螺旋桨气动性能实验演示幻灯片
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船机桨工况配合特性ppt课件
4、柴油机特性概念： 柴油机工作参数（ Ni， Ne，ηi，ηe，gi， ge，Me等）和变量Pe、n
之间的函数关系为称柴油机的特性。
5、柴油机特性分类： 柴油机工作参数（ Ni， Ne，ηi，ηe，gi， ge，Me等）随转速 n和随平均 有效压力Pe而变化的规律分别叫做柴油机的速度特性、负荷特性、调速特性、 推进特性、万有特性、减额功率输出特性、限制特性等。
即 Ne 与 n成直线关系,如下图所示.
实际上有如下因素影响： （1）每循环进气量与n 有关； 2）热态状与n 有关； （3）指示效率的变化； （ 4）每循环喷油量也与n 有关。 因此 pe 是变化的。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
J1＜J2＜J3
Pp
J1
J2
J3
Pp Cpn3p
定螺矩螺旋桨的水动力特性
np1
np
不同 J 时的推进特性
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
B、柴油机推进特性
柴油机作为船舶主机带螺旋桨并按 P= Kn3 的规律变化的关系称 为柴油机的推进特性。
Q
C
Q
n
2 p
可得螺旋桨需要主机功
率：
Pp
Q
2
n
p
60
C
p
n
3 p
P p — 螺旋桨需要主机功率； C T K T D 4； C Q K Q D 5； C p 0 . 1047 C Q n p
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
之间的函数关系为称柴油机的特性。
5、柴油机特性分类： 柴油机工作参数（ Ni， Ne，ηi，ηe，gi， ge，Me等）随转速 n和随平均 有效压力Pe而变化的规律分别叫做柴油机的速度特性、负荷特性、调速特性、 推进特性、万有特性、减额功率输出特性、限制特性等。
即 Ne 与 n成直线关系,如下图所示.
实际上有如下因素影响： （1）每循环进气量与n 有关； 2）热态状与n 有关； （3）指示效率的变化； （ 4）每循环喷油量也与n 有关。 因此 pe 是变化的。
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
J1＜J2＜J3
Pp
J1
J2
J3
Pp Cpn3p
定螺矩螺旋桨的水动力特性
np1
np
不同 J 时的推进特性
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
B、柴油机推进特性
柴油机作为船舶主机带螺旋桨并按 P= Kn3 的规律变化的关系称 为柴油机的推进特性。
Q
C
Q
n
2 p
可得螺旋桨需要主机功
率：
Pp
Q
2
n
p
60
C
p
n
3 p
P p — 螺旋桨需要主机功率； C T K T D 4； C Q K Q D 5； C p 0 . 1047 C Q n p
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
螺旋桨基础理论ppt课件
进程hp与螺旋桨直径D 的比值称为 进速系数，以J 来表示，即
2 - 16
病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
螺旋桨水动力性能
由式(3-36)及式(3-37)，可得进速系数J与滑脱比s之间的 关系为
作用在桨叶上的力及力矩
式中：rh为桨毅半径． R 为螺旋桨半径。
式（3 一34 ）把螺旋桨的推力、转矩与流场及螺旋桨的 几何特征联系起来。因而比动量理论的结果要精密完整得 多。 当螺旋桨以进速vA和转速n 进行工作时，必须吸收主机所 供给的转矩Q 才能发出推力T ，其所作的有用功率为TVA ，而吸收的功率为2ПnQ ，故螺旋桨的效率为
2 -9
病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
作用在桨叶上的力及力矩
根据茹柯夫斯基升力公式，升元体上dr 段产生的升力 将式（3-28）代入式（3-27），并考虑到dD=єdL （є为
此种情况下螺旋桨产生负推力。螺旋桨不遭受旋转阻力时
旋转一周所前进的距离称为无转矩进程或无转矩螺距，并
以P2表示， 对于一定的螺旋桨而言，显然P2> P1> P ，船舶在航行时 ，螺旋桨必须产生向前的推力以克服船之阻力，才能使船
以一定的速度前进，故螺旋桨在实际操作时，其每转一周
前进的距离hp小于实效螺距P1 。实效螺距P1与进程hp之 差（P1-hp）称为实效滑脱，其与实效螺距P1的比值称为 实效2滑- 2脱0 比，以s1来表示，即
叶元体的阻升比），叶元体转矩dQ=rdF , 可得
2 - 16
病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
螺旋桨水动力性能
由式(3-36)及式(3-37)，可得进速系数J与滑脱比s之间的 关系为
作用在桨叶上的力及力矩
式中：rh为桨毅半径． R 为螺旋桨半径。
式（3 一34 ）把螺旋桨的推力、转矩与流场及螺旋桨的 几何特征联系起来。因而比动量理论的结果要精密完整得 多。 当螺旋桨以进速vA和转速n 进行工作时，必须吸收主机所 供给的转矩Q 才能发出推力T ，其所作的有用功率为TVA ，而吸收的功率为2ПnQ ，故螺旋桨的效率为
2 -9
病 原 体 侵 入 机体， 消弱机 体防御 机能， 破坏机 体内环 境的相 对稳定 性，且 在一定 部位生 长繁殖 ，引起 不同程 度的病 理生理 过程
作用在桨叶上的力及力矩
根据茹柯夫斯基升力公式，升元体上dr 段产生的升力 将式（3-28）代入式（3-27），并考虑到dD=єdL （є为
此种情况下螺旋桨产生负推力。螺旋桨不遭受旋转阻力时
旋转一周所前进的距离称为无转矩进程或无转矩螺距，并
以P2表示， 对于一定的螺旋桨而言，显然P2> P1> P ，船舶在航行时 ，螺旋桨必须产生向前的推力以克服船之阻力，才能使船
以一定的速度前进，故螺旋桨在实际操作时，其每转一周
前进的距离hp小于实效螺距P1 。实效螺距P1与进程hp之 差（P1-hp）称为实效滑脱，其与实效螺距P1的比值称为 实效2滑- 2脱0 比，以s1来表示，即
叶元体的阻升比），叶元体转矩dQ=rdF , 可得
可调螺距螺旋桨ppt课件
可调螺距螺旋桨
1
、概述
船舶推进螺旋桨（CPP）的早期是桨壳与桨叶铸成同一整体，螺旋桨的螺距 角是固定不变的。1908年SEFELE公司研究并制造了首台可变螺距螺旋桨， 它的桨叶与桨壳分开制造，桨叶用螺钉安装到桨壳上并能在桨壳上旋转。这 就是今天我们使用的可变螺距螺旋桨，简称变距桨，又称调距桨。 可变螺距螺旋桨的优良性能早在20世纪初就被人们所认识，但由于当时的生 产和科学技术水平的限制，并没有得到推广应用，直到上个世纪70年代中期 才得到迅速发展。现在，从特种船舶、军用舰艇到一般的远洋货轮，从中、 小功率到几万千瓦大功率的变距桨都已见使用，今后变距桨必须还会获得更 大的发展。
11
谢谢！
12
9
3.改善了船舶的操纵性能。有利于实现驾驶自动化。由于液压传动技术的运用， 使变距桨易于实现遥控，如需改变航速，只需要通过遥控装置来改变螺距角，便 可实现从零到最大航速之间的无级调速，并在主机不停车亦无需换向的情况下， 可以很容易地实现倒航。这一性能，为提高船舶的自动化程度和实现无人机舱提 供了极为有利的条件。 4.提高了船舶的机动性。如第一章柴油机特性中所述，采用定距桨的柴油主机， 其最低航速因受柴油机最低稳定转速的限制（一般为6-7节①）如果要使船舶以 超低速航行，就必须使主机断续地起动、停止，而一旦螺旋桨停转，就会失去舵 效，影响船舶操纵。在大型船舶通过复杂航道，或进出港时，通常是需要超低速 航行的，且又要有良好的舵效和机动性。采用变距桨，则可以在主机不停车的情 况下实现任意的超低速航行，而且在必要时还可以使桨交替地以正车或倒车工作 来保证舵效。此外，采用变距桨也改善了船舶的停船性能。据估算，一艘65000 吨，功率为18000马力的油轮，由17.6节到全停车，采用定距桨需要12分钟，而 采用变距桨仅需要6分50秒，停船距离也大大缩短。
1
、概述
船舶推进螺旋桨（CPP）的早期是桨壳与桨叶铸成同一整体，螺旋桨的螺距 角是固定不变的。1908年SEFELE公司研究并制造了首台可变螺距螺旋桨， 它的桨叶与桨壳分开制造，桨叶用螺钉安装到桨壳上并能在桨壳上旋转。这 就是今天我们使用的可变螺距螺旋桨，简称变距桨，又称调距桨。 可变螺距螺旋桨的优良性能早在20世纪初就被人们所认识，但由于当时的生 产和科学技术水平的限制，并没有得到推广应用，直到上个世纪70年代中期 才得到迅速发展。现在，从特种船舶、军用舰艇到一般的远洋货轮，从中、 小功率到几万千瓦大功率的变距桨都已见使用，今后变距桨必须还会获得更 大的发展。
11
谢谢！
12
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3.改善了船舶的操纵性能。有利于实现驾驶自动化。由于液压传动技术的运用， 使变距桨易于实现遥控，如需改变航速，只需要通过遥控装置来改变螺距角，便 可实现从零到最大航速之间的无级调速，并在主机不停车亦无需换向的情况下， 可以很容易地实现倒航。这一性能，为提高船舶的自动化程度和实现无人机舱提 供了极为有利的条件。 4.提高了船舶的机动性。如第一章柴油机特性中所述，采用定距桨的柴油主机， 其最低航速因受柴油机最低稳定转速的限制（一般为6-7节①）如果要使船舶以 超低速航行，就必须使主机断续地起动、停止，而一旦螺旋桨停转，就会失去舵 效，影响船舶操纵。在大型船舶通过复杂航道，或进出港时，通常是需要超低速 航行的，且又要有良好的舵效和机动性。采用变距桨，则可以在主机不停车的情 况下实现任意的超低速航行，而且在必要时还可以使桨交替地以正车或倒车工作 来保证舵效。此外，采用变距桨也改善了船舶的停船性能。据估算，一艘65000 吨，功率为18000马力的油轮，由17.6节到全停车，采用定距桨需要12分钟，而 采用变距桨仅需要6分50秒，停船距离也大大缩短。
螺旋桨的空气动力特性讲解
• •
面的切合向速速度度，U与以=前2Wπ进r表n速示度，所我合们成知的道速，度(，W称为U桨叶C切)，
如图 3—5—5所示。桨叶切面的相对气流速度，与此
• (二)前进比 • 桨叶切面合速度的方向；可用前进比( λ)来表示。前进比是飞
行速度同螺旋桨的转速与直径的两者乘积之比。可用下式表示。
合速度与桨弦方向之间的夹角，如图3—5—6所示。桨
叶迎角是随桨叶角、飞行速度和切向速度的改变而变化
的。
•
(一)桨叶迎角随桨叶角的变化；
•
如图3—5—6所示，当切向速度和飞行速度都一定
时，桨叶角增大，桨叶迎角也随之增大；桨叶角减小，
桨叶迎角也随之减小。
• （二）桨叶迎角随飞行速度的变化
• 如图3—5—7所示，在桨叶角和切向速度均不变的
旋桨的拉力减小，而旋转阻力力矩增大。
•
(四)桨叶切面合速度的影响
•
同飞行速度对机翼的升、阻力的影响一样，桨叶切面的合
速度增大，桨叶的空气动力也会变大，故螺旋桨的拉力和旋转
阻力力矩也都增加。反之，合速度减小，则拉力和旋转阻力力
矩都减小。
•
在飞行中，飞行员主要是通过改变螺旋桨转速的办法，来
改变合速度的大小。在其他因素不变的条件下，增大转速，切
• 桨叶的切面形状与翼型相似，前桨面的 弯曲度较大，后桨面的弯曲度较小，相当 于机翼的上表面和下表面，桨叶的切面形 状又称叶型。
• 桨叶切面的前缘与后缘的连线，叫做桨 弦(b)，或叫桨叶宽度：如图3—5—3所示。
• 桨弦与螺旋桨直径之比(b／D)，叫桨叶 相对宽度。
二.螺旋桨的运动 • 飞行中，螺旋桨一面旋转，一面前进。其运动特
于相邻桨叶之间的干扰，会使旋转阻力力矩增加的倍数
螺旋桨图谱设计PPT课件
的交点在图谱上读出：
η0 P/D
单 位 kn V1 kn VA1
N
BP1
δ1 D1 D﹡ δ﹡1
η01 (P/D
)
1
数 V2 VA2
N BP2
δ2 D2 D﹡ δ﹡2 η02 (P/D )
第98页/共65页
注意：
N —— 螺旋桨转速(rpm,即r／min)，
PD —— 螺旋桨敞水收到马力(hp)， VA —— 螺旋桨进速(kn)， D —— 螺旋桨直径(m).
ρ --- 为海水密度，取104.51 kgf·s2／m4
BP --- 功率系数 直径系数δ
NPD0.5 VA2.5
BP
33.30
1. 根据造船统计资料选择螺旋桨叶数 2. 螺旋桨叶数对推进性能的影响 3．综合考虑螺旋桨效率与空泡性能 4．螺旋桨叶数的选择与振动的关系
第321页/共65页
三、螺旋桨的直径
直径 ， 转速
效率
船舶吃水、尾框间隙
有限船舶直径
设计图谱
螺旋桨直径
船后间隙等因素
修正
第332页/共65页
常处于压载航行的船舶，宜采用直径较小的螺旋 桨，以照顾压载时的效率和避免叶梢露出水面。 从振动方面考虑，螺旋桨与船体间的间隙不宜过 小，否则可能引起严重振动。
第76页/共65页
一、AU型螺旋桨 设计图谱及其应 用
1. B-δ型设计 图谱的建立
AU5-50螺旋 桨敞水性征 曲线组
0.9
AU5-50
0.8
K T = T /ρn D2 4 K Q = Q/ρn2D 5
η0 = KTJ /2πKQ
0.7
J = V A/nD
0.6
K T , 10K Q
η0 P/D
单 位 kn V1 kn VA1
N
BP1
δ1 D1 D﹡ δ﹡1
η01 (P/D
)
1
数 V2 VA2
N BP2
δ2 D2 D﹡ δ﹡2 η02 (P/D )
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注意：
N —— 螺旋桨转速(rpm,即r／min)，
PD —— 螺旋桨敞水收到马力(hp)， VA —— 螺旋桨进速(kn)， D —— 螺旋桨直径(m).
ρ --- 为海水密度，取104.51 kgf·s2／m4
BP --- 功率系数 直径系数δ
NPD0.5 VA2.5
BP
33.30
1. 根据造船统计资料选择螺旋桨叶数 2. 螺旋桨叶数对推进性能的影响 3．综合考虑螺旋桨效率与空泡性能 4．螺旋桨叶数的选择与振动的关系
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三、螺旋桨的直径
直径 ， 转速
效率
船舶吃水、尾框间隙
有限船舶直径
设计图谱
螺旋桨直径
船后间隙等因素
修正
第332页/共65页
常处于压载航行的船舶，宜采用直径较小的螺旋 桨，以照顾压载时的效率和避免叶梢露出水面。 从振动方面考虑，螺旋桨与船体间的间隙不宜过 小，否则可能引起严重振动。
第76页/共65页
一、AU型螺旋桨 设计图谱及其应 用
1. B-δ型设计 图谱的建立
AU5-50螺旋 桨敞水性征 曲线组
0.9
AU5-50
0.8
K T = T /ρn D2 4 K Q = Q/ρn2D 5
η0 = KTJ /2πKQ
0.7
J = V A/nD
0.6
K T , 10K Q
船舶推进螺旋桨基础理论PPT课件
34
第34页/共42页
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
2、当转速不变，随进速的 增大，攻角随之减小，从而 力矩和推力也相应减小。
当进速的增大到某一数力大小相等方向相 反，故叶元体的推力等于零。
螺旋桨不发出推力时旋转一周所前进的 距离称为无推力进程或实效螺距 。
4、推力的另一种表达式：
轴向诱导速度越大， 推进器产生的推力也 越大。
9
第9页/共42页
船舶推进第二章 螺旋桨几何特征
六、理想推进器的效率
推进器的效率等于有效功率与消耗功率的比值 1、推进器在静水中航行时产生推力，则其有 效功率为：
2、推进器工作时，单位时间内尾流所取得的 能量为：
10
第10页/共42页
也就是说，有限翼展的机翼微段相当于二因次 机冀，故机翼微段将受到与VR垂直的升力dL和 与VR方向一致的粘性阻力dD。
26
第26页/共42页
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
三、螺旋桨的作用力
27
第27页/共42页
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
上式把螺旋桨的推力、转矩与流场及螺旋桨的 几何特征联系起来，因而比动量理论的结果要 精密完整得多。
24
第24页/共42页
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
由于自由涡的存在，在空间产生一个诱导速 度场。在机冀后缘处，诱导速度垂直于运动 方向，故也称下洗速度。
25
第25页/共42页
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
考虑了尾涡的诱导速度后，我们可以将有限翼 展的机翼微段近似地看作二元机冀的一段，如 果已知在y处的环量，从茹柯夫斯基升力公式 可知，dy段机翼所受的升力dL垂直于来流VR， 其大小为：
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
第34页/共42页
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
2、当转速不变，随进速的 增大，攻角随之减小，从而 力矩和推力也相应减小。
当进速的增大到某一数力大小相等方向相 反，故叶元体的推力等于零。
螺旋桨不发出推力时旋转一周所前进的 距离称为无推力进程或实效螺距 。
4、推力的另一种表达式：
轴向诱导速度越大， 推进器产生的推力也 越大。
9
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船舶推进第二章 螺旋桨几何特征
六、理想推进器的效率
推进器的效率等于有效功率与消耗功率的比值 1、推进器在静水中航行时产生推力，则其有 效功率为：
2、推进器工作时，单位时间内尾流所取得的 能量为：
10
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也就是说，有限翼展的机翼微段相当于二因次 机冀，故机翼微段将受到与VR垂直的升力dL和 与VR方向一致的粘性阻力dD。
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船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
三、螺旋桨的作用力
27
第27页/共42页
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
上式把螺旋桨的推力、转矩与流场及螺旋桨的 几何特征联系起来，因而比动量理论的结果要 精密完整得多。
24
第24页/共42页
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
由于自由涡的存在，在空间产生一个诱导速 度场。在机冀后缘处，诱导速度垂直于运动 方向，故也称下洗速度。
25
第25页/共42页
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
考虑了尾涡的诱导速度后，我们可以将有限翼 展的机翼微段近似地看作二元机冀的一段，如 果已知在y处的环量，从茹柯夫斯基升力公式 可知，dy段机翼所受的升力dL垂直于来流VR， 其大小为：
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
螺旋桨气动性能实验
▼螺旋桨模型可由精制加压木材，镁、铝轻金属， 钢及复合材料等制作。材料的选择主要取决于模 型螺旋桨的转速ns、直径D及气流速压。低速风洞 ：气流速压小，当ns和D小时，可选择木材；当ns 和D较大时，可选择镁、铝合金。本文螺旋桨模 型选用木材。
▼全尺寸螺旋桨是柔性的，缩尺模型不可能做成与 实物结构刚度相似，而是将其做成刚体，其型面 可按在飞机巡航状态的外载荷下全尺寸螺旋桨变 形后的外形来加工。
实验目的
单独螺旋桨的气动特性实验是对于给定 的螺旋桨（螺旋桨的直径、桨叶剖面形 状（叶型）及其配置平面形状及实度等） 几何参数）测定气动参数，分析气动性 能。
相似参数
在螺旋桨的气动试验中，如果缩尺模型和全尺寸模型的绕流流场 能保证力学相似，则模型的气动力特性就能正确反映实物流场的 特性。保证流场力学相似首先必须以绕流物的几何相似及流动方 位角相同为前提。所以在螺旋桨试验中，必须保持模型和实物远 前方来流和螺旋桨转轴之间的夹角，以及桨叶上各对应截面的桨 叶角分别相同。除了这两个基本条件外，通过量纲分析就可以得 到一些启示来达到螺旋桨模型与实物的流场力学相似。 对形状一定的螺旋桨，其气动力特性(如拉力T、扭矩Q、功率P以
V n sD
CT
T n2D
4
CQ
Q n2D
5
CP
P n3D
5
2 Q n2D
5
2
CQ
TV CT P CP
4. 改变螺旋桨桨叶安装角，按照相同的方法 测出不同实验风速下的拉力系数等气动参 数
实验设备
1. 驱动装置一般采用变频交流电机；螺旋桨的转速通常采用光栅电子计 数器计量。
2. 稳速压控制系统与数据采集系统： 实验风速使用稳速压控制系统控制，该系统是在风洞直流调节装置双 闭环系统的基础上，增加一个速压闭环系统，并用PSI8400系统进行 实时校准。 数据采集系统使用美国PSI公司的PSI8400电子扫描阀，天平测力实验 使用模拟量通道。
螺旋桨基础理论分解课件
相似参数
螺旋桨的相似参数包括桨叶角、螺距比、转速、雷诺数等，这些参 数在相似理论中起着重要作用。
相似定理
根据相似理论，可以通过改变螺旋桨的相似参数来研究其性能变化规 律，从而实现对实尺度螺旋桨性能的预测。
螺旋桨的尺度效应及其影响
定义及内涵
螺旋桨的尺度效应是指螺旋桨的性能随其尺寸变化而变化的现象。当螺旋桨的尺寸增大或 减小时，其周围的流场、湍流度、粘性等也会发生变化，从而影响螺旋桨的性能。
01
采用主动流动控制技术，如涡流 发生器、射流控制等，对螺旋桨 叶尖涡进行主动干预，提高螺旋 桨失速性能。
02
通过以上改进措施，可以有效提 高螺旋桨的空化和失速性能，保 证螺旋桨在各种工况下的稳定工作。
05
螺旋桨的相似理论与尺度效应
螺旋桨的相似理论
相似定 义
螺旋桨的相似理论基于流体力学的相似原理，即两个螺旋桨在几何 形状、运动状态、动力特性等方面完全相似，则它们的性能也将相 似。
• 试验设计与执行：在进行螺旋桨模型试验时，需要选择合适的模型尺寸、试验 设备等，并精确控制试验条件，以获得准确的试验数据。
• 数据处理与误差分析：对试验数据进行处理时，需要考虑各种误差来源，如测 量误差、环境干扰等，并采取合适的误差分析方法，以提高数据的可靠性。
• 换算方法与公式：为了实现螺旋桨模型试验数据与实尺度性能的换算，可以采 用相似的换算公式或方法。这些方法通常基于相似理论和尺度效应的研究成果， 通过调整相关参数来实现换算。换算过程中需要注意单位统一和适用范围。
形状优化
通过参数化建模和CFD评 估，可以对螺旋桨的叶型、 弦长、扭角等参数进行优 化，以寻求最佳性能。
控制策略优化
考虑螺旋桨与飞行器的相 互作用，CFD可用于优化 控制策略，如变速、变距等。
螺旋桨的相似参数包括桨叶角、螺距比、转速、雷诺数等，这些参 数在相似理论中起着重要作用。
相似定理
根据相似理论，可以通过改变螺旋桨的相似参数来研究其性能变化规 律，从而实现对实尺度螺旋桨性能的预测。
螺旋桨的尺度效应及其影响
定义及内涵
螺旋桨的尺度效应是指螺旋桨的性能随其尺寸变化而变化的现象。当螺旋桨的尺寸增大或 减小时，其周围的流场、湍流度、粘性等也会发生变化，从而影响螺旋桨的性能。
01
采用主动流动控制技术，如涡流 发生器、射流控制等，对螺旋桨 叶尖涡进行主动干预，提高螺旋 桨失速性能。
02
通过以上改进措施，可以有效提 高螺旋桨的空化和失速性能，保 证螺旋桨在各种工况下的稳定工作。
05
螺旋桨的相似理论与尺度效应
螺旋桨的相似理论
相似定 义
螺旋桨的相似理论基于流体力学的相似原理，即两个螺旋桨在几何 形状、运动状态、动力特性等方面完全相似，则它们的性能也将相 似。
• 试验设计与执行：在进行螺旋桨模型试验时，需要选择合适的模型尺寸、试验 设备等，并精确控制试验条件，以获得准确的试验数据。
• 数据处理与误差分析：对试验数据进行处理时，需要考虑各种误差来源，如测 量误差、环境干扰等，并采取合适的误差分析方法，以提高数据的可靠性。
• 换算方法与公式：为了实现螺旋桨模型试验数据与实尺度性能的换算，可以采 用相似的换算公式或方法。这些方法通常基于相似理论和尺度效应的研究成果， 通过调整相关参数来实现换算。换算过程中需要注意单位统一和适用范围。
形状优化
通过参数化建模和CFD评 估，可以对螺旋桨的叶型、 弦长、扭角等参数进行优 化，以寻求最佳性能。
控制策略优化
考虑螺旋桨与飞行器的相 互作用，CFD可用于优化 控制策略，如变速、变距等。
螺旋桨的水动力性能-PPT课件
nP1 nP2
dL
LT dD dDT
螺旋桨不遭受旋转阻力时 dL旋A 转一周所前进的距离称为
无转矩进程或无转距螺距， 并以P2表示。
对于一定ωr的螺旋桨而言，显 然dDAP2＞P1＞P。
(b)
dDT
dDA dD
dLT dL
ωr
(c)
船舶在航行时，螺旋桨必须产生向前的推力以克服船之阻力， 才能使船以一定的速度前进，故螺旋桨在实际操作时，其每转一 周前进的距离hp小于实效螺距P1。
α′K θ
2πr
滑 脱
P hp
2、滑脱：螺距P和进程hp之差(P-hp)称为滑脱。 3、滑脱比S：滑脱(P-hP)与螺距P的比值。
s P hP 1 hP 1 VA
P
P Pn
α′K θ
2πr
滑 脱
P hp
4、进速系数J：进程hP与螺旋桨直径D的比值。
J hP VA P (1 s) D nD D
但在这种情况下，叶元体仍遭受旋转阻力（所讨论的叶元体 应该是表征螺旋桨性能的叶元体，因为在各不同半径处叶元体的 来流攻角是不一样的）。
nP1
螺旋桨在不发生推 dL
力时旋转一周所前进的 距离称为无推力进程或 实效dD螺距，并ω以r P1来表 示。
(a)
dL
dLA
dLT
dD dDT
ωr dDA
(b)
4、若VA(也即J值)再增至某一数值时，螺旋桨不遭受旋转阻 力，其实质乃是升力dL及阻力dD在周向的分力大小相等方向相反， 故旋转阻力等于零。但在此种情况下螺旋桨产生负推力。
在螺距P一定的情况下，
若不考虑诱导速度，则滑脱
比S的大小即标志着攻角αK的
滑 脱
桨叶的几何参数PPT课件
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
M
1 2
CM
Sl
2
式中 l－－弦长。
（2－19）
因此，作用在桨叶截面上的气动力可表示为
升力、阻力、变距力矩三部分。
对于各个攻角值，存在某一特别的点C，该点的
气动力矩为零，称为压力中心。于是，作用在桨 叶截面上的气动力可表示为作用在压力中心上的 升力和阻力。压力中心于前缘点之间的位置可用 比值CP确定。
又汇合成两个
大涡流，卷相
叶尖内侧。
其后果便是，造成阻力增加，引起一诱导阻
力
Fdi
1 2
Cdi S
2
上述阻力系数变为：
(2-21)
Cd Cdo Cdl
（2－22）
式中，Cdo－－无限翼展的阻力系数。 为得到同一的升力，攻角必须增加一个量φ，
故获得同样升力的新攻角为
i i0
（2－23）
有流体力学可知，当环量呈椭圆分布时， Cdi
第二节 桨叶的几何参数和空气动力特性
无论风力机的型式如何，桨叶都是至关重要的 部件。为了很好地理解它在控制能量转换中的作 用，必须知道某些空气动力学的基本知识。
先研究一静止的叶片，其承受的风速为ν，假 定风速方向与叶片横截面平行。
一、 翼 型 的 几 何 参 数 和 气 流 角
二、作用在运动桨叶是的气动力
谢谢大家
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It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
M
1 2
CM
Sl
2
式中 l－－弦长。
（2－19）
因此，作用在桨叶截面上的气动力可表示为
升力、阻力、变距力矩三部分。
对于各个攻角值，存在某一特别的点C，该点的
气动力矩为零，称为压力中心。于是，作用在桨 叶截面上的气动力可表示为作用在压力中心上的 升力和阻力。压力中心于前缘点之间的位置可用 比值CP确定。
又汇合成两个
大涡流，卷相
叶尖内侧。
其后果便是，造成阻力增加，引起一诱导阻
力
Fdi
1 2
Cdi S
2
上述阻力系数变为：
(2-21)
Cd Cdo Cdl
（2－22）
式中，Cdo－－无限翼展的阻力系数。 为得到同一的升力，攻角必须增加一个量φ，
故获得同样升力的新攻角为
i i0
（2－23）
有流体力学可知，当环量呈椭圆分布时， Cdi
第二节 桨叶的几何参数和空气动力特性
无论风力机的型式如何，桨叶都是至关重要的 部件。为了很好地理解它在控制能量转换中的作 用，必须知道某些空气动力学的基本知识。
先研究一静止的叶片，其承受的风速为ν，假 定风速方向与叶片横截面平行。
一、 翼 型 的 几 何 参 数 和 气 流 角
二、作用在运动桨叶是的气动力
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4
T =f (D ,n s ,V , , , a,.......) 取 D ,V ,为 基 本 量 ， 由 定 理 得
CT f ( ,Re, M a) 其中
CT=
T
n
2 s
D
4
V nsD
Re
V b 0.7
(
b
为
0 .7
桨
叶
上
相
对
半
径
等
于
7
0
%
处
截
面
上
的
弦
长
)
Ma V a
Hale Waihona Puke 同 理 可 得 ： CQ f ( ,Re, M a)
2 7 .8 2 7 .8 1200 * 4 nm *1
nm 4800r / m in
此
时
模
型
R em
V b 0.7
Res/ 4
0 .5 * 1 0 6
已 进 入 自 准 区 。 如 果 模 型 Re未 进 入 自 准 区 ，
适 当 调 整 实 验 风 速 ， 兼 顾 M a和 Re。
13
3. 对于某一给定的安装角，在不同的实验风速（对应不 同的前进比）下，用天平测定模型螺旋桨的拉力及扭 矩。用下式计算出前进比、拉力系数、扭矩系数、功 率系数及螺旋桨效率。
2
实验目的
单独螺旋桨的气动特性实验是对于给定 的螺旋桨（螺旋桨的直径、桨叶剖面形 状（叶型）及其配置平面形状及实度等） 几何参数）测定气动参数，分析气动性 能。
3
相似参数
在螺旋桨的气动试验中，如果缩尺模型和全尺寸模型的绕流流场 能保证力学相似，则模型的气动力特性就能正确反映实物流场的 特性。保证流场力学相似首先必须以绕流物的几何相似及流动方 位角相同为前提。所以在螺旋桨试验中，必须保持模型和实物远 前方来流和螺旋桨转轴之间的夹角，以及桨叶上各对应截面的桨 叶角分别相同。除了这两个基本条件外，通过量纲分析就可以得 到一些启示来达到螺旋桨模型与实物的流场力学相似。 对形状一定的螺旋桨，其气动力特性(如拉力T、扭矩Q、功率P以 及效率 )主要取决于下列因素:直径D、转速ns、螺旋桨的前进速 度V、大气环境的空气密度 、空气粘性系数 。于是可以写出下 列表达式:
螺旋桨气动性能实验
王静静 杨茵 钟敏
1
螺旋桨简介及其研究背景
虽然航空推进技术早已进入喷气时代，但是在航空发展 史上起着重要作用并产生拉力的气动部件--螺旋桨并没有退 出这个领域。目前世界上多数支线飞机、通用航空飞机和我 国研制的几乎所有民用飞机，尤其是我国的多数无人机仍采 用螺旋桨作为拉力部件。螺旋桨 的 性能计算是螺旋桨设计和 应用中最重用的部分，而在进行新的螺旋桨的设计和性能测 定的时候，需要经过大量的实验来验证理论设计结果。初看 起来，螺旋桨的气动实验最好用全尺寸桨在实际飞行现场中 进行。这样就能直接测出真实飞行状态下的性能数据。但这 是不现实也是不必要的。且不说空中现场试验受到安全性、 经济性以及测试精度等的限制。往往还要求在全尺寸桨造出 前就预测其性能，当然亦就无法进行实物试验。目前国内外 绝大多数螺旋桨开发性研究都先用缩尺模型在风洞中进行， 既方便又经济。
拉力系数 扭矩系数 效率 参考文献 0.0329 0.0022 0.824
8
风洞： 实验准备模拟低速螺旋桨实验，选用西北 工业大学NF-3风洞螺旋桨实验段，横截面 为 正 八 角 形 ， 对 边 距 离 2.2m ， 实 验 段 长 4.8m ， 实 验 最 大 风 速 145m/s ， 湍 流 度 ≦0.08%
2. 稳速压控制系统与数据采集系统： 实验风速使用稳速压控制系统控制，该系统是在风洞直流调节装置双 闭环系统的基础上，增加一个速压闭环系统，并用PSI8400系统进行 实时校准。 数据采集系统使用美国PSI公司的PSI8400电子扫描阀，天平测力实验 使用模拟量通道。
17
3.气动力测力天平：
T=CTns2D4
Q=CQns2D5
以巡航状态为例 T 0.0329*1.25*(4800/ 60)2 *14 263.2N Q 0.0022*1.25*(4800/ 60)2 *15 17.6Nm 因此可选二分量天平，T,Q的量程分别为 300,20 但实际上应计算出各飞行状态下的T,Q， 找出最大值，根据最大值选择天平。
10
▼螺旋桨模型可由精制加压木材，镁、铝轻金属， 钢及复合材料等制作。材料的选择主要取决于模 型螺旋桨的转速ns、直径D及气流速压。低速风洞 ：气流速压小，当ns和D小时，可选择木材；当ns 和D较大时，可选择镁、铝合金。本文螺旋桨模 型选用木材。
▼全尺寸螺旋桨是柔性的，缩尺模型不可能做成与 实物结构刚度相似，而是将其做成刚体，其型面 可按在飞机巡航状态的外载荷下全尺寸螺旋桨变 形后的外形来加工。
9
模型
▼单独螺旋桨实验，为了减少洞壁干扰，其直径一 般不大于风洞实验段当量直径的50%（在开口风 洞中模型可稍大一些）。螺旋桨模型的桨叶翼型 前后缘半径按统一的缩尺比例缩小后，通常尺寸 很小，无法加工，这时，允许适当放大。由于本 文选择西北工业大学NF-3风洞螺旋桨实验段，所 以最大直径不能大于1.1m,模型缩比≦1：4。
14
V n sD
CT
T n2D
4
CQ
Q n2D
5
CP
P n3D
5
2 Q n2D
5
2 C Q
TV CT
P CP
15
4. 改变螺旋桨桨叶安装角，按照相同的方法 测出不同实验风速下的拉力系数等气动参 数
16
实验设备
1. 驱动装置一般采用变频交流电机；螺旋桨的转速通常采用光栅电子计 数器计量。
11
实验步骤
1. 起飞，选定模拟飞行状态 2. 爬升，平飞，顺桨，自转等状态。
2. 确定实验风速
3.
根据运动相似和动力相似要求即模型实验和实
物螺旋桨飞行的前进比相等，算得各飞行状态下
的实验风速。
4.
如巡航状态下，有
12
如果完全模拟前进比和马赫数，
计算实验模型所需的转速
由 VS Vm 得 nsD S nmDm
5
• 由以上分析知:对几何形状相似，又安装角相同的 螺旋桨，其拉力系数和扭矩系数并不直接取决于 V、D、ns 、 、 等个别参数，它取决于 、Re 、M这些组合参数(严格来说，还有气流紊流度、 螺旋桨表面粗糙度等等)。通常这些组合参数就称 为相似参数。
6
前进比的物理解释
7
实验对象
选择实验模型，其直径为4m, 巡航时转速为1200r/m，来流 速度为27.8m/s，桨叶数3，发动机功率N=200ch(以马力计) 。 翼形:ARA-D 雷诺数2.0e6
T =f (D ,n s ,V , , , a,.......) 取 D ,V ,为 基 本 量 ， 由 定 理 得
CT f ( ,Re, M a) 其中
CT=
T
n
2 s
D
4
V nsD
Re
V b 0.7
(
b
为
0 .7
桨
叶
上
相
对
半
径
等
于
7
0
%
处
截
面
上
的
弦
长
)
Ma V a
Hale Waihona Puke 同 理 可 得 ： CQ f ( ,Re, M a)
2 7 .8 2 7 .8 1200 * 4 nm *1
nm 4800r / m in
此
时
模
型
R em
V b 0.7
Res/ 4
0 .5 * 1 0 6
已 进 入 自 准 区 。 如 果 模 型 Re未 进 入 自 准 区 ，
适 当 调 整 实 验 风 速 ， 兼 顾 M a和 Re。
13
3. 对于某一给定的安装角，在不同的实验风速（对应不 同的前进比）下，用天平测定模型螺旋桨的拉力及扭 矩。用下式计算出前进比、拉力系数、扭矩系数、功 率系数及螺旋桨效率。
2
实验目的
单独螺旋桨的气动特性实验是对于给定 的螺旋桨（螺旋桨的直径、桨叶剖面形 状（叶型）及其配置平面形状及实度等） 几何参数）测定气动参数，分析气动性 能。
3
相似参数
在螺旋桨的气动试验中，如果缩尺模型和全尺寸模型的绕流流场 能保证力学相似，则模型的气动力特性就能正确反映实物流场的 特性。保证流场力学相似首先必须以绕流物的几何相似及流动方 位角相同为前提。所以在螺旋桨试验中，必须保持模型和实物远 前方来流和螺旋桨转轴之间的夹角，以及桨叶上各对应截面的桨 叶角分别相同。除了这两个基本条件外，通过量纲分析就可以得 到一些启示来达到螺旋桨模型与实物的流场力学相似。 对形状一定的螺旋桨，其气动力特性(如拉力T、扭矩Q、功率P以 及效率 )主要取决于下列因素:直径D、转速ns、螺旋桨的前进速 度V、大气环境的空气密度 、空气粘性系数 。于是可以写出下 列表达式:
螺旋桨气动性能实验
王静静 杨茵 钟敏
1
螺旋桨简介及其研究背景
虽然航空推进技术早已进入喷气时代，但是在航空发展 史上起着重要作用并产生拉力的气动部件--螺旋桨并没有退 出这个领域。目前世界上多数支线飞机、通用航空飞机和我 国研制的几乎所有民用飞机，尤其是我国的多数无人机仍采 用螺旋桨作为拉力部件。螺旋桨 的 性能计算是螺旋桨设计和 应用中最重用的部分，而在进行新的螺旋桨的设计和性能测 定的时候，需要经过大量的实验来验证理论设计结果。初看 起来，螺旋桨的气动实验最好用全尺寸桨在实际飞行现场中 进行。这样就能直接测出真实飞行状态下的性能数据。但这 是不现实也是不必要的。且不说空中现场试验受到安全性、 经济性以及测试精度等的限制。往往还要求在全尺寸桨造出 前就预测其性能，当然亦就无法进行实物试验。目前国内外 绝大多数螺旋桨开发性研究都先用缩尺模型在风洞中进行， 既方便又经济。
拉力系数 扭矩系数 效率 参考文献 0.0329 0.0022 0.824
8
风洞： 实验准备模拟低速螺旋桨实验，选用西北 工业大学NF-3风洞螺旋桨实验段，横截面 为 正 八 角 形 ， 对 边 距 离 2.2m ， 实 验 段 长 4.8m ， 实 验 最 大 风 速 145m/s ， 湍 流 度 ≦0.08%
2. 稳速压控制系统与数据采集系统： 实验风速使用稳速压控制系统控制，该系统是在风洞直流调节装置双 闭环系统的基础上，增加一个速压闭环系统，并用PSI8400系统进行 实时校准。 数据采集系统使用美国PSI公司的PSI8400电子扫描阀，天平测力实验 使用模拟量通道。
17
3.气动力测力天平：
T=CTns2D4
Q=CQns2D5
以巡航状态为例 T 0.0329*1.25*(4800/ 60)2 *14 263.2N Q 0.0022*1.25*(4800/ 60)2 *15 17.6Nm 因此可选二分量天平，T,Q的量程分别为 300,20 但实际上应计算出各飞行状态下的T,Q， 找出最大值，根据最大值选择天平。
10
▼螺旋桨模型可由精制加压木材，镁、铝轻金属， 钢及复合材料等制作。材料的选择主要取决于模 型螺旋桨的转速ns、直径D及气流速压。低速风洞 ：气流速压小，当ns和D小时，可选择木材；当ns 和D较大时，可选择镁、铝合金。本文螺旋桨模 型选用木材。
▼全尺寸螺旋桨是柔性的，缩尺模型不可能做成与 实物结构刚度相似，而是将其做成刚体，其型面 可按在飞机巡航状态的外载荷下全尺寸螺旋桨变 形后的外形来加工。
9
模型
▼单独螺旋桨实验，为了减少洞壁干扰，其直径一 般不大于风洞实验段当量直径的50%（在开口风 洞中模型可稍大一些）。螺旋桨模型的桨叶翼型 前后缘半径按统一的缩尺比例缩小后，通常尺寸 很小，无法加工，这时，允许适当放大。由于本 文选择西北工业大学NF-3风洞螺旋桨实验段，所 以最大直径不能大于1.1m,模型缩比≦1：4。
14
V n sD
CT
T n2D
4
CQ
Q n2D
5
CP
P n3D
5
2 Q n2D
5
2 C Q
TV CT
P CP
15
4. 改变螺旋桨桨叶安装角，按照相同的方法 测出不同实验风速下的拉力系数等气动参 数
16
实验设备
1. 驱动装置一般采用变频交流电机；螺旋桨的转速通常采用光栅电子计 数器计量。
11
实验步骤
1. 起飞，选定模拟飞行状态 2. 爬升，平飞，顺桨，自转等状态。
2. 确定实验风速
3.
根据运动相似和动力相似要求即模型实验和实
物螺旋桨飞行的前进比相等，算得各飞行状态下
的实验风速。
4.
如巡航状态下，有
12
如果完全模拟前进比和马赫数，
计算实验模型所需的转速
由 VS Vm 得 nsD S nmDm
5
• 由以上分析知:对几何形状相似，又安装角相同的 螺旋桨，其拉力系数和扭矩系数并不直接取决于 V、D、ns 、 、 等个别参数，它取决于 、Re 、M这些组合参数(严格来说，还有气流紊流度、 螺旋桨表面粗糙度等等)。通常这些组合参数就称 为相似参数。
6
前进比的物理解释
7
实验对象
选择实验模型，其直径为4m, 巡航时转速为1200r/m，来流 速度为27.8m/s，桨叶数3，发动机功率N=200ch(以马力计) 。 翼形:ARA-D 雷诺数2.0e6