螺旋桨原理ppt课件.ppt

1、1、螺旋桨的空气动力特性、2/72、介绍螺旋桨性能分析数据和螺旋桨的空气动力特性、螺旋桨的性能分析数据、螺旋桨的空气动力特性、2，51螺旋桨的几何特性和运动特性、现代螺旋桨主要由叶片、轮毂和叶片可变机构等组成，如图351所示现代飞机的螺旋桨通常有24个叶片。 叶片的平面形状有像鸟的叶片一样的形状(参照图352(a ) )。 为了增大拉力，提高螺旋桨的效率，刀片的平面形状逐渐改善。 现在使用了很多螺旋桨，其叶片的平坦形状为中间宽度、两端宽度(图352b )。 高速旋转的螺旋桨在叶片上有矩形或马刀形(参照图352c、d )。 1、螺旋桨的主要部分和几何形状，3、叶片的切断面形状类似翼型，前叶片面的

2、弯曲度大，后叶片面的弯曲度小，相当于叶片的上面和下面，叶片的切断面形状也称叶型。 连接桨叶切断面前缘和后缘的线称为桨叶弦(b )，或称为桨叶宽度：如图353所示。 翼弦与螺旋桨直径之比(bD )称为翼相对宽度。 4、=、=、=、2 .螺旋桨的运动、飞行中，螺旋桨一边旋转一边前进。 那个运动的特征和拧紧螺丝的时候相似。 刀片的各点的运动轨迹是螺旋的(参照图354 )。 (1)叶片的切断面的对准速度，因为螺旋桨一边旋转一边前进，叶片的各切断面有2种速度。 一个是前进速度(c )，即飞机的飞行速度一个是由于旋转而产生的圆周，或称为切线速度(u )的大小依赖于螺旋桨的转速(n )和各切断面距桨轴的距离

3、(r )。 旋转速度越大，相同切断面的切线速度也越大。 当旋转速度相同时，桨叶面越远离桨叶轴，切向速度也越大。桨叶面的切向速度可以将如图355所示的U=2rn切向速度和前进速度合成的速度称为桨叶面的合成速度。 叶片切断面的相对气流速度与该对合速度的大小相等，方向相反。 可以用比叶片切断面的接合速度更前进的方向前进比()来表示。 前进比是飞行速度和螺旋桨的旋转速度和直径的乘积之比。 可以用下式表示。=CnD式中的c飞行速度米秒n1螺旋桨旋转速度d-螺旋桨直径米为什么能够用前进比表示桨叶切断面的合速度方向，参照图355，如果表示合速度和旋转面所成的角度，则式中，桨叶截面的切线速度(u )代入式时t

4、g=(由式可知，前进比()越大，角越大，相反前进比越小，表示合成速度的方向越接近旋转面。翼、6、三、翼迎角的变化、翼截面的相对气流方向与翼弦方向之间的夹角也称为翼角，用表示。 桨叶接触角，即桨叶切断面的接合速度和桨叶弦方向之间的夹角，如图356所示。 叶片迎角根据叶片的角、飞行速度、切线速度的变化而变化。 (1)叶片的迎角随着叶片角的变化如图356所示，切线速度和飞行速度都一定的话，桨叶角变大，随之桨叶迎角也变大，桨叶角变小，桨叶迎角也变小。 (2)翼的迎角随飞行速度的变化如图357所示，在翼角和切线速度都变化的情况下，飞行速度增大。 随着前进比() 的增大，即合速度方向越偏离旋转面，叶片迎角

5、越小。 当飞行速度上升到某个值时，叶片的迎角减少到零(图357c )。 如果飞行速度继续增大，例如，当飞机俯冲时，7、翼的迎角增大。如果飞机在地面试运行等飞行速度为零，则翼的迎角等于翼角(图3-5-7a )。(3)翼的迎角随切线速度的变化在翼角和飞行速度变化的情况下，当转速增加时切线速度(U=)增大，前进比减少，即，由于合成速度的方向接近旋转面，因此翼的迎角增大(参照图3-5-8 )。 同样，当转速减少时，叶片的迎角也随之减少。 (4)如果叶片的扭转叶片没有几何扭转，即各叶片截面的叶片角相同，则叶片的各截面距叶片轴的距离近，各切线速度不相等，合速度的方向也不同，因此各叶片的迎角也不同。 例如，

6、如图3-5-9所示，翼根附近的翼切断面的切线速度小，翼迎角也小。 8、通常要扭转刀片，以免刀片各切断面的迎角差过大。 也就是说，如图35到10所示，翼角从翼根到翼尖逐渐减小。 对于扭转刀片，刀片的切割面的刀片角表示刀片的整体刀片角。 通常，为了表示整个翼角，请选择螺旋桨半径75或距离翼轴1米处的翼截面的翼角。 例如，安一25飞机的螺旋桨叶角规定为半径1米处的叶片切断面的叶片角。 通常，这里画着黄色的线。9、52螺旋桨的拉伸力和旋转阻力矩，另一方面，螺旋桨的拉伸力和旋转阻力矩的产生，如图3511a、b所示，螺旋桨在旋转中，叶片和空气相对运动，空气流过叶片的前叶片面，流过叶片的上表面，流管变细流入

7、叶片的前缘，气流被切断，流速变慢，压力上升，流入叶片的后缘，气流分离形成涡流区域，压力降低。 这样，在桨叶的前后表面和前后缘形成压力差。 此压力与气流作用于叶片的摩擦力相加，构成叶片的空气动力(r )、10，叶片的空气动力对螺旋桨的运动起着两个作用。 一是拉着螺旋桨和飞机前进。 二是阻碍螺旋桨的旋转。 因此，可将桨的空气动力(r )分解为2个分力(参照图3-5-11的c )。 一个是与桨轴平行，拉伸螺旋桨和飞机前进的拉力(p )。第二个是与桨轴垂直，阻碍螺旋桨旋转的旋转阻力(q )，如图3512所示，螺旋桨叶片的拉力(和)，因为其方向相同，所以各桨的拉力关于各叶片的旋转阻力(和)，由于有距叶片

8、轴的距离，其方向与该叶片的切线速度的方向相反，因此成为阻碍螺旋桨旋转的力矩，将该力矩称为旋转阻力力矩。 该力矩通过来自发动机旋转轴的旋转力矩而达到平衡。 来自发动机旋转轴的力矩比旋转阻力矩大时，螺旋桨的转速增大，相反，来自发动机旋转轴的力矩比旋转阻力矩小时，螺旋桨的转速降低。 只有两个力矩相等时，螺旋桨的转速才能保持一定。11、2、螺旋桨的拉伸式和旋转阻力式中，翼半径r取宽度dr的微单元翼，将该微单元翼称为叶素，将其面积称为bdr，b称为半径r的翼弦。 该叶素的运动速度和产生的空气动力如图3513所示。 通过导出，螺旋桨拉伸力和旋转阻力的大小可以用P=Q=式中的对螺旋桨的拉伸力牛顿和式中的对螺

9、旋桨的拉伸力牛顿表示，12，螺旋桨的拉伸力系数可以用叶片数、叶片形状、叶片迎接q螺旋桨旋转阻力牛顿； 螺旋桨旋转阻力系数表示叶片数、叶片形状、叶片迎角、叶片对合速度方向、表面品质等因素对螺旋桨旋转阻力的影响。、13、3、影响螺旋桨拉力和旋转阻力矩的因素，由拉力公式和旋转阻力公式可知，影响拉力和旋转阻力(即影响旋转阻力矩)的因素有空气密度、螺旋桨转速、螺旋桨直径、拉力系数和旋转阻力系数等拉力系数和旋转阻力系数还取决于螺旋桨的叶数、叶片的截面形状、平面形状、表面质量、叶片迎角和叶片对合速度的方向等因素。 (1)空气密度的影响空气密度对张力和旋转阻力矩的影响与空气密度对叶片升力和阻力的影响相似。 空

10、气密度减少，叶片的空气动力减少，拉伸力和旋转阻力矩减少，相反，空气密度增加，拉伸力和旋转阻力矩都增大。 (14 )、(2)螺旋桨直径的影响螺旋桨直径增大，相当于叶片面积增加，另一方面叶尖的切向速度也增大，与此相伴合速度也增大。 因此，刀片的空气动力增大，拉伸力和旋转阻力矩迅速增大。 但是，螺旋桨直径的增大是有限度的。 例如，螺旋桨的力矩急剧增大，拉力也有可能减少。 另外，螺旋桨的直径过大的话，飞机必须提高起落架，以便能够在地面上停车和试运行，结构上的困难也在增加。 因此，螺旋桨的直径也受到结构上的制约。 (3)叶片迎角的影响叶片迎角对拉力和旋转阻力矩的影响与叶片迎角对升力和阻力的影响相似，叶片

11、迎角增加，叶片的空气动力也增大，拉力和旋转阻力矩也相应增大。 但是，机翼的迎角不能太大。 因为翼迎角超过某个数值(相当于机冀的临界迎角)时，前翼面会出现严重的气流分离现象。 15、这样的话，前、后叶片面的压力差会降低，叶片前后缘的压力差会变高。 于是，桨叶的空气动力的方向接近旋转面，螺旋桨的拉力减少，旋转阻力力矩增大。 (4)叶片断面的接合速度的影响与飞行速度对叶片上升、阻力的影响相同，叶片断面的接合速度增大，叶片的空气动力也增大，螺旋桨的拉力和旋转阻力矩也增加。 相反，合成速度变小时，拉伸力和旋转阻力的力矩都变小。 在飞行中，飞行员主要通过改变螺旋桨的转速来改变合速度的大小。 在其他因素不变

12、的条件下，增大转速时切向速度变大，合速度变大，因此螺旋桨的拉力和旋转阻力矩也变大。 相反，转速变小，合计速度变小，拉力和旋转阻力矩也变小。 合速度的大小和翼迎角都没有变化的话，合速度的方向一旦变化，翼的空气动力的方向就会随之变化。 螺旋桨的力和旋转阻力矩也会发生变化。 从图3514可以看出，合速度的方向越偏离旋转面，桨叶的空气动力的方向越偏离桨叶轴，由此，引起16、旋转阻力的增大和拉伸力的减小。 螺旋桨整体的旋转阻力矩也变大，拉伸力也变小。 合速度的方向改变时，叶片的空气动力的方向改变的理由是，由于叶片在空气流中的作用与叶片类似，所以该空气动力(r )也可以分解为与相对的空气流的方向垂直的分力

13、()和与相对的空气流的方向平行的分力()。 与r之间的角度表示相当于机翼的特性角。 角的大小根据叶片的迎角而变化。 如果叶片的迎角不变化，则角也不变化，叶片的空气动力(r )和合成速度(w )之间的夹角()也不变化。 因此，在翼的迎角不变的条件下，合速度从旋转面偏离的角度越大，翼空气力从翼轴偏离的夹角也越大。 (5)叶片数的影响叶片数变多，叶片的总面积变大，拉伸系数和旋转阻力系数变大。但是，羽毛的数量不能太多。 否则，由于相邻叶片间的干涉，旋转阻力矩的增加倍数会大于拉力的增加倍数，螺旋桨的效率会降低，反而会变得不利。 如果叶片切断面的形状和平面形状的影响在一定范围内，则叶片切断面的厚弦比(叶片

14、切断面的最大厚度和翼弦的比)和中弧曲率(叶片切断面的最大弧高度和翼弦的比)变大，拉伸力和旋转阻力矩都变大。 翼型对机翼升力和阻力的影响相同。 (7)从维护质量对螺旋桨拉力和旋转阻力矩的影响以上分析可知，螺旋桨的拉力和旋转阻力矩与螺旋桨的外形有密切关系。 特别是叶片的相对气流速度大，如果叶片稍有变形或损伤，则旋转阻力力矩急速增大，螺旋桨的空气动力性能显着降低。 因此，服务维护人员在使用螺旋桨进行维护时，应特别注意保持螺旋桨的表面形状和光泽度。 开车之前，必须把螺旋桨附近的地面打扫干净，在飞机开车和滑行中吸沙子，损坏桨面，注意不要损害空气动力性能。 18、现代飞机配有定速螺旋桨。 定速螺旋桨是只要

15、变速杆不动，即使油门位置、飞行速度或高度改变，旋转速度也始终一定的变速螺旋桨。 定速螺旋桨的拉力主要根据飞行速度、油门位置、飞行高度而变化。 (1)在张力不随着飞行速度的变化而在油门位置变化的条件下，飞行速度增大，合成速度的方向偏离旋转面。 此时，根据合速度方向的变化程度，使翼角相应地变化，使翼迎角保持一定。 另一方面，如果合速度的大小变化少，桨叶空气动力的大小几乎不变。 但是，空气动力的方向偏离桨轴，如图3516(a )、(b )所示，旋转阻力的增加和拉伸力减少。 旋转阻力越大，旋转速度也越小。 在定速螺旋桨(例如安26等飞机的螺旋桨)中，由于在飞行速度增加的过程中翼角稍慢，合速度的方向变快

16、，所以翼迎角逐渐减少。 由此，叶片的空气动力也减少，其中一个分力即旋转阻力得以保持，四、螺旋桨的拉力在飞行中的变化、19、不变、旋转速度也保持不变。 但是。 刀片的空气动力减少，拉力自然减少。 如图3516(c )所示。 飞行速度引起的张力变化规律如图3517所示。 (2)是根据进气压的强度(即油门位置)和转速的变化，拉伸力安装定速螺旋桨的飞机，其进气压的强度由油门控制，转速由可变杆控制。 分别说明进气压力强时和转速变化时的拉伸力的变化。 1如果拉力根据进气压力的强度(油门位置)的变化而不使操纵杆移动，则加油门增大进气压力而增强，发动机的有效功率上升，因此螺旋桨自动地增大距离，保持旋转速度恒定

17、。 此时，由于桨叶角变大，桨叶迎角变大，所以拉伸力也随之变大(参照图3518 )。 相反，如果缩小油门，减小进气压力，则拉伸力变小。 如果在飞行中不改变可变杆的位置而将油门接收到最小位置，则也可能产生负的拉伸力。 这是因为，在进气压力小时，发动机有效功率也小，螺旋桨自动地变小，将转速保持为一定，因此叶片迎角不可能成为负迎角，如图3518a所示，前叶片面的压力比后叶片面的压力大， 因为叶片产生的空气力的方向不会偏向旋转面的斜后方，这时如果向后方拉可变节距杆，则叶片的角度变大，如果减小叶片的负的迎角，则可以减小负的拉伸力。 2 .如果随着旋转速度的变化，拉伸力将进气压力保持为一定，则在旋转速度变化时，由于合速度的大小和方向以及叶片迎角的大小发生变化，因此拉伸力的大小也发生变化。 根据发动机的原理，在进气压力一定强的条件下。发动机的有效功率仅在以某转速动作(图3519 )中的n1)时最大。 在小于该转速的范围内，增大转速，使发动机的有效功率上升。在大于该转速的范围内，增大转速反而会降低发动机的有效功率。 根据定速螺旋桨的位移原理，将位移杆向前推，