螺旋桨的空气动力.ppt

1、飞行原理飞行原理/CAFUC螺旋桨的空气动力螺旋桨的空气动力第三章第三章第三章第三章 第第 页页2 螺旋螺旋桨桨的拉力是活塞式的拉力是活塞式飞飞机和机和涡轮涡轮螺旋螺旋桨飞桨飞机前机前进进的的动动力。螺旋力。螺旋桨桨运作好坏直接影响拉力大小，而拉力大小又运作好坏直接影响拉力大小，而拉力大小又关系到关系到飞飞机的机的飞飞行性能。行性能。本章着重分析螺旋本章着重分析螺旋桨桨空气空气动动力的力的产产生及其生及其变变化化规规律，律，介介绍绍螺旋螺旋桨桨的功率、效率及的功率、效率及负负拉力、副作用等拉力、副作用等问题问题。第三章第三章 第第 页页3本章主要内容本章主要内容3.1 螺旋螺旋桨桨的拉力和旋的

2、拉力和旋转转阻力阻力3.2 螺旋螺旋桨桨拉力在拉力在飞飞行中的行中的变变化化3.3 螺旋螺旋桨桨的有效功率和效率的有效功率和效率3.4 螺旋螺旋桨桨的副作用的副作用飞行原理飞行原理/CAFUC飞行原理飞行原理/CAFUC3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力螺旋桨的拉力和旋转阻力第三章第三章 第第 页页53.1.1 螺旋桨简介螺旋桨简介桨叶叶桨毂桨毂变变距机构距机构桨桨尖尖桨桨根根后后缘缘前前缘缘螺旋桨的组成螺旋桨的组成第三章第三章 第第 页页6桨叶平面形状桨叶平面形状 桨桨叶的平面形状很多，叶的平面形状很多，使用使用较较多的有三种：多的有三种：第三章第三章 第第 页页7Rr螺旋桨直径螺旋桨直径 D桨

3、叶基本参数桨叶基本参数螺旋螺旋桨桨半径半径 R剖面半径剖面半径 r相相对对半径半径 r/R桨桨弦弦 b第三章第三章 第第 页页8桨桨弦弦相相对对气气流流旋旋转转面面桨叶角桨叶角 ：桨弦和旋转面之间的夹角：桨弦和旋转面之间的夹角桨桨叶迎角叶迎角 ：桨桨弦和入流（即相弦和入流（即相对对气流）之气流）之间间的的夹夹角角入流角入流角 ：入流和旋：入流和旋转转面之面之间间的的夹夹角角桨叶基本参数桨叶基本参数第三章第三章 第第 页页9定距螺旋桨与变距螺旋桨定距螺旋桨与变距螺旋桨桨桨叶角增大叫叶角增大叫变变高距或高距或变变大距。大距。桨桨叶角减小叫叶角减小叫变变低距或低距或变变小距。小距。现现代代飞飞机普遍

4、使用自机普遍使用自动变动变距螺旋距螺旋桨桨。桨桨叶角不能改叶角不能改变变的螺旋的螺旋桨桨叫定距螺旋叫定距螺旋桨桨。桨桨叶角能叶角能够够改改变变的螺旋的螺旋桨桨叫叫变变距螺旋距螺旋桨桨。第三章第三章 第第 页页10TB200螺旋桨外观螺旋桨外观第三章第三章 第第 页页11Seminole 螺旋桨外观螺旋桨外观第三章第三章 第第 页页12 飞飞行中，螺旋行中，螺旋桨桨是一面旋是一面旋转转一面前一面前进进的。螺的。螺旋旋桨桨剖面具有两个速度：一个是前剖面具有两个速度：一个是前进进速度速度v,v,一个一个是是圆圆周速度（切向速度）周速度（切向速度）u u。3.1.2 螺旋桨的运动螺旋桨的运动 右右图为

5、桨图为桨叶切叶切面上某一点的运面上某一点的运动动轨轨迹迹第三章第三章 第第 页页13桨叶迎角桨叶迎角随桨叶角随桨叶角的变化的变化为为常数常数时时为为常数常数时时第三章第三章 第第 页页14桨叶迎角桨叶迎角随飞行速度随飞行速度v的变化的变化 在在桨桨叶角和叶角和转转速不速不变变的情况下，的情况下，桨桨叶迎角随叶迎角随飞飞行速度行速度增大而减小，当增大而减小，当飞飞行速度增大到一定程度，行速度增大到一定程度，桨桨叶迎角可叶迎角可能减小到零，甚至能减小到零，甚至变为负值变为负值。第三章第三章 第第 页页15桨叶迎角桨叶迎角随切向速度随切向速度u的变化的变化 在在桨桨叶角和叶角和飞飞行速度不行速度不变

6、变的情况下，的情况下，桨桨叶迎角随叶迎角随转转速增速增大而增大，随大而增大，随转转速减小而减小。速减小而减小。第三章第三章 第第 页页16螺旋螺旋桨桨的几何扭的几何扭转转 螺旋桨几何扭转的目的，是为了保持螺旋桨桨叶各螺旋桨几何扭转的目的，是为了保持螺旋桨桨叶各剖面的桨叶迎角基本相等。剖面的桨叶迎角基本相等。下下图为图为没有没有进进行几何扭行几何扭转转的螺旋的螺旋桨桨工作工作时时的情况。的情况。第三章第三章 第第 页页17螺旋桨的几何扭转示意图螺旋桨的几何扭转示意图第三章第三章 第第 页页18螺旋桨的几何扭转的效果螺旋桨的几何扭转的效果 下下图为进图为进行了几何扭行了几何扭转转的螺的螺旋旋桨桨，

7、可以看到从，可以看到从桨桨根到根到桨桨尖，尖，桨桨叶角逐叶角逐渐渐减小，以保减小，以保证证各切面迎各切面迎角大致相等。角大致相等。桨桨尖尖桨桨根根第三章第三章 第第 页页19TB200螺旋桨的几何扭转螺旋桨的几何扭转第三章第三章 第第 页页20桨桨叶的空气叶的空气动动力及其分布力及其分布第三章第三章 第第 页页21旋转阻力矩旋转阻力矩 螺旋螺旋桨桨各各桨桨叶旋叶旋转转阻力的作用点离阻力的作用点离桨轴桨轴有一段距离有一段距离，其方向与，其方向与桨桨叶的旋叶的旋转转方向相反，故形成阻碍螺旋方向相反，故形成阻碍螺旋桨桨旋旋转转的力矩的力矩M阻阻。旋旋转转阻力矩阻力矩M阻阻通常由通常由发动发动机机输输

8、出的旋出的旋转转力矩力矩M扭扭来平衡。来平衡。M阻阻M扭扭，螺旋，螺旋桨转桨转速将会降低速将会降低M扭扭M扭扭，螺旋，螺旋桨转桨转速将会增加速将会增加M扭扭=M扭扭，螺旋螺旋桨转桨转速不速不变变第三章第三章 第第 页页22飞行中螺旋桨所受力分析飞行中螺旋桨所受力分析离心力离心力阻力矩致弯曲力阻力矩致弯曲力拉力拉力第三章第三章 第第 页页23本章主要内容本章主要内容3.1 螺旋螺旋桨桨的拉力和旋的拉力和旋转转阻力阻力3.2 螺旋螺旋桨桨拉力在拉力在飞飞行中的行中的变变化化3.3 螺旋螺旋桨桨的有效功率和效率的有效功率和效率3.4 螺旋螺旋桨桨的副作用的副作用飞行原理飞行原理/CAFUC飞行原理飞

9、行原理/CAFUC3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化螺旋桨拉力在飞行中的变化第三章第三章 第第 页页253.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化螺旋桨拉力在飞行中的变化 螺旋桨的拉力是总空气动力的一个分力，拉力的螺旋桨的拉力是总空气动力的一个分力，拉力的大小不仅取决于大小不仅取决于总总空气空气动动力的大小，力的大小，还还取决于取决于总总空空气气动动力的方向。力的方向。总总空气空气动动力大小力大小总总空气空气动动力方向力方向桨桨叶迎角叶迎角桨桨叶切面合速度叶切面合速度w合速度的方向合速度的方向性性质质角角拉力大小拉力大小第三章第三章 第第 页页26变距机构的分类变距机构的分类 人工人工变变距机构，以距机构

10、，以变变距杆距杆为为代表代表 自自动变动变距机构，以距机构，以调调速器速器为为代表代表3.2.1 螺旋桨的变距螺旋桨的变距变距的目的变距的目的 人工人工变变距，通距，通过过前推或后拉前推或后拉变变距杆，改距杆，改变桨变桨叶角、叶角、桨桨叶迎角、旋叶迎角、旋转转阻力的大小，从而阻力的大小，从而调调整整转转速快慢。速快慢。自自动变动变距，通距，通过调过调速器自速器自动调动调整整桨桨叶角的大小，保持叶角的大小，保持转转速恒定不速恒定不变变。第三章第三章 第第 页页27变距机构变距机构第三章第三章 第第 页页28不同工况下的操作不同工况下的操作油油门门杆杆变变距杆距杆混合比杆混合比杆第三章第三章 第第

11、 页页293.2.2 螺旋桨拉力随飞行速度的变化螺旋桨拉力随飞行速度的变化 飞飞行速度增大，使得相行速度增大，使得相对对气流方向越气流方向越发发偏离旋偏离旋转转面，面，因此因此桨桨叶叶总总空气空气动动力力R的方向也更加偏离的方向也更加偏离桨轴桨轴。第三章第三章 第第 页页30螺旋桨飞机拉力随速度变化曲线螺旋桨飞机拉力随速度变化曲线螺旋螺旋桨桨拉力随速度的增大而逐步减小。拉力随速度的增大而逐步减小。第三章第三章 第第 页页313.2.3 螺旋桨拉力随油门位置的变化螺旋桨拉力随油门位置的变化 油油门门增加，螺旋增加，螺旋桨转桨转速增大。速增大。调调速器速器为为了保持了保持转转速，自速，自动动增大增

12、大桨桨叶角。因此叶角。因此桨桨叶叶总总空气空气动动力力R增大。增大。第三章第三章 第第 页页32螺旋桨飞机不同油门位置下的拉力曲线螺旋桨飞机不同油门位置下的拉力曲线螺旋螺旋桨桨的拉力随油的拉力随油门门的增大而逐步减小。的增大而逐步减小。第三章第三章 第第 页页333.2.4 螺旋桨拉力随飞行高度的变化螺旋桨拉力随飞行高度的变化 对对于安装自然吸气式活塞于安装自然吸气式活塞发动发动机的螺机的螺旋旋桨桨的拉力随高的拉力随高度的增大而减小。度的增大而减小。第三章第三章 第第 页页34螺螺旋旋桨桨的拉力随温度的增加而减小。的拉力随温度的增加而减小。3.2.5 螺旋桨拉力随气温的变化螺旋桨拉力随气温的变

13、化第三章第三章 第第 页页35产产生生负负拉力的几种情况：拉力的几种情况：飞飞行速度行速度过过大，大，产产生生负负拉力。拉力。油油门过门过小，小，产产生生负负拉力。拉力。发动发动机空中停机空中停车车,产产生生负负拉力。拉力。3.2.6 螺旋桨的负拉力螺旋桨的负拉力第三章第三章 第第 页页36飞行速度过大时负拉力的产生飞行速度过大时负拉力的产生 飞飞行速度增大，行速度增大，调调速器速器为为保持保持转转速不速不变变，会自，会自动动增大增大桨桨叶角。但由于入流角也在增大，所以叶角。但由于入流角也在增大，所以桨桨叶迎角仍在减小，叶迎角仍在减小，桨桨叶叶总总空气空气动动力力R逐逐渐渐向旋向旋转转面靠面靠

14、拢拢。第三章第三章 第第 页页37油门过小时负拉力的产生油门过小时负拉力的产生 油油门门减小，减小，调调速器速器为为保持保持转转速不速不变变，会自，会自动动减小减小桨桨叶叶角。但由于入流角短角。但由于入流角短时间时间内保持不内保持不变变，桨桨叶迎角逐叶迎角逐渐渐减减小，甚至成小，甚至成为负为负迎角。迎角。第三章第三章 第第 页页38发动机空中停车时负拉力的产生发动机空中停车时负拉力的产生 发动发动机空中停机空中停车车，调调速器速器为为保持保持转转速不速不变变，会自，会自动动减小减小桨桨叶角。由于叶角。由于桨桨叶角和叶角和桨桨叶迎角均迅速减小，形叶迎角均迅速减小，形成成较较大的大的负负迎角，迎角

15、，桨桨叶叶总总空气空气动动力力R指向斜后方。指向斜后方。第三章第三章 第第 页页39空中停车后螺旋桨的自转（风车状态）空中停车后螺旋桨的自转（风车状态）相相对对气流气流飞飞行阻力行阻力总总空气空气动动力力旋旋转转力力第三章第三章 第第 页页40 顺桨顺桨的目的是将的目的是将桨桨叶角增大到叶角增大到9090度左右，度左右，桨桨叶几乎叶几乎与与飞飞行速度方向相平行，从而避免行速度方向相平行，从而避免发动发动机的磨机的磨损损，消，消除除负负拉力，减小阻力。拉力，减小阻力。顺桨机构顺桨机构相相对对气流气流桨桨弦弦第三章第三章 第第 页页41顺桨的过程顺桨的过程第三章第三章 第第 页页42顺桨完成顺桨完

16、成第三章第三章 第第 页页43不同桨叶角下螺旋桨阻力不同桨叶角下螺旋桨阻力风车风车状状态态下螺旋下螺旋桨桨阻力很大阻力很大。第三章第三章 第第 页页44本章主要内容本章主要内容3.1 螺旋螺旋桨桨的拉力和旋的拉力和旋转转阻力阻力3.2 螺旋螺旋桨桨拉力在拉力在飞飞行中的行中的变变化化3.3 螺旋螺旋桨桨的有效功率和效率的有效功率和效率3.4 螺旋螺旋桨桨的副作用的副作用飞行原理飞行原理/CAFUC飞行原理飞行原理/CAFUC3.3 螺旋桨的有效功率和效率螺旋桨的有效功率和效率第三章第三章 第第 页页46螺旋螺旋桨桨有效功率是影响螺旋有效功率是影响螺旋桨飞桨飞机机飞飞行性能好坏的因行性能好坏的因

17、素之一。素之一。螺旋螺旋桨桨效率效率则则是衡量螺旋是衡量螺旋桨桨性能好坏的重要性能好坏的重要标标志。志。因此，因此，飞飞行行员对员对什么是螺旋什么是螺旋桨桨有效功率和效率、以及有效功率和效率、以及如何如何获获得好的螺旋得好的螺旋桨桨有效功率和效率有效功率和效率应该应该有所了解。有所了解。第三章第三章 第第 页页473.3.1 螺旋桨的有效功率螺旋桨的有效功率 螺旋螺旋桨产桨产生拉力，拉着生拉力，拉着飞飞机前机前进进，对飞对飞机做功。每机做功。每秒秒钟钟内螺旋内螺旋桨对飞桨对飞机所做的功的多少就是螺旋机所做的功的多少就是螺旋桨桨的有的有效功率。效功率。P P 螺旋螺旋桨桨拉力，拉力，单单位：牛位

18、：牛顿顿v v 飞飞行速度，行速度，单单位：米位：米/秒秒第三章第三章 第第 页页48螺旋桨的有效功率随飞行速度的变化螺旋桨的有效功率随飞行速度的变化小于某一小于某一飞飞行速度行速度时时，螺旋，螺旋桨桨有效功率随速度增大而增大。有效功率随速度增大而增大。大于某一大于某一飞飞行速度行速度时时，螺旋，螺旋桨桨有效功率随速度增大而减小。有效功率随速度增大而减小。第三章第三章 第第 页页49螺旋桨的有效功率随不同油门位置的变化螺旋桨的有效功率随不同油门位置的变化 飞飞行高度和行高度和转转速均速均不不变变的情况下，油的情况下，油门门位置越大，位置越大，发动发动机有机有效功率越大，螺旋效功率越大，螺旋桨桨

19、有效功率随之增大。有效功率随之增大。第三章第三章 第第 页页50注：吸气式发动机与增压式发动机的工作原理不同，注：吸气式发动机与增压式发动机的工作原理不同，受高度变化的影响也有不同。受高度变化的影响也有不同。螺旋桨的有效功率随不同高度的变化螺旋桨的有效功率随不同高度的变化 低于低于额额定高度，随定高度，随着高度增加，着高度增加，发动发动机有机有效功率增大，螺旋效功率增大，螺旋桨桨有有效功率也增大。效功率也增大。超超过额过额定高度，随定高度，随着高度增加，着高度增加，发动发动机有机有效功率减小，螺旋效功率减小，螺旋桨桨有有效功率也减小。效功率也减小。第三章第三章 第第 页页51获得螺旋桨最大有效

20、功率的方法获得螺旋桨最大有效功率的方法 对对于活塞式螺旋于活塞式螺旋桨飞桨飞机，当高度和机，当高度和飞飞行速度一定的情行速度一定的情况下，要想使螺旋况下，要想使螺旋桨桨有效功率尽可能大，在加油有效功率尽可能大，在加油门门的同的同时应时应当前推当前推变变距杆增大距杆增大转转速。速。第三章第三章 第第 页页52本章主要内容本章主要内容3.1 螺旋螺旋桨桨的拉力和旋的拉力和旋转转阻力阻力3.2 螺旋螺旋桨桨拉力在拉力在飞飞行中的行中的变变化化3.3 螺旋螺旋桨桨的有效功率和效率的有效功率和效率3.4 螺旋螺旋桨桨的副作用的副作用飞行原理飞行原理/CAFUC飞行原理飞行原理/CAFUC3.4 螺旋桨的

21、副作用螺旋桨的副作用第三章第三章 第第 页页54螺旋螺旋桨桨在工作中，一方面在工作中，一方面产产生拉力，提供生拉力，提供飞飞机的前机的前进进动动力；另一方面力；另一方面还还会会产产生一些生一些对飞对飞行不利的副作用。行不利的副作用。进动进动反作用力矩反作用力矩滑流扭滑流扭转转作用作用第三章第三章 第第 页页55 飞行中高速旋转的螺旋桨，当受到桨轴方向的操纵力飞行中高速旋转的螺旋桨，当受到桨轴方向的操纵力矩作用时，螺旋桨并不完全绕与操纵力矩方向平行的轴矩作用时，螺旋桨并不完全绕与操纵力矩方向平行的轴转动，还要绕另一个轴偏转，这种现象叫做进动。转动，还要绕另一个轴偏转，这种现象叫做进动。3.4.1

22、 螺旋桨的进动螺旋桨的进动纵轴纵轴竖轴竖轴横横轴轴机机头头上仰上仰向右向右进动进动螺旋螺旋桨桨旋旋转转方向方向反作用力反作用力矩方向矩方向第三章第三章 第第 页页56进动的产生机理进动的产生机理第三章第三章 第第 页页57螺旋桨进动的产生螺旋桨进动的产生 当机当机头头上仰上仰时时，转动转动到上方的到上方的桨桨叶受到向后的作叶受到向后的作用力，用力，产产生向后的加速度。在生向后的加速度。在桨桨叶叶继续继续向右向右转动转动的的过过程中，程中，该该加速度的影响仍然存在。加速度的影响仍然存在。第三章第三章 第第 页页58进动方向的判断方法进动方向的判断方法通通过绘图过绘图判断右判断右转转螺旋螺旋桨桨的

23、方向的方向通通过过右手判断右右手判断右转转螺旋螺旋桨桨的方向的方向方法一：方法一：方法二：方法二：机机头转动头转动方向方向进动进动方向方向第三章第三章 第第 页页59 后三点式螺旋后三点式螺旋桨飞桨飞机，在起机，在起飞飞滑跑抬尾滑跑抬尾轮时轮时，受，受进进动动的影响的影响较为较为明明显显。进动的影响进动的影响举例：举例：第三章第三章 第第 页页60进动的影响进动的影响 后三点式螺旋后三点式螺旋桨飞桨飞机，在起机，在起飞飞滑跑滑跑阶阶段，受段，受进动进动的影响的影响较为较为明明显显。第三章第三章 第第 页页613.4.2 螺旋桨的反作用力矩螺旋桨的反作用力矩 右右转转螺旋螺旋桨飞桨飞机，在反作用

24、力矩作用下，会向左机，在反作用力矩作用下，会向左倾倾斜。斜。第三章第三章 第第 页页62在空中飞行时，反作用力矩有使飞机带坡度的趋势。在空中飞行时，反作用力矩有使飞机带坡度的趋势。加油门，桨叶空气动力增大，反作用力矩随之增大。加油门，桨叶空气动力增大，反作用力矩随之增大。减油门，减油门，桨桨叶空气叶空气动动力减小，反作用力矩随之减小。力减小，反作用力矩随之减小。反作用力矩反作用力矩对对空中空中飞飞行的影响行的影响螺旋螺旋桨转动桨转动方向方向反作用力矩方向反作用力矩方向第三章第三章 第第 页页63反作用力矩对地面滑跑的影响反作用力矩对地面滑跑的影响 在地面滑跑在地面滑跑时时，反作用力矩的作用使左

25、右两，反作用力矩的作用使左右两侧侧机机轮对轮对地面地面的的压压力不均，受到的摩擦阻力不同，使得机力不均，受到的摩擦阻力不同，使得机头头向一向一侧侧偏偏转转。反作用力矩反作用力矩N左左N右右偏偏转转力矩力矩F左左F右右第三章第三章 第第 页页64受螺旋桨作用，向后加速和扭转的气流叫螺旋桨滑流。受螺旋桨作用，向后加速和扭转的气流叫螺旋桨滑流。3.4.3 螺旋桨的滑流扭转作用螺旋桨的滑流扭转作用第三章第三章 第第 页页65螺旋桨滑流对飞机的扭转作用螺旋桨滑流对飞机的扭转作用 对对于右于右转转螺旋螺旋桨飞桨飞机，滑流的影响主要从左方作用机，滑流的影响主要从左方作用于机体和垂直尾翼，使得于机体和垂直尾翼

26、，使得飞飞机机机机头头向左向左侧侧偏偏转转。飞飞行速度越行速度越大，舵面效大，舵面效应应越越强强，偏，偏转转力力矩越大。矩越大。第三章第三章 第第 页页66加油门时滑流对俯仰平衡的影响加油门时滑流对俯仰平衡的影响油油门门增加增加滑流速度增加滑流速度增加偏偏转转力矩增加力矩增加附加空气附加空气动动力增加力增加上仰力矩增加上仰力矩增加V上仰力矩上仰力矩滑流速度增大滑流速度增大 RY尾尾第三章第三章 第第 页页67收油门时飞机会下俯收油门时飞机会下俯第三章第三章 第第 页页68C130的螺旋桨滑流的螺旋桨滑流第三章第三章 第第 页页69大迎角时，下行桨叶一侧产生拉力更大，使飞机向大迎角时，下行桨叶一侧产生拉力更大，使飞机向另一侧偏转。另一侧偏转。3.4.4 P-factor第三章第三章 第第 页页703.4.4 P-factor大迎角时，下行一侧的桨叶的桨叶迎角更大，产生大迎角时，下行一侧的桨叶的桨叶迎角更大，产生拉力更大，使飞机向另一侧偏转。拉力更大，使飞机向另一侧偏转。第三章第三章 第第 页页713.4.4 P-factor大迎角时，下行一侧的桨叶实际的气流速度更大。大迎角时，下行一侧的桨叶实际的气流速度更大。第三章第三章 第第 页页72 本章小结本章小结飞行原理飞行原理/CAFUCn拉力的拉力的变化化规律律n螺旋螺旋桨副作用副作用