《螺旋槳的空氣動(dòng)力》課件

螺旋槳的空氣動(dòng)力

第三章飛行原理/CAFUC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。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)3本章主要內(nèi)容3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力第三章第3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力飛行原理/CAFUC3.1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)53.1.1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(yè)6槳葉平面形狀槳葉的平面形狀很多，使用較多的有三種：第Rr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)7Rr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)αγφ槳弦相對(duì)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（即相對(duì)氣流）之間的夾角入流角γ：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)8αγφ槳弦相對(duì)氣流旋轉(zhuǎn)面槳葉角φ：槳弦和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角槳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。現(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)9定距螺旋槳與變距螺旋槳槳葉角增大叫變高距或變大距?，F(xiàn)代飛機(jī)普TB200螺旋槳外觀第三章第頁(yè)10TB200螺旋槳外觀第三章第頁(yè)10Seminole螺旋槳外觀第三章第頁(yè)11Seminole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)相對(duì)進(jìn)距λ第三章第頁(yè)13相對(duì)進(jìn)距λ第三章第頁(yè)13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(yè)14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(yè)15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。第三章第頁(yè)16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。下圖為沒有進(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)螺旋槳幾何扭轉(zhuǎn)的目的，是為了保持螺旋槳螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn)示意圖第三章第頁(yè)18螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn)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)19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，TB200螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn)第三章第頁(yè)20TB200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)213.1.3螺旋槳拉力和旋轉(zhuǎn)阻力的產(chǎn)生葉素的空氣動(dòng)力CR葉素槳葉的空氣動(dòng)力及其分布第三章第頁(yè)22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飛行中螺旋槳所受力分析離心力阻力矩致彎曲力第三章第本章主要內(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)25本章主要內(nèi)容3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力第三章第3.2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。總空氣動(dòng)力大小總空氣動(dòng)力方向槳葉迎角α槳葉切面合速度w合速度的方向性質(zhì)角θ拉力大小第三章第頁(yè)273.2螺旋槳拉力在飛行中的變化螺旋槳的拉力是總空氣變距機(jī)構(gòu)的分類人工變距機(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)的分類3.2.1螺旋槳的變距變距的目的人工變距機(jī)構(gòu)第三章第頁(yè)29變距機(jī)構(gòu)第三章第頁(yè)29不同工況下的操作油門桿變距桿混合比桿第三章第頁(yè)30不同工況下的操作油門桿第三章第頁(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)313.2.2螺旋槳拉力隨飛行速度的變化飛行速度增大，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)32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3.2.3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(yè)333.2.3螺旋槳拉力隨油門位置的變化油門增加，螺螺旋槳飛機(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減小。第三章第頁(yè)34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3.2.4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)353.2.4螺旋槳拉力隨飛行高度的變化對(duì)于安裝自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。油門過(guò)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(yè)37產(chǎn)生負(fù)拉力的幾種情況：3.2.6螺旋槳的負(fù)拉力第三章飛行速度過(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)速器為保持油門過(guò)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(yè)39油門過(guò)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(yè)40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)速器空中停車后螺旋槳的自轉(zhuǎn)（風(fēng)車狀態(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空中停車后螺旋槳的自轉(zhuǎn)（風(fēng)車狀態(tài)）相對(duì)氣流飛行阻力總空氣動(dòng)力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(duì)氣流槳弦第三章第頁(yè)42順槳的目的是將槳葉角增大到90度左右，槳葉幾乎與飛行速順槳的過(guò)程第三章第頁(yè)43順槳的過(guò)程第三章第頁(yè)43順槳完成第三章第頁(yè)44順槳完成第三章第頁(yè)44不同槳葉角下螺旋槳阻力風(fēng)車狀態(tài)下螺旋槳阻力很大。第三章第頁(yè)45不同槳葉角下螺旋槳阻力風(fēng)車狀態(tài)下螺旋槳阻力很大。第三章第本章主要內(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)46本章主要內(nèi)容3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力第三章第3.3螺旋槳的有效功率和效率飛行原理/CAFUC3.3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)該有所了解。第三章第頁(yè)48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。第三章3.3.1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)493.3.1螺旋槳的有效功率螺旋槳產(chǎn)生拉力，拉著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飛行速度的變化小于某一飛行速度時(shí)，螺旋槳有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(yè)51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(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，在加油門的同時(shí)應(yīng)當(dāng)前推變距桿增大轉(zhuǎn)速。第三章第頁(yè)53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)3.3.2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η第三章第頁(yè)543.3.2螺旋槳的效率螺旋槳的有效功率與發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳的效率η與相對(duì)進(jìn)距λ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η與相對(duì)進(jìn)距λ的關(guān)系在固定槳葉角的情況下螺旋槳的效率η與槳葉角φ的關(guān)系相對(duì)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螺旋槳的效率η與槳葉角φ的關(guān)系相對(duì)進(jìn)矩越大，對(duì)應(yīng)較高效率的槳活塞式變距螺旋槳飛機(jī)，在使用額定轉(zhuǎn)速和額定油門做大速度平飛時(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、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、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活塞式變距螺旋槳飛機(jī)，在使用額定轉(zhuǎn)速和額定油門做本章主要內(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)58本章主要內(nèi)容3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力第三章第3.4螺旋槳的副作用飛行原理/CAFUC3.4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進(jìn)動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理第三章第頁(yè)62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)方向第三章第頁(yè)64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)66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)3.4.2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)673.4.2螺旋槳的反作用力矩右轉(zhuǎn)螺旋槳飛機(jī)，在在空中飛行時(shí)，反作用力矩有使飛機(jī)帶坡度的趨勢(shì)。加油門，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(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在空中飛行時(shí)，反作用力矩有使飛機(jī)帶坡度的趨勢(shì)。反作用力矩對(duì)空反作用力矩對(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(yè)70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螺旋槳滑流對(duì)飛機(jī)的扭轉(zhuǎn)作用對(duì)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(yè)71螺旋槳滑流對(duì)飛機(jī)的扭轉(zhuǎn)作用對(duì)于右轉(zhuǎn)螺旋槳飛機(jī)，滑流的加油門時(shí)滑流對(duì)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)力增加上仰力矩增加V上仰力矩滑流速度增大△RY尾第三章第頁(yè)72加油門時(shí)滑流對(duì)俯仰平衡的影響油門增加滑流速度增加偏轉(zhuǎn)力矩增加收油門時(shí)飛機(jī)會(huì)下俯第三章第頁(yè)73收油門時(shí)飛機(jī)會(huì)下俯第三章第頁(yè)73C130的螺旋槳滑流第三章第頁(yè)74C130的螺旋槳滑流第三章第頁(yè)74本章小結(jié)拉力的變化規(guī)律螺旋槳副作用第三章第頁(yè)75本章小結(jié)拉力的變化規(guī)律第三章第頁(yè)75螺旋槳的空氣動(dòng)力

第三章飛行原理/CAFUC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)77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。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)78本章主要內(nèi)容3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力第三章第3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力飛行原理/CAFUC3.1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)803.1.1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(yè)81槳葉平面形狀槳葉的平面形狀很多，使用較多的有三種：第Rr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)82Rr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)αγφ槳弦相對(duì)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（即相對(duì)氣流）之間的夾角入流角γ：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)83αγφ槳弦相對(duì)氣流旋轉(zhuǎn)面槳葉角φ：槳弦和旋轉(zhuǎn)面之間的夾角槳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)84定距螺旋槳與變距螺旋槳槳葉角增大叫變高距或變大距?，F(xiàn)代飛機(jī)普TB200螺旋槳外觀第三章第頁(yè)85TB200螺旋槳外觀第三章第頁(yè)10Seminole螺旋槳外觀第三章第頁(yè)86Seminole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)87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)相對(duì)進(jìn)距λ第三章第頁(yè)88相對(duì)進(jìn)距λ第三章第頁(yè)13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(yè)89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(yè)90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。第三章第頁(yè)91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。下圖為沒有進(jìn)行幾何扭轉(zhuǎn)的螺旋槳工作時(shí)的情況。第三章第頁(yè)92螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn)螺旋槳幾何扭轉(zhuǎn)的目的，是為了保持螺旋槳螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn)示意圖第三章第頁(yè)93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)94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，TB200螺旋槳的幾何扭轉(zhuǎn)第三章第頁(yè)95TB200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)963.1.3螺旋槳拉力和旋轉(zhuǎn)阻力的產(chǎn)生葉素的空氣動(dòng)力CR葉素槳葉的空氣動(dòng)力及其分布第三章第頁(yè)97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)98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)99飛行中螺旋槳所受力分析離心力阻力矩致彎曲力第三章第本章主要內(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)100本章主要內(nèi)容3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力第三章第3.2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α槳葉切面合速度w合速度的方向性質(zhì)角θ拉力大小第三章第頁(yè)1023.2螺旋槳拉力在飛行中的變化螺旋槳的拉力是總空氣變距機(jī)構(gòu)的分類人工變距機(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)103變距機(jī)構(gòu)的分類3.2.1螺旋槳的變距變距的目的人工變距機(jī)構(gòu)第三章第頁(yè)104變距機(jī)構(gòu)第三章第頁(yè)29不同工況下的操作油門桿變距桿混合比桿第三章第頁(yè)105不同工況下的操作油門桿第三章第頁(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)1063.2.2螺旋槳拉力隨飛行速度的變化飛行速度增大，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)107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3.2.3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(yè)1083.2.3螺旋槳拉力隨油門位置的變化油門增加，螺螺旋槳飛機(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減小。第三章第頁(yè)109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3.2.4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)1103.2.4螺旋槳拉力隨飛行高度的變化對(duì)于安裝自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)111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。油門過(guò)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(yè)112產(chǎn)生負(fù)拉力的幾種情況：3.2.6螺旋槳的負(fù)拉力第三章飛行速度過(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)113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)速器為保持油門過(guò)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(yè)114油門過(guò)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(yè)115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)速器空中停車后螺旋槳的自轉(zhuǎn)（風(fēng)車狀態(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)116空中停車后螺旋槳的自轉(zhuǎn)（風(fēng)車狀態(tài)）相對(duì)氣流飛行阻力總空氣動(dòng)力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(duì)氣流槳弦第三章第頁(yè)117順槳的目的是將槳葉角增大到90度左右，槳葉幾乎與飛行速順槳的過(guò)程第三章第頁(yè)118順槳的過(guò)程第三章第頁(yè)43順槳完成第三章第頁(yè)119順槳完成第三章第頁(yè)44不同槳葉角下螺旋槳阻力風(fēng)車狀態(tài)下螺旋槳阻力很大。第三章第頁(yè)120不同槳葉角下螺旋槳阻力風(fēng)車狀態(tài)下螺旋槳阻力很大。第三章第本章主要內(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)121本章主要內(nèi)容3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力第三章第3.3螺旋槳的有效功率和效率飛行原理/CAFUC3.3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)該有所了解。第三章第頁(yè)123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。第三章3.3.1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)1243.3.1螺旋槳的有效功率螺旋槳產(chǎn)生拉力，拉著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)125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(yè)126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(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)127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，在加油門的同時(shí)應(yīng)當(dāng)前推變距桿增大轉(zhuǎn)速。第三章第頁(yè)128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)3.3.2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η第三章第頁(yè)1293.3.2螺旋槳的效率螺旋槳的有效功率與發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳的效率η與相對(duì)進(jìn)距λ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)130螺旋槳的效率η與相對(duì)進(jìn)距λ的關(guān)系在固定槳葉角的情況下螺旋槳的效率η與槳葉角φ的關(guān)系相對(duì)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)131螺旋槳的效率η與槳葉角φ的關(guān)系相對(duì)進(jìn)矩越大，對(duì)應(yīng)較高效率的槳活塞式變距螺旋槳飛機(jī)，在使用額定轉(zhuǎn)速和額定油門做大速度平飛時(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、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、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)132活塞式變距螺旋槳飛機(jī)，在使用額定轉(zhuǎn)速和額定油門做本章主要內(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)133本章主要內(nèi)容3.1螺旋槳的拉力和旋轉(zhuǎn)阻力第三章第3.4螺旋槳的副作用飛行原理/CAFUC3.4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)135螺旋槳在工作中，一方面產(chǎn)生拉力，提供飛機(jī)的前進(jìn)