-螺旋槳的空氣動(dòng)力課件

1、螺旋槳的空氣動(dòng)力第三章飛行原理/CAFUC 螺旋槳的拉力是活塞式飛機(jī)和渦輪螺旋槳飛機(jī)前進(jìn)的動(dòng)力。螺旋槳運(yùn)作好壞直接影響拉力大小，而拉力大小又關(guān)系到飛機(jī)的飛行性能。 本章著重分析螺旋槳空氣動(dòng)力的產(chǎn)生及其變化規(guī)律，介紹螺旋槳的功率、效率及負(fù)拉力、副作用等問(wèn)題。第三章 第 頁(yè)2本章主要內(nèi)容3.1 螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力3.2 螺旋槳拉力在飛行中的變化3.3 螺旋槳的有效功率和效率3.4 螺旋槳的副作用第三章 第 頁(yè)33.1 螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力飛行原理/CAFUC3.1.1 螺旋槳簡(jiǎn)介槳葉槳轂變距機(jī)構(gòu)槳尖槳根后緣前緣螺旋槳的組成第三章 第 頁(yè)5槳葉平面形狀 槳葉的平面形狀很多，使用較多的有三種：第

2、三章 第 頁(yè)6Rr螺旋槳直徑 D槳葉基本參數(shù)螺旋槳半徑 R剖面半徑 r相對(duì)半徑 r/R槳弦 b第三章 第 頁(yè)7槳弦相對(duì)氣流旋轉(zhuǎn)面槳葉角 ：槳弦和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角槳葉迎角 ：槳弦和入流（即相對(duì)氣流）之間的夾角入流角 ：入流和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角槳葉基本參數(shù)第三章 第 頁(yè)8定距螺旋槳與變距螺旋槳槳葉角增大叫變高距或變大距。槳葉角減小叫變低距或變小距?，F(xiàn)代飛機(jī)普遍使用自動(dòng)變距螺旋槳。槳葉角不能改變的螺旋槳叫定距螺旋槳。槳葉角能夠改變的螺旋槳叫變距螺旋槳。第三章 第 頁(yè)9TB200螺旋槳外觀第三章 第 頁(yè)10Seminole 螺旋槳外觀第三章 第 頁(yè)11 飛行中，螺旋槳是一面旋轉(zhuǎn)一面前進(jìn)的。螺旋槳剖面具有

3、兩個(gè)速度：一個(gè)是前進(jìn)速度v,一個(gè)是圓周速度（切向速度）u。3.1.2 螺旋槳的運(yùn)動(dòng) 右圖為槳葉切面上某一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡第三章 第 頁(yè)12相對(duì)進(jìn)距第三章 第 頁(yè)13槳葉迎角隨槳葉角的變化為常數(shù)時(shí)為常數(shù)時(shí)第三章 第 頁(yè)14槳葉迎角隨飛行速度v的變化 在槳葉角和轉(zhuǎn)速不變的情況下，槳葉迎角隨飛行速度增大而減小，當(dāng)飛行速度增大到一定程度，槳葉迎角可能減小到零，甚至變?yōu)樨?fù)值。第三章 第 頁(yè)15槳葉迎角隨切向速度u的變化 在槳葉角和飛行速度不變的情況下，槳葉迎角隨轉(zhuǎn)速增大而增大，隨轉(zhuǎn)速減小而減小。第三章 第 頁(yè)16螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn) 螺旋槳幾何扭轉(zhuǎn)的目的，是為了保持螺旋槳槳葉各剖面的槳葉迎角基本相等。下圖為沒(méi)有

4、進(jìn)行幾何扭轉(zhuǎn)的螺旋槳工作時(shí)的情況。第三章 第 頁(yè)17螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn)示意圖第三章 第 頁(yè)18螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn)的效果 下圖為進(jìn)行了幾何扭轉(zhuǎn)的螺旋槳，可以看到從槳根到槳尖，槳葉角逐漸減小，以保證各切面迎角大致相等。槳尖槳根第三章 第 頁(yè)19TB200螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn)第三章 第 頁(yè)203.1.3 螺旋槳拉力和旋轉(zhuǎn)阻力的產(chǎn)生葉素的空氣動(dòng)力CR葉素的空氣動(dòng)力系數(shù)ds葉素的面積第三章 第 頁(yè)21槳葉的空氣動(dòng)力及其分布第三章 第 頁(yè)22旋轉(zhuǎn)阻力矩 螺旋槳各槳葉旋轉(zhuǎn)阻力的作用點(diǎn)離槳軸有一段距離，其方向與槳葉的旋轉(zhuǎn)方向相反，故形成阻礙螺旋槳旋轉(zhuǎn)的力矩M阻。 旋轉(zhuǎn)阻力矩M阻通常由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)力矩M扭來(lái)平衡。M

5、阻M扭，螺旋槳轉(zhuǎn)速將會(huì)降低M扭M扭，螺旋槳轉(zhuǎn)速將會(huì)增加M扭=M扭，螺旋槳轉(zhuǎn)速不變第三章 第 頁(yè)23飛行中螺旋槳所受力分析離心力阻力矩致彎曲力拉力第三章 第 頁(yè)24本章主要內(nèi)容3.1 螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力3.2 螺旋槳拉力在飛行中的變化3.3 螺旋槳的有效功率和效率3.4 螺旋槳的副作用第三章 第 頁(yè)253.2 螺旋槳拉力在飛行中的變化飛行原理/CAFUC3.2 螺旋槳拉力在飛行中的變化 螺旋槳的拉力是總空氣動(dòng)力的一個(gè)分力，拉力的大小不僅取決于總空氣動(dòng)力的大小，還取決于總空氣動(dòng)力的方向?？偪諝鈩?dòng)力大小總空氣動(dòng)力方向槳葉迎角槳葉切面合速度w合速度的方向性質(zhì)角拉力大小第三章 第 頁(yè)27變距機(jī)構(gòu)的分

6、類(lèi) 人工變距機(jī)構(gòu)，以變距桿為代表 自動(dòng)變距機(jī)構(gòu)，以調(diào)速器為代表3.2.1 螺旋槳的變距變距的目的 人工變距，通過(guò)前推或后拉變距桿，改變槳葉角、槳葉迎角、旋轉(zhuǎn)阻力的大小，從而調(diào)整轉(zhuǎn)速快慢。 自動(dòng)變距，通過(guò)調(diào)速器自動(dòng)調(diào)整槳葉角的大小，保持轉(zhuǎn)速恒定不變。第三章 第 頁(yè)28變距機(jī)構(gòu)第三章 第 頁(yè)29不同工況下的操作油門(mén)桿變距桿混合比桿第三章 第 頁(yè)303.2.2 螺旋槳拉力隨飛行速度的變化 飛行速度增大，使得相對(duì)氣流方向越發(fā)偏離旋轉(zhuǎn)面，因此槳葉總空氣動(dòng)力R的方向也更加偏離槳軸。第三章 第 頁(yè)31螺旋槳飛機(jī)拉力隨速度變化曲線螺旋槳拉力隨速度的增大而逐步減小。第三章 第 頁(yè)323.2.3 螺旋槳拉力隨油門(mén)

7、位置的變化 油門(mén)增加，螺旋槳轉(zhuǎn)速增大。調(diào)速器為了保持轉(zhuǎn)速，自動(dòng)增大槳葉角。因此槳葉總空氣動(dòng)力R增大。第三章 第 頁(yè)33螺旋槳飛機(jī)不同油門(mén)位置下的拉力曲線螺旋槳的拉力隨油門(mén)的增大而逐步減小。第三章 第 頁(yè)343.2.4 螺旋槳拉力隨飛行高度的變化 對(duì)于安裝自然吸氣式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳的拉力隨高度的增大而減小。第三章 第 頁(yè)35螺旋槳的拉力隨溫度的增加而減小。3.2.5 螺旋槳拉力隨氣溫的變化第三章 第 頁(yè)36產(chǎn)生負(fù)拉力的幾種情況：飛行速度過(guò)大，產(chǎn)生負(fù)拉力。油門(mén)過(guò)小，產(chǎn)生負(fù)拉力。發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē),產(chǎn)生負(fù)拉力。3.2.6 螺旋槳的負(fù)拉力第三章 第 頁(yè)37飛行速度過(guò)大時(shí)負(fù)拉力的產(chǎn)生 飛行速度增大，調(diào)速器

8、為保持轉(zhuǎn)速不變，會(huì)自動(dòng)增大槳葉角。但由于入流角也在增大，所以槳葉迎角仍在減小，槳葉總空氣動(dòng)力R逐漸向旋轉(zhuǎn)面靠攏。第三章 第 頁(yè)38油門(mén)過(guò)小時(shí)負(fù)拉力的產(chǎn)生 油門(mén)減小，調(diào)速器為保持轉(zhuǎn)速不變，會(huì)自動(dòng)減小槳葉角。但由于入流角短時(shí)間內(nèi)保持不變，槳葉迎角逐漸減小，甚至成為負(fù)迎角。第三章 第 頁(yè)39發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)時(shí)負(fù)拉力的產(chǎn)生 發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)，調(diào)速器為保持轉(zhuǎn)速不變，會(huì)自動(dòng)減小槳葉角。由于槳葉角和槳葉迎角均迅速減小，形成較大的負(fù)迎角，槳葉總空氣動(dòng)力R指向斜后方。第三章 第 頁(yè)40空中停車(chē)后螺旋槳的自轉(zhuǎn)（風(fēng)車(chē)狀態(tài)）相對(duì)氣流飛行阻力總空氣動(dòng)力旋轉(zhuǎn)力第三章 第 頁(yè)41 順槳的目的是將槳葉角增大到90度左右，槳葉幾乎

9、與飛行速度方向相平行，從而避免發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，消除負(fù)拉力，減小阻力。順槳機(jī)構(gòu)相對(duì)氣流槳弦第三章 第 頁(yè)42順槳的過(guò)程第三章 第 頁(yè)43順槳完成第三章 第 頁(yè)44不同槳葉角下螺旋槳阻力風(fēng)車(chē)狀態(tài)下螺旋槳阻力很大。第三章 第 頁(yè)45本章主要內(nèi)容3.1 螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力3.2 螺旋槳拉力在飛行中的變化3.3 螺旋槳的有效功率和效率3.4 螺旋槳的副作用第三章 第 頁(yè)463.3 螺旋槳的有效功率和效率飛行原理/CAFUC螺旋槳有效功率是影響螺旋槳飛機(jī)飛行性能好壞的因素之一。螺旋槳效率則是衡量螺旋槳性能好壞的重要標(biāo)志。因此，飛行員對(duì)什么是螺旋槳有效功率和效率、以及如何獲得好的螺旋槳有效功率和效率應(yīng)該有

10、所了解。第三章 第 頁(yè)483.3.1 螺旋槳的有效功率 螺旋槳產(chǎn)生拉力，拉著飛機(jī)前進(jìn)，對(duì)飛機(jī)做功。每秒鐘內(nèi)螺旋槳對(duì)飛機(jī)所做的功的多少就是螺旋槳的有效功率。P 螺旋槳拉力，單位：牛頓v 飛行速度，單位：米/秒第三章 第 頁(yè)49螺旋槳的有效功率隨飛行速度的變化小于某一飛行速度時(shí)，螺旋槳有效功率隨速度增大而增大。大于某一飛行速度時(shí)，螺旋槳有效功率隨速度增大而減小。第三章 第 頁(yè)50螺旋槳的有效功率隨不同油門(mén)位置的變化 飛行高度和轉(zhuǎn)速均不變的情況下，油門(mén)位置越大，發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率越大，螺旋槳有效功率隨之增大。第三章 第 頁(yè)51注：吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)與增壓式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理不同，受高度變化的影響也有不同。螺旋槳

11、的有效功率隨不同高度的變化 低于額定高度，隨著高度增加，發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率增大，螺旋槳有效功率也增大。 超過(guò)額定高度，隨著高度增加，發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率減小，螺旋槳有效功率也減小。第三章 第 頁(yè)52獲得螺旋槳最大有效功率的方法 對(duì)于活塞式螺旋槳飛機(jī)，當(dāng)高度和飛行速度一定的情況下，要想使螺旋槳有效功率盡可能大，在加油門(mén)的同時(shí)應(yīng)當(dāng)前推變距桿增大轉(zhuǎn)速。第三章 第 頁(yè)533.3.2 螺旋槳的效率 螺旋槳的有效功率與發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率之比，定義為螺旋槳的效率第三章 第 頁(yè)54螺旋槳的效率與相對(duì)進(jìn)距的關(guān)系 在固定槳葉角的情況下，螺旋槳的效率在某一固定相對(duì)進(jìn)距下達(dá)到最大。第三章 第 頁(yè)55螺旋槳的效率與槳葉角的關(guān)系相對(duì)

12、進(jìn)矩越大，對(duì)應(yīng)較高效率的槳葉角也越大。第三章 第 頁(yè)56 活塞式變距螺旋槳飛機(jī)，在使用額定轉(zhuǎn)速和額定油門(mén)做大速度平飛時(shí)，螺旋槳效率最高。獲得螺旋槳最大效率的方法 在飛行速度減小時(shí)，收小油門(mén)、減小進(jìn)氣壓力、后拉變距桿減小轉(zhuǎn)速，以保持螺旋槳效率。 在飛行速度增大時(shí)，加大油門(mén)、增大進(jìn)氣壓力、前推變距桿增大轉(zhuǎn)速，以保持螺旋槳效率。第三章 第 頁(yè)57本章主要內(nèi)容3.1 螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力3.2 螺旋槳拉力在飛行中的變化3.3 螺旋槳的有效功率和效率3.4 螺旋槳的副作用第三章 第 頁(yè)583.4 螺旋槳的副作用飛行原理/CAFUC螺旋槳在工作中，一方面產(chǎn)生拉力，提供飛機(jī)的前進(jìn)動(dòng)力；另一方面還會(huì)產(chǎn)生一些

13、對(duì)飛行不利的副作用。進(jìn)動(dòng)反作用力矩滑流扭轉(zhuǎn)作用第三章 第 頁(yè)60 飛行中高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，當(dāng)受到槳軸方向的操縱力矩作用時(shí)，螺旋槳并不完全繞與操縱力矩方向平行的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，還要繞另一個(gè)軸偏轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫做進(jìn)動(dòng)。3.4.1 螺旋槳的進(jìn)動(dòng)縱軸豎軸橫軸機(jī)頭上仰向右進(jìn)動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向反作用力矩方向第三章 第 頁(yè)61進(jìn)動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理第三章 第 頁(yè)62螺旋槳進(jìn)動(dòng)的產(chǎn)生 當(dāng)機(jī)頭上仰時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)到上方的槳葉受到向后的作用力，產(chǎn)生向后的加速度。在槳葉繼續(xù)向右轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，該加速度的影響仍然存在。第三章 第 頁(yè)63進(jìn)動(dòng)方向的判斷方法通過(guò)繪圖判斷右轉(zhuǎn)螺旋槳的方向通過(guò)右手判斷右轉(zhuǎn)螺旋槳的方向方法一：方法二：機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)動(dòng)方向第

14、三章 第 頁(yè)64 后三點(diǎn)式螺旋槳飛機(jī)，在起飛滑跑抬尾輪時(shí)，受進(jìn)動(dòng)的影響較為明顯。進(jìn)動(dòng)的影響舉例：第三章 第 頁(yè)65進(jìn)動(dòng)的影響 后三點(diǎn)式螺旋槳飛機(jī)，在起飛滑跑階段，受進(jìn)動(dòng)的影響較為明顯。第三章 第 頁(yè)663.4.2 螺旋槳的反作用力矩 右轉(zhuǎn)螺旋槳飛機(jī)，在反作用力矩作用下，會(huì)向左傾斜。第三章 第 頁(yè)67在空中飛行時(shí)，反作用力矩有使飛機(jī)帶坡度的趨勢(shì)。加油門(mén)，槳葉空氣動(dòng)力增大，反作用力矩隨之增大。減油門(mén)，槳葉空氣動(dòng)力減小，反作用力矩隨之減小。反作用力矩對(duì)空中飛行的影響螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)方向反作用力矩方向第三章 第 頁(yè)68反作用力矩對(duì)地面滑跑的影響 在地面滑跑時(shí)，反作用力矩的作用使左右兩側(cè)機(jī)輪對(duì)地面的壓力不均，受到的摩擦阻力不同，使得機(jī)頭向一側(cè)偏轉(zhuǎn)。反作用力矩N左N右偏轉(zhuǎn)力矩F左F右第三章 第 頁(yè)69受螺旋槳作用，向后加速和扭轉(zhuǎn)的氣流叫螺旋槳滑流。3.4.3 螺旋槳的滑流扭轉(zhuǎn)作用第三