三章螺旋槳空氣動(dòng)力

螺旋槳的空氣動(dòng)力

第三章第三章第頁2

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、副作用等問題。第三章第頁3本章主要內(nèi)容3.1螺旋槳的拉力3.2螺旋槳拉力在飛行中的變化3.3螺旋槳的有效功率3.4螺旋槳的副作用第三章第頁43.1.1螺旋槳簡介槳葉槳轂變距機(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：第三章第頁6αγφ槳弦相對氣流旋轉(zhuǎn)面槳葉角φ：槳弦和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角槳葉迎角α：槳弦和入流（即該槳葉切面的相對氣流）之間的夾角槳葉基本參數(shù)第三章第頁7定距螺旋槳與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8DA40飛機(jī)螺旋槳外觀第三章第頁9Seminole螺旋槳外觀第三章第頁10

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)

槳葉迎角α隨槳葉角φ、前進(jìn)速度v、切向速度u（轉(zhuǎn)速）變化第三章第頁11槳葉迎角α隨槳葉角φ的變化為常數(shù)時(shí)為常數(shù)時(shí)第三章第頁12槳葉迎角α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13槳葉迎角α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。

槳葉迎角也隨槳葉長度（或槳葉剖面到轉(zhuǎn)軸的距離）增大而增大。第三章第頁14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。第三章第頁153.1.3

螺旋槳拉力的產(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16槳葉的空氣動(dòng)力及其分布第三章第頁17螺旋槳拉力和旋轉(zhuǎn)阻力矩

槳葉總空氣動(dòng)力在螺旋槳旋轉(zhuǎn)軸方向的分力就是螺旋槳拉力。槳葉總空氣動(dòng)力在槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)切線方向的分力就是螺旋槳的旋轉(zhuǎn)阻力。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扭來平衡。第三章第頁18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3.4螺旋槳的副作用第三章第頁193.2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。變距油門飛行速度拉力大小第三章第頁203.2.1螺旋槳的變距變距的目的

人工變距，通過前推或后拉變距桿，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。

(見《螺旋槳與調(diào)速系統(tǒng)》）第三章第頁213.2.2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22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233.2.3螺旋槳拉力隨油門位置的變化

油門增加，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24螺旋槳飛機(jī)不同油門位置下的拉力曲線螺旋槳的拉力隨油門的增大而逐步增大。第三章第頁253.2.4螺旋槳拉力隨飛行高度的變化

對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26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27產(chǎn)生負(fù)拉力的幾種情況：飛行速度過大，產(chǎn)生負(fù)拉力。油門過小，產(chǎn)生負(fù)拉力。發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車,產(chǎn)生負(fù)拉力。3.2.6螺旋槳的負(fù)拉力第三章第頁28飛行速度過大時(shí)負(fù)拉力的產(chǎn)生

飛行速度增大，調(diào)速器為保持轉(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29油門過小時(shí)負(fù)拉力的產(chǎn)生

油門減小，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30發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車時(shí)負(fù)拉力的產(chǎn)生

發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車，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31

順槳的目的是將槳葉角增大到90度左右，槳葉幾乎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)相對氣流槳弦第三章第頁32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3.4螺旋槳的副作用3.3螺旋槳的有效功率和效率第三章第頁34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)該有所了解。第三章第頁35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36螺旋槳的有效功率隨不同油門位置的變化

飛行高度和轉(zhuǎn)速均不變的情況下，油門位置越大，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37

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38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3.4螺旋槳的副作用3.4螺旋槳的副作用第三章第頁40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)生一些對飛行不利的副作用。進(jìn)動(dòng)反作用力矩滑流扭轉(zhuǎn)作用螺旋槳因素第三章第頁41

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42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)的過程中，該加速度的影響仍然存在。第三章第頁43進(jìn)動(dòng)方向的判斷方法通過繪圖判斷右轉(zhuǎn)螺旋槳的方向通過右手判斷右轉(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)方向第三章第頁443.4.2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45在空中飛行時(shí)，反作用力矩有使飛機(jī)帶坡度的趨勢。加油門，槳葉空氣動(dòng)力增大，反作用力矩隨之增大。減油門，槳葉空氣動(dòng)力減小，反作用力矩隨之減小。反作用力矩對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46反作用力矩對地面滑跑的影響

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47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)作用第三章第頁48螺旋槳滑流對飛機(jī)的扭轉(zhuǎn)作用

對于右轉(zhuǎn)螺旋槳飛機(jī)，滑流的影響主要從左方作用于機(jī)體和垂直尾翼，使得飛機(jī)機(jī)頭向左側(cè)偏轉(zhuǎn)。

飛行速度越大，舵面效應(yīng)越強(qiáng)，偏轉(zhuǎn)力矩越大。第三章第頁49加油門時(shí)滑流對俯仰平衡的影響油門增加滑流速度增加偏轉(zhuǎn)力矩增加附加空氣動(dòng)力增加上