；因为，尽管螺旋桨每转处理的空气质量更大了，更多的是通过降低气流速度和增加空速来弥补的。迎角仍然小，因为桨叶角已经随空速的增加而增加。补充回答：螺旋桨飞机的工作原理飞机螺旋桨在发动机驱动下高速

10、旋转，从而产生拉力，牵拉飞机向前飞行。这是人们的常识。可是，有人认为螺旋桨的拉力是由于螺旋桨旋转时桨叶把前面的空气吸入并向后排，用气流的反作用力拉动飞机向前飞行的，这种认识是不对的。那么，飞机的螺旋桨是怎样产生拉力的呢？如果大家仔细观察，会看到飞机的螺旋桨结构很特殊，如图所示，单支桨叶为细长而又带有扭角的翼形叶片，桨叶的扭角（桨叶角）相当于飞机机翼的迎角，但桨叶角为桨尖与旋转平面呈平行逐步向桨根变化的扭角。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

11、翼。桨叶在高速旋转时，同时产生两个力，一个是牵拉桨叶向前的空气动力，一个是由桨叶扭角向后推动空气产生的反作用力。从桨叶剖面图中可以看出桨叶的空气动力是如何产生的，由于前桨面与后桨面的曲率不一样，在桨叶旋转时，气流对曲率大的前桨面压力小，而对曲线近于平直的后桨面压力大，因此形成了前后桨面的压力差，从而产生一个向前拉桨叶的空气动力，这个力就是牵拉飞机向前飞行的动力。另一个牵拉飞机的力，是由桨叶扭角向后推空气时产生的反作用力而得来的。桨叶与发动机轴呈直角安装，并有扭角，在桨叶旋转时靠桨叶扭角把前方的空气吸入，并给吸入的空气加一个向后推的力。与此同时，气流也给桨叶一个反作用力，这个反作用力也是牵拉飞机

12、向前飞行的动力。由桨叶异型曲面产生的空气动力与桨叶扭角向后推空气产生的反作用力是同时发生的，这两个力的合力就是牵拉飞机向前飞行的总空气动力。桨叶数目(B):可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正比。超轻型飞机一般采用结构简单的双叶桨。只是在螺旋桨直径受到限制时,采用增加桨叶数目的方法使螺旋桨与发动机获得良好的配合。 实度():桨叶面积与螺旋桨旋转面积(R2)的比值。它的影响与桨叶数目的影响相似。随实度增加拉力系数和功率系数增大。 桨叶角():桨叶角随半径变化,其变化规律是影响桨工作性能最主要的因素。习惯上以70%直径处桨叶角值为该桨桨叶角的名称值。 螺距:它是桨叶角的另一种表示方法。

13、图1122是各种意义的螺矩与桨叶角的关系。 几何螺距(H):桨叶剖面迎角为零时,桨叶旋转一周所前进的距离。它反映了桨叶角的大小,更直接指出螺旋桨的工作特性。桨叶各剖面的几何螺矩可能是不相等的。习惯上以70%直径处的几何螺矩做名称值。国外可按照直径和螺距订购螺旋桨。如64/34,表示该桨直径为60英寸,几何螺矩为34英寸。 实际螺距(Hg):桨叶旋转一周飞机所前进的距离。可用Hgv/n计算螺旋桨的实际螺矩值。可按H1.11.3Hg粗略估计该机所用螺旋桨几何螺矩的数值。 理论螺矩(HT):设计螺旋桨时必须考虑空气流过螺旋桨时速度增加,流过螺旋桨旋转平面的气流速度大于飞行速度。因而螺旋桨相对空气而言

14、所前进的距离一理论螺矩将大于实际螺矩。 三、螺旋桨拉力在飞行中的变化 1桨叶迎角随转速的变化 在飞行速度不变的情况下,转速增加,则切向速度(U)增大,进距比减小桨叶迎角增大,螺旋桨拉力系数增大。又由于拉力与转速平方成正比,所以增大油门时,可增大拉力。 2桨叶迎角随飞行速度的变化: 在转速不变的情况下,飞行速度增大,进距比加大,桨叶迎角减小,螺旋桨拉力系数减小,拉力随之降低。当飞行速度等于零时,切向速度就是合速度,桨叶迎角等于桨叶角。飞机在地面试车时,飞行速度(V)等于零,桨叶迎角最大,一些剖面由于迎角过大超过失速迎角气动性能变坏,因而螺旋桨产生的拉力不一定最大。 3螺旋桨拉力曲线: 根据螺旋桨

15、拉力随飞行速度增大而减小的规律,可绘出螺旋桨可用拉力曲线。 4螺旋桨拉力随转速、飞行速度变化的综合情况: 在飞行中,加大油门后固定。螺旋桨的拉力随转速和飞行速度的变化过程如下: 由于发动机输出功率增大,使螺旋桨转速(切向速度)迅速增加到一定值,螺旋桨拉力增加。飞行速度增加,由于飞行速度增大,致使桨叶迎角又开始逐渐减小,拉力也随之逐渐降低,飞机阻力逐渐增大,从而速度的增加趋势也逐渐减慢。当拉力降低到一定程度(即拉力等于阻力)后,飞机的速度则不再增加。此时,飞行速度、转速、桨叶迎角及螺旋桨拉力都不变,飞机即保持在一个新的速度上飞行。我的理解很简单,我想你一定知道 直升机的螺旋桨作用,没错 就是旋转

16、,然后向下产生风力,进而推动直升机,但是不知道你有没有仔细看过,直升机向前飞的时候,总是头部向下,屁股朝上这样的姿势,向左向右时也有倾斜的 比如直升机悬浮时 是完全水平的,产生的风力是向下的,当直升机前倾的时候,产生的风力就同时向下又向后,所以就向前飞了,其他方向同理-下面是复制的-延直升机旋翼叶片的切向做剖面，可得到一个形状，我们称之为桨型。该形状与机翼翼型（定义与桨型定义类似）相似，均具有较好的气动力特征，即在与空气的相对运动中，能够产生向上的气动升力。与固定翼飞机不同的是，固定翼飞机是通过机翼与气流的直线（这说法不确切，但宏观上说，问题不大，可以这么理解）运动产生上述气动升力。而直升机是

17、通过使旋翼做圆周运动，产生上述气动升力。该气动升力通过旋翼的传载将直升机拉起（飞起来）。 上面已经提到，直升机飞起来需要旋翼的旋转。我们知道，当旋翼旋转的时候，同时将对机身产生一个反方向旋转的反扭矩。为平衡该反扭矩，故设置一个尾梁和一个尾桨，产生一个扭矩去平衡旋翼的反扭矩。 最后，直升机的旋翼，剖面应该是一个桨型（即翼型），通常是上凸下平（或凹）。这个有现成的桨型手册或桨型数据库的。而平面形状来说，是一个长宽比很大的矩形，在桨尖处，为避免激波的产生，有后掠角或弯曲。 旋翼的空气动力特点 (1)产生向上的升力用来克服直升机的重力。 即使直升机的发动机空中停车时， 驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍

18、可产生一定升 力，减缓直升机下降趋势。 (2)产生向前的水平分力克服空气阻 力使直升机前进，类似于飞机上推进器的作用(例 如螺旋桨或喷气发动机)。 (3)产生其他分力及力矩对直升机； 进行控制或机动飞行，类似于飞机上各操纵面的作用。 旋翼由数片桨叶及一个桨毂组成。工作时，桨叶与空气作相对 运动，产生空气动力；桨毂则是用来连接 桨叶和旋翼轴，以转动旋翼。桨叶一般通过铰接方式与桨毂连接。 旋翼的运动与固定翼飞机机翼的不，因为旋翼的桨叶除了随直升机一同作直线或曲线动外，还要绕旋翼轴旋转，因此桨叶空气动力现象要比机翼的复杂得多。 先来考察一下旋翼的轴向直线运动这就是直升机垂直飞行时旋翼工作的情况，它相

19、当于飞机上螺旋桨的情况。由于两者技术要求不同，旋翼的直径大且转速小；螺旋桨的直径小而转速大。在分析、设计上就有所区别设一旋冀，桨叶片数为k，以恒定角速度 绕轴旋转，并以速度 Vo沿旋转轴作直线运 动。如果在想象中用一中心轴线与旋翼轴重合，而半径为 r的圆柱面把桨叶裁开(参阅图 2，13)，并将这圆柱面展开成平面，就得到桨叶剖面。 既然这时桨叶包括旋转运动和直线运动，对于叶剖面来说，应有用向速度 (等于r)和垂直于旋转平面的速度(等于 Vo)， 而合速度是两者的矢量和。显然可以看出(如图213)，用不同半径的圆柱面所截出来的各个桨叶剖面，他们的合速度是不同的： 大小不同，方向也不相同。如果再考虑

20、到由于桨叶 运动所激起的附加气流速度(诱导速度) )，那么桨叶各个剖面与空气之间的相对速度就更加 不同。与机翼相比较，这就是桨叶工作 条件复杂，对它的分析比较麻烦的原因所在。 旋翼拉力产生的滑流理论 现以直升机处于垂直上升状态为例，应用滑流理论说明 旋翼拉力产生的原因。此时，将流过旋翼的空气，或正 确地说，受到旋翼作用的气流，整个地看做一根光滑流 管加以单独处理。假设： 空气是理想流体，没有粘性，也不可压缩； 旋转着的旋冀是一个均匀作用于空 气的无限薄的圆盘(即桨盘)，流过桨盘的气流速度 在桨盘处各点为一常数； 气流流过旋翼没有扭转(即不考虑 旋翼的旋转影响)，在正常飞行中，滑流没有周期性的变

21、化。 根据以上假设可以作出描述旋翼在： 垂直上升状态下滑流的物理图像，如下图所示，图中选取三个滑流截面， So、 S1和 S2，在 So面，气流速度就是直升机垂直上升速度 Vo，压强为大气压Po，在 S1的上面， 气流速度增加到V1= Vo+v1，压强为P1上，在S1 的下面，由于流动是连续的，所以速度 仍是 V1，但压强有了突跃Pl下P1上，P1下一P1上即旋翼向上的拉力。在S2面，气流速首先讲直升机上的旋翼不叫螺旋桨，旋转翼的概念是相对固定翼而言，通俗讲就是机翼旋转了起来。2楼的解释有些太专业了，但说的是对的。直升机旋翼的角度的改变分2方面：1、整个旋转面的改变通常是通过驾驶员的右手-驾驶

22、杆（正式名称是周期变距杆）的位移来改变的。周期变距杆通过机械连杆或液压作动筒控制整个旋转面的前、后、左、右倾斜。2、对单个旋翼迎角的改变通常是通过驾驶员的左手-油门杆（正式名称是总距杆）的上下位移来实现的。向上拉迎角增大，向下放迎角减小。现代先进直升机的总距通常是与油门相结合的-向上提总距-旋翼迎角增大-升力增大-阻力增大-只有增大油门才能保持旋翼的转速不变，达到增大升力的目的。反之亦然。螺旋桨一前一尾：玩具直升飞机起飞，就是能飞起来主要是靠主螺旋桨旋转，对空气施加向下的压力，然后靠着反冲力上升的。至于那个压力产生的原理，则关系到流体力学。说白了也很简单，因为螺旋桨叶片有一个倾斜的角度，旋转的时候带动空气运动，导致上下的气流速度不一样，从而产生压差。尾翼，其主要作用：抗扭，用以平衡单旋翼产生的反作用力矩和控制直升机的转弯。为了避免机身的旋转，需将尾部的推进螺旋桨转向正侧面，靠空气的反作用力平衡机身的转动。在飞行中，尾