飞行原理-03-v3.0.ppt

飞行原理/CAFUC,,螺旋桨的空气动力,,第三章,第三章 第 页,2,1903年，莱特兄弟所制飞机以一对木质螺旋桨来产生拉力第三章 第 页,3,螺旋桨的拉力是活塞式飞机和涡轮螺旋桨飞机前进的动力螺旋桨运作好坏直接影响拉力大小，而拉力大小又关系到飞机的飞行性能本章着重分析螺旋桨空气动力的产生及其变化规律，介绍螺旋桨的功率、效率及负拉力、副作用等问题第三章 第 页,4,本章主要内容,3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力 3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化 3.3 螺旋桨的有效功率和效率 3.4 螺旋桨的副作用,飞行原理/CAFUC,飞行原理/CAFUC,3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力,第三章 第 页,6,3.1.1 螺旋桨简介,螺旋桨的组成,第三章 第 页,7,桨叶平面形状,桨叶的平面形状很多，使用较多的有三种：,第三章 第 页,8,,,桨叶基本参数,螺旋桨直径 D,螺旋桨半径 R,剖面半径 r,相对半径 r/R,桨弦 b,,b,,,第三章 第 页,9,桨盘/旋转面,桨盘就是螺旋桨旋转面，即螺旋桨旋转所划的平面第三章 第 页,10,桨叶角 φ：桨弦和旋转面之间的夹角,桨叶基本参数,,第三章 第 页,11,定距螺旋桨与变距螺旋桨,桨叶角增大叫变高距或变大距。

桨叶角减小叫变低距或变小距现代飞机普遍使用自动变距螺旋桨桨叶角不能改变的螺旋桨叫定距螺旋桨 桨叶角能够改变的螺旋桨叫变距螺旋桨第三章 第 页,12,TB200螺旋桨外观,第三章 第 页,13,Cessna172 螺旋桨外观,第三章 第 页,14,Seminole 螺旋桨外观,第三章 第 页,15,夏延螺旋桨外观,第三章 第 页,16,飞行中，螺旋桨是一面旋转一面前进的螺旋桨剖面具有两个速度：一个是前进速度v,一个是圆周速度（切向速度）u3.1.2 螺旋桨的运动,右图为桨叶切面上某一点的运动轨迹第三章 第 页,17,相对进距λ,相对进距越大，合速度的方向偏离旋转面越多气流合速度,,其方向可用λ表示,w,,第三章 第 页,18,桨叶角 φ：桨弦和旋转面之间的夹角,桨叶迎角 α：桨弦和入流（即相对气流）之间的夹角,入流角 γ：入流和旋转面之间的夹角,桨叶基本参数,,,第三章 第 页,19,桨叶迎角α随桨叶角φ的变化,第三章 第 页,20,桨叶迎角α随飞行速度v的变化,在桨叶角和转速不变的情况下，桨叶迎角随飞行速度增大而减小，当飞行速度增大到一定程度，桨叶迎角可能减小到零，甚至变为负值。

第三章 第 页,21,桨叶迎角α随切向速度u的变化,在桨叶角和飞行速度不变的情况下，桨叶迎角随转速增大而增大，随转速减小而减小第三章 第 页,22,螺旋桨的几何扭转,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下图为没有进行几何扭转的螺旋桨工作时的情况第三章 第 页,23,螺旋桨的几何扭转示意图,第三章 第 页,24,,螺旋桨的几何扭转的效果,下图为进行了几何扭转的螺旋桨，可以看到从桨根到桨尖，桨叶角逐渐减小，以保证各切面迎角大致相等第三章 第 页,25,TB200螺旋桨的几何扭转,第三章 第 页,26,,3.1.3 螺旋桨拉力和旋转阻力的产生,叶素的空气动力,CR：叶素的空气动力系数,ds：叶素的面积,第三章 第 页,27,桨叶的空气动力及其分布,第三章 第 页,28,旋转阻力矩,螺旋桨各桨叶旋转阻力的作用点离桨轴有一段距离，其方向与桨叶的旋转方向相反，故形成阻碍螺旋桨旋转的力矩M阻旋转阻力矩M阻通常由发动机输出的旋转力矩M扭来平衡M阻>M扭，螺旋桨转速将会降低 M阻

总空气动力大小,总空气动力方向,拉力大小,第三章 第 页,33,变距机构的分类,3.2.1 螺旋桨的变距,变距的目的,人工变距，通过前推或后拉变距杆，改变桨叶角、桨叶迎角、旋转阻力的大小，从而调整转速快慢 自动变距，通过调速器自动调整桨叶角的大小，保持转速恒定不变人工变距机构，以变距杆为代表 自动变距机构，以调速器为代表,第三章 第 页,34,变距机构,第三章 第 页,35,Seminole 发动机控制,第三章 第 页,36,不同工况下的操作,油门杆 变距杆 混合比杆,第三章 第 页,37,,,3.2.2 螺旋桨拉力随飞行速度的变化,飞行速度增大，使得相对气流方向越发偏离旋转面，因此桨叶总空气动力R的方向也更加偏离桨轴第三章 第 页,38,螺旋桨飞机拉力随速度变化曲线,螺旋桨拉力随速度的增大而逐步减小第三章 第 页,39,,3.2.3 螺旋桨拉力随油门位置的变化,油门增加，螺旋桨转速增大调速器为了保持转速，自动增大桨叶角因此桨叶总空气动力R增大第三章 第 页,40,螺旋桨飞机不同油门位置下的拉力曲线,螺旋桨的拉力随油门的增大而逐步增加。

第三章 第 页,41,综合分析,,,,,开始加油门,加油门结束,,油门增加，转速不变，桨叶角增加，拉力增大速度还没有变化,,速度增大，转速不变，桨叶角增加，拉力减小，飞机阻力增加，升力也同时增加，需顶杆保持升力不变飞机处于稳定直线飞行的平衡状态，拉力等于阻力，升力等于重力P1 V1,P2 V2,P3 V3,P3 >P1 V1P3 V2

第三章 第 页,46,油门过小时负拉力的产生,油门减小，调速器为保持转速不变，会自动减小桨叶角但由于入流角短时间内保持不变，桨叶迎角逐渐减小，甚至成为负迎角第三章 第 页,47,发动机空中停车时负拉力的产生,发动机空中停车，调速器为保持转速不变，会自动减小桨叶角由于桨叶角和桨叶迎角均迅速减小，形成较大的负迎角，桨叶总空气动力R指向斜后方第三章 第 页,48,,空中停车后螺旋桨的自转（风车状态）,第三章 第 页,49,,顺桨的目的是将桨叶角增大到90度左右，桨叶几乎与飞行速度方向相平行，从而避免发动机的磨损，消除负拉力，减小阻力顺桨机构,第三章 第 页,50,顺桨的过程,第三章 第 页,51,顺桨完成,第三章 第 页,52,不同桨叶角下螺旋桨阻力,风车状态下螺旋桨阻力很大第三章 第 页,53,本章主要内容,3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力 3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化 3.3 螺旋桨的有效功率和效率 3.4 螺旋桨的副作用,飞行原理/CAFUC,飞行原理/CAFUC,3.3 螺旋桨的有效功率和效率,第三章 第 页,55,螺旋桨有效功率是影响螺旋桨飞机飞行性能好坏的因素之一。

螺旋桨效率则是衡量螺旋桨性能好坏的重要标志 因此，飞行员对什么是螺旋桨有效功率和效率、以及如何获得好的螺旋桨有效功率和效率应该有所了解第三章 第 页,56,,,3.3.1 螺旋桨的有效功率,螺旋桨产生拉力，拉着飞机前进，对飞机做功每秒钟内螺旋桨对飞机所做的功的多少就是螺旋桨的有效功率P —— 螺旋桨拉力，单位：牛顿 v —— 飞行速度，单位：米/秒,第三章 第 页,57,螺旋桨的有效功率随飞行速度的变化,,,小于某一飞行速度时，螺旋桨有效功率随速度增大而增大大于某一飞行速度时，螺旋桨有效功率随速度增大而减小第三章 第 页,58,螺旋桨的有效功率随不同油门位置的变化,,飞行高度和转速均不变的情况下，油门位置越大，发动机有效功率越大，螺旋桨有效功率随之增大第三章 第 页,59,涡轮增压式活塞发动机,额定高度：,能够获得需要进气压力的最高高度第三章 第 页,60,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螺旋桨的有效功率随不同高度的变化,,低于额定高度，随着高度增加，发动机有效功率增大，螺旋桨有效功率也增大。

超过额定高度，随着高度增加，发动机有效功率减小，螺旋桨有效功率也减小第三章 第 页,61,获得螺旋桨最大有效功率的方法,对于活塞式螺旋桨飞机，当高度和飞行速度一定的情况下，要想使螺旋桨有效功率尽可能大，在加油门的同时应当前推变距杆增大转速第三章 第 页,62,,3.3.2 螺旋桨的效率,螺旋桨的有效功率与发动机的有效功率之比，定义为螺旋桨的效率η,第三章 第 页,63,螺旋桨的效率η与相对进距λ的关系,在固定桨叶角的情况下，螺旋桨的效率在某一固定相对进距下达到最大第三章 第 页,64,螺旋桨的效率η与桨叶角φ的关系,,,,,相对进矩越大，对应较高效率的桨叶角也越大第三章 第 页,65,活塞式变距螺旋桨飞机，在使用额定转速和额定油门做大速度平飞时，螺旋桨效率最高获得螺旋桨最大效率的方法,在飞行速度减小时，收小油门、减小进气压力、后拉变距杆减小转速，以保持螺旋桨效率在飞行速度增大时，加大油门、增大进气压力、前推变距杆增大转速，以保持螺旋桨效率第三章 第 页,66,本章主要内容,3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力 3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化 3.3 螺旋桨的有效功率和效率 3.4 螺旋桨的副作用,飞行原理/CAFUC,飞行原理/CAFUC,3.4 螺旋桨的副作用,第三章 第 页,68,螺旋桨在工作中，一方面产生拉力，提供飞机的前进动力；另一方面还会产生一些对飞行不利的副作用。

进动 反作用力矩 滑流扭转作用 P-factor,第三章 第 页,69,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转动，还要绕另一个轴偏转，这种现象叫做进动3.4.1 螺旋桨的进动,机头上仰,向右进动,第三章 第 页,70,进动的产生机理,第三章 第 页,71,螺旋桨进动的产生,当机头上仰时，转动到上方的桨叶受到向后的作用力，产生向后的加速度在桨叶继续向右转动的过程中，该加速度的影响仍然存在。