螺旋桨的空气动力.ppt
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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
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