螺旋桨基础理论分解
第三章螺旋桨基础理论及水动力特性(精)
第三章螺旋桨基础理论及水动力特性关于使用螺旋桨作为船舶推进器的思想很早就已确立，各国发明家先后提出过很多螺旋推进器的设计。
在长期的实践过程中，螺旋桨的形状不断改善。
自十九世纪后期，各国科学家与工程师提出多种关于推进器的理论，早期的推进器理论大致可分为两派。
其中一派认为：螺旋桨之推力乃因其工作时使水产生动量变化所致，所以可通过水之动量变更率来计算推力，此类理论可称为动量理论。
另一派则注重螺旋桨每一叶元体所受之力，据以计算整个螺旋桨的推力和转矩，此类理论可称为叶元体理论。
它们彼此不相关联，又各能自圆其说，对于解释螺旋桨性能各有其便利处，然亦各有其缺点。
其后，流体力学中的机翼理论应用于螺旋桨，解释叶元体的受力与水之速度变更关系，将上述两派理论联系起来而发展成螺旋桨环流理论。
从环流理论模型的建立至今已有六十多年的历史，在不断发展的基础上已日趋完善。
尤其近二十年来，由于电子计算机的发展和应用，使繁复的理论计算得以实现，并促使其不断完善。
虽然动量理论中忽略的因素过多，所得到的结果与实际情况有一定距离，但这个理论能简略地说明推进器产生推力的原因，某些结论有一定的实际意义，故在本章中先对此种理论作必要介绍，再用螺旋桨环流理论的观点分析作用在桨叶上的力和力矩，并阐明螺旋桨工作的水动力特性。
至于对环流理论的进一步探讨，将在第十二章中再行介绍。
§3-1 理想推进器理论一、理想推进器的概念和力学模型推进器一般都是依靠拨水向后来产生推力的，而水流受到推进器的作用获得与推力方向相反的附加速度(通常称为诱导速度)。
显然推进器的作用力与其所形成的水流情况密切有关。
因而我们可以应用流体力学中的动量定理，研究推进器所形成的流动图案来求得它的水动力性能。
为了使问题简单起见，假定：（1）推进器为一轴向尺度趋于零，水可自由通过的盘，此盘可以拨水向后称为鼓动盘(具有吸收外来功率并推水向后的功能)。
（2）水流速度和压力在盘面上均匀分布。
航模螺旋桨基础知识1
航模螺旋桨基础知识1 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN一、工作原理二、可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。
流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。
在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。
V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。
显而易见β＝α+φ。
三、空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。
ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。
将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。
四、从以上两图还可以看到。
必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。
螺旋桨工作时。
轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。
因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。
而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。
螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。
所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。
五、从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。
对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。
迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。
用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。
式中D—螺旋桨直径。
理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算：六、T=Ctρn2D4七、P=Cpρn3D5八、η=J·Ct/Cp九、式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。
其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。
螺旋桨推力计算模型根据船舶原理知通过资料
螺旋桨推力计算模型根据船舶原理知通过资料螺旋桨是船舶的主要推进器件，它的淌水特性对船舶的推力性能具有重要影响。
螺旋桨推力计算模型可以根据船舶原理和相关资料提供有效的推力计算方法。
本文将从螺旋桨的基本原理、淌水特性以及推力计算模型等方面进行详细介绍。
一、螺旋桨的基本原理螺旋桨是船舶的主要推进器件，它由一系列螺旋线形成。
当螺旋桨旋转时，水流会被螺旋桨叶片推动并产生一定的反作用力，从而推进船舶前进。
螺旋桨的推力主要来自两个方面：剪切推力和反作用推力。
剪切推力是由于螺旋桨叶片在水中剪切水流所产生的，它与螺旋桨叶片弯曲及鼓波等因素有关；反作用推力是由于螺旋桨旋转所产生的反作用力，它与螺旋桨推进转速、直径和旋转方向等因素有关。
二、螺旋桨的淌水特性1.淌水流场螺旋桨在淌水过程中，会形成一定的淌水流场。
这个流场受到螺旋桨叶片形状、转速和船舶运动速度等因素的影响，它对螺旋桨推力的大小和方向有重要影响。
2.淌水损失由于螺旋桨叶片与水之间存在一定的摩擦和阻力，螺旋桨在淌水过程中会产生一定的淌水损失。
淌水损失会降低螺旋桨的效率，因此需要通过推力计算模型来准确估计淌水损失。
3.淌水性能参数为了描述螺旋桨的推力性能，可以引入一些淌水性能参数，如推力系数、功率系数和效率等。
这些参数可以通过实验和理论模型来确定，从而有效评估螺旋桨的推力性能。
三、螺旋桨推力计算模型为了准确计算螺旋桨的推力，研究者们提出了不同的推力计算模型。
这些模型主要基于流体动力学原理和大量实验资料，可以较为准确地估计螺旋桨的淌水特性和推力性能。
推力计算模型可以通过以下几个步骤进行：1.确定船舶参数首先，需要确定船舶的一些参数，如船舶的船体形状、质量、速度和运动状态等。
这些参数将用于计算螺旋桨的推力。
2.建立淌水流场模型根据螺旋桨叶片形状和转速等参数，可以建立螺旋桨的淌水流场模型。
这个模型可以通过数值计算方法或实验测试来确定。
3.计算推力系数和淌水损失根据淌水流场模型，可以计算螺旋桨的推力系数和淌水损失。
关于螺旋桨的一些知识
关于螺旋桨的一些知识螺旋桨是船舶和飞机等交通工具的重要部件，具有推动物体前进的功能。
在本文中，我们将介绍螺旋桨的工作原理、结构构造、选材等相关知识。
一、螺旋桨的工作原理螺旋桨依靠空气或水流动的原理产生推力，从而推动船舶或飞机前进。
其工作原理可简单归纳为以下几个方面：1. 流体动力学理论：根据流体动力学理论，螺旋桨叶片受到流体的作用会形成载荷，通过迎角改变和旋转速度调节，将动力转化为推进力。
2. 套氏定理：套氏定理指出，在涉及固定的螺旋桨时，液体或气体在进入螺旋桨以前，质量流率保持不变，但速度和压力会发生变化。
这种速度和压力的变化使得螺旋桨产生了推力。
二、螺旋桨的结构构造螺旋桨的结构构造通常由叶片、轴、轴套等组成。
1. 叶片：螺旋桨叶片是螺旋桨的最重要部分，其形状和数量会直接影响推力的大小和效率的高低。
通常，螺旋桨叶片会根据具体设计要求进行定制，以达到最佳的推进效果。
2. 轴和轴套：螺旋桨的轴起到支撑和固定作用，通常由高强度合金钢或碳纤维材料制成，以确保其在高速旋转时的安全可靠性。
轴套则用于固定轴与螺旋桨叶片的连接。
三、螺旋桨的选材螺旋桨的选材对于其使用寿命和推进效果有着重要影响。
常见的螺旋桨选材有以下几种：1. 铝合金：铝合金螺旋桨具有重量轻、制造成本低的优点，适用于速度较低的船舶和小型飞机。
2. 不锈钢：不锈钢螺旋桨在耐蚀性、强度和硬度方面表现出众，适用于海洋环境和高速航行的船舶和飞机。
3. 青铜：青铜螺旋桨具有较好的耐腐蚀性和抗磨损性能，适用于大型船舶和高负荷工况下的飞机。
四、螺旋桨的维护保养为了确保螺旋桨的正常运行和延长其使用寿命，维护保养工作至关重要。
以下是一些建议：1. 定期清洗：螺旋桨表面容易附着赘物，定期清洗可以减少其阻力，提高推进效率。
2. 检查叶片状态：定期检查螺旋桨叶片的变形、裂纹和磨损情况，及时修复或更换叶片，以确保其正常工作。
3. 螺母紧固：定期检查螺旋桨的连接螺母是否紧固，防止因螺母松动而导致螺旋桨脱落或异常运转。
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计螺旋桨是水上船只中最重要的推进装置，其性能直接关系到船舶的推进效率和航行速度。
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计是船舶研究领域中的重要分支，对于减少能源消耗、提高运输效率、降低污染排放具有重要作用。
一、螺旋桨水动力学性能分析的基础理论1.1 计算流体力学计算流体力学（CFD）是一种通过数字计算方法来解决流体力学问题的数学模型。
在螺旋桨被设计和研究时，CFD成为了一种重要的工具。
其模型基于Navier-Stokes方程和欧拉方程，模拟了流场和流动的变化，从而分析了流体运动的影响和经济性能的评估。
1.2 螺旋桨理论螺旋桨的理论基础是流体力学中的速度势流和双曲型等势流。
速度势流指的是在流体中的一个点上速度向量可以分解为势函数的梯度，而双曲型等势流涉及到一个坐标系中，速度的散度和旋度是相等的。
1.3 失速失速指的是在较小的流速下，螺旋桨进入了抵抗气蚀和附面效应的状态。
能够有效地分析并求出失速将对设计螺旋桨的截面和轴设置具有重要意义。
二、螺旋桨水动力学性能分析的关键参数2.1 推力和速度推力和速度是螺旋桨水动力学性能分析中的两个关键参数。
推力是螺旋桨提供给船体的推进力，影响到船舶的加速度和航行速度。
速度可以用来计算泥和水的扰动实体质量。
2.2 轮廓设计螺旋桨轮廓设计对其性能影响非常大，包括叶片的数量、截面形状和翼型等。
良好的轮廓设计能够提高螺旋桨的效率，减小水动力噪音，提高抵抗力和附面效应。
2.3 旋转速度旋转速度是螺旋桨的打动驱动力，影响了传动效率和螺旋桨效率。
高速旋转通常会导致较大的失速和流量噪音，而低速旋转也可能会导致螺旋桨产生过多垂直力。
2.4 推力系数推力系数是推力与密度、直径、旋转速度和旋转等效面积的关系。
推力系数是成尺寸和旋转速度的一种无因次数，用于描述螺旋桨的推进效率。
三、螺旋桨水动力学性能优化的方法3.1 优化设计算法优化设计算法是一种通过数学模型和计算机程序来找到最优解的方法。
桨叶基本理论
•螺旋桨的桨叶(blade)
–叶根 • 又名桨叶轴，安装于桨觳内，桨叶的终端 –叶背(blade back) • 桨叶型面向上凸起的曲面部分，类似翼型上表面。 –叶面(blade face) • 又叫叶盆，桨叶平直的一面，类似于翼型下表面。
• 桨叶站位
• 是为帮助沿螺旋桨桨叶长度方向识别特定的点，有几个特定的桨叶站 位，作为离桨毂中心距离的参考。 • 从桨叶轮毂中心起，将桨叶分段，以英寸为单位定出站号。
wuv
• 入流角γ
• 相对气流方向和旋转面之 间的夹角。
• 桨叶迎角的影响因素
–桨叶迎角α
• 空气流过桨叶的相对速度方向与桨叶弦线之间的夹角。
• 影响因素有: 桨叶角φ, 飞机的飞行速度v和螺旋桨转速u。
• 桨叶角φ的影响
–桨叶迎角α
• 当v和n保持不变时, 保持不变，随着φ的增大, α也增 大。
v
u
• 飞行速度v的影响
– 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，甚至为负值。
• 螺旋桨转速u的影响
– 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。现方式做保护处理对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑并不能对任何下载内容负责
螺旋桨基本理论
• 螺旋桨
– 螺旋桨是一种旋转的翼型(aerofoil), 它由两至四 片桨叶固定在中心桨毂(hub)上, 桨毂直接或通 过减速器安装在发动机轴上。 – 桨叶→中心桨毂→(减速器)→发动机轴
• 桨叶角
– 弦线(chord line)
• 螺旋桨前缘点和后缘点的连线；
船舶推进螺旋桨基础理论课件
螺旋桨性能测试案例分析
案例一
某型船用螺旋桨在实验水池中的性能测试，分析推力系数、效率系数、空泡系数 和振动系数的变化规律。
案例二
某大型油轮在实际航行中的螺旋桨性能测试，结合数值模拟和理论分析，评估其 实际运行性能。
05
船舶推进螺旋桨的应用与发展趋 势
螺旋桨在船舶推进中的应用
螺旋桨作为船舶推进器，能够将主机 产生的动力转化为船舶前进的推力， 是船舶航行中的重要组成部分。
螺旋桨的安装角度、位置和数量等参 数需要根据船舶的具体需求进行合理 配置，以实现最佳的推进效果。
螺旋桨的设计和制造需考虑船舶的航 速、航程、载重量等要求，以及水域 、气候等环境因素，确保推进效率和 使用寿命。
螺旋桨的修复与更换
修复
对损坏的螺旋桨进行修复 ，如焊接、填补等。
更换
若螺旋桨损坏严重或无法 修复，需更换新的螺旋桨 。
注意事项
更换或修复后需进行动平 衡测试，确保船舶安全。
04
船舶推进螺旋桨的性能评价与测 试
螺旋桨性能评价指标
推力系数
衡量螺旋桨推力与流体动力的比值， 用于评估螺旋桨推力性能。
效率系数
铸造法
适用于大型螺旋桨，但精度较低 。
锻造法
适用于小型螺旋桨，精度高，但工 艺复杂。
焊接法
适用于大型螺旋桨，成本低，但易 产生焊接缺陷。
螺旋桨的维护与保养
定期检查
检查螺旋桨的表面磨损、裂纹等情况。
润滑
定期润滑螺旋桨的轴承和轴套，减少磨损。
清洗
定期清洗螺旋桨，去除附着物和腐蚀产物。
防腐处理
对螺旋桨进行涂层保护，防止腐蚀。
新型船舶推进系统的研究与发展
螺旋桨工作原理
螺旋桨工作原理螺旋桨是船舶和飞机等交通工具中常见的推进装置，其工作原理是通过螺旋桨的旋转来产生推力，从而推动交通工具前进。
本文将详细介绍螺旋桨的工作原理及其相关知识。
一、螺旋桨的结构和组成螺旋桨一般由螺旋叶片、轴、轴套等部分组成。
螺旋叶片是螺旋桨的核心部分，其形状呈螺旋状，负责将水或空气推向后方。
轴是螺旋桨的支撑部分，负责将螺旋叶片与动力源相连接。
轴套则是螺旋桨的固定部分，负责固定螺旋叶片和轴。
二、螺旋桨的工作原理螺旋桨的工作原理可以分为两个方面：流体动力学和牛顿第三定律。
1.流体动力学当螺旋桨旋转时，螺旋叶片将水或空气推向后方。
根据流体动力学的原理，当螺旋叶片推动水或空气后退时，水或空气会产生相等大小的反作用力向前推动螺旋桨。
这种反作用力就是推力，它推动交通工具向前移动。
2.牛顿第三定律牛顿第三定律指出，任何作用力都会有一个同大小、反向的反作用力。
当螺旋桨旋转时，螺旋叶片向后推动水或空气的同时，水或空气也会向前推动螺旋叶片，产生一个相等大小的反作用力。
这个反作用力正是推力，用于推动交通工具前进。
三、螺旋桨的调整和优化为了使螺旋桨能够更有效地工作，需要对其进行调整和优化。
1.螺旋叶片角度的调整螺旋叶片角度的调整可以改变螺旋桨的推力大小和方向。
通过调整螺旋叶片的角度，可以使螺旋桨产生更大的推力，从而提高交通工具的速度和效率。
2.螺旋叶片数量的优化螺旋叶片数量的优化可以提高螺旋桨的效率。
一般情况下，螺旋桨叶片数量越多，推力越大，效率越高。
但是过多的叶片数量也会增加螺旋桨的阻力，影响交通工具的速度和效率。
3.螺旋桨材料的选择螺旋桨材料的选择可以影响螺旋桨的耐用性和性能。
常见的螺旋桨材料有铝合金、不锈钢等。
根据实际需求选择合适的材料，可以提高螺旋桨的使用寿命和性能。
四、螺旋桨的应用领域螺旋桨广泛应用于船舶、飞机、潜水艇等交通工具中，推动这些交通工具前进。
在船舶中，螺旋桨通过推动水的力量使船舶前进；在飞机中，螺旋桨通过推动空气的力量使飞机前进；在潜水艇中，螺旋桨通过推动水的力量使潜水艇下潜或浮起。
船舶推进第3章-螺旋桨基础理论
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
三、螺旋桨的作用力
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。
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
由上式可知，欲求某一螺旋桨在给定的进速和转速时所产生的推力、转矩和效率，则必须知道速度环量和诱导速度沿半径方向的分布情况。这些问题可应用螺旋桨环流理论来解决。
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值时，螺旋桨发出的推力为零。此时作用于叶元体上的升力及阻力在轴向的分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 。
船舶推进第三章 螺Байду номын сангаас桨基础理论
3、当进速再增大到某一数值时，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。但在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 。
船舶推进第三章 螺旋桨基础理论
对于一定的螺旋桨，有：
船舶在航行时，螺旋桨必须产生向前的推力以克服船舶阻力，才能使船以一定的速度前进。所以螺旋桨在实际操作时，其每旋转一周前进的距离小于实效螺距。
3、流管远后方CC1断面流出的动量：
船舶推进第二章 螺旋桨几何特征
4、根据动量定理，作用于流体上的立等于单位时间内流体动量的增量。而流体的反作用力即为推力：
船舶推进第二章 螺旋桨几何特征
五、盘面处速度增量与远后方速度增量的关系
1、在盘面前和盘面后应用伯努力方程：
船舶推进第二章 螺旋桨几何特征
推进第3章 螺旋桨基础理论
A．有效功率： dTi VA dm ua VA
B．流体轴向运动损失的动能：
1 2
dm
u
a
2
C．流体周向运动损失的动能：
1 2
dm
ut
2
（3）根据能量守恒定律：（消耗功率=有效功率+损失动能）
整理得：
dm
ut ua
r dm ua r ut 2
VA
1 2
dm(ua 2
ut
2
)
（4）
ut VA ua 2
A0 (VA
1 2 ua )ua
（5）
5．将（1）式与（5）式对比得到盘面处的诱导速度：
其中：
u a1
1 2 ua
（6）
ua1 ————盘面处流体的轴向诱导速度
u a ————远后方流体的轴向诱导速度
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
否则， ua 0 ， Ti 0 ； u a ↗， Ti↗ 。
2．盘面处诱导速度等于远后方诱导速度的一半。
由（6）式，
u a1
1 2
ua
3．理想推进器的效率也总是小于 1 的一个值。
iA
1 1 ua
1
2V A
4．诱导速度越大则理想效率将下降。
由（7）式： ua ↗， iA ↙
5．推进器的直径越大，效率将越高。
B．盘面处： 假设盘面处的周向诱导速度为 ut1
C．盘面紧后方至远后方：因为对于理想螺旋桨忽 略了离心力和尾流收缩的影响，理想螺旋桨的周向诱
螺旋桨工作原理
螺旋桨工作原理
螺旋桨是一种常用的推进器，广泛应用于船舶、飞机和水力发电等领域。
它的工作原理主要基于牛顿第三定律和流体动力学的原理。
螺旋桨的工作原理是利用螺旋桨叶片对流体产生的作用力来推动载体前进。
当螺旋桨旋转时，叶片与流体发生相互作用，产生一个反作用力，推动载体向前运动。
根据牛顿第三定律，对每个作用力必然存在一个与之大小相等、方向相反的反作用力。
因此，反作用力就会推动载体向前，实现推进的效果。
螺旋桨叶片的形状和布局对推进效率起着重要的影响。
叶片通常呈弯曲的形状，类似于螺旋线。
这种形状可以使叶片在运动中产生较大的推进力，同时减小阻力损失。
叶片的数量、角度和间距也会影响推进器的效果。
此外，推进效果还受到流体动力学的影响。
在运动过程中，螺旋桨所处的流体环境会对推进效果产生阻力。
通过优化叶片的形状和布局，可以减少流体动力学阻力，提高推进效率。
总之，螺旋桨的工作原理是利用旋转的叶片对流体产生的作用力来推动载体前进。
通过优化叶片的形状和布局，可以提高推进效率，实现更加高效的推进。
动力学教程--螺旋桨
动力学教程--螺旋桨动力学, 教程, 螺旋桨一、工作原理可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。
流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。
在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段,讨论桨叶上的气流情况。
V—轴向速度;n—螺旋桨转速;φ—气流角,即气流与螺旋桨旋转平面夹角;α—桨叶剖面迎角;β—桨叶角,即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。
显而易见β＝α+φ。
空气流过桨叶各小段时产生气动力,阻力ΔD和升力ΔL,合成后总空气动力为ΔR。
ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT,与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。
将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加,形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。
从以上两图还可以看到。
必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作,才能获得较大的拉力,较小的阻力矩,也就是效率较高。
螺旋桨工作时。
轴向速度不随半径变化,而切线速度随半径变化。
因此在接近桨尖,半径较大处气流角较小,对应桨叶角也应较小。
而在接近桨根,半径较小处气流角较大,对应桨叶角也应较大。
螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。
所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。
从图中还可以看到,气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。
对某个螺旋桨的某个剖面,剖面迎角随该比值变化而变化。
迎角变化,拉力和阻力矩也随之变化。
用进矩比“J”反映桨尖处气流角,J＝V/nD。
式中D—螺旋桨直径。
理论和试验证明:螺旋桨的拉力(T),克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算:T=Ctρn2D4P=Cpρn3D5η=J·Ct/Cp式中:Ct—拉力系数;Cp—功率系数;ρ—空气密度;n—螺旋桨转速;D—螺旋桨直径。
其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数,对每个螺旋桨其值随J变化。
图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线,它可通过理论计算或试验获得。
特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。
螺旋桨基础理论.ppt分解共27页
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。—周 恩来
飞机螺旋桨设计知识点总结
飞机螺旋桨设计知识点总结飞机螺旋桨是飞机发动机的重要组成部分，它通过产生推力并转化为前进动力，使飞机能够前进。
螺旋桨的设计对飞机的性能以及飞行性能具有重要影响。
本文将从螺旋桨的工作原理、设计要素以及优化方法等方面进行综述，请随我一起探索飞机螺旋桨设计的知识点。
一、螺旋桨的工作原理螺旋桨的工作原理基于气动力学中的牛顿第三定律，即"作用力等于反作用力"。
螺旋桨通过旋转产生推力，推力的产生基于以下两个原理：1. 绕流理论：螺旋桨在旋转时会形成一个旋涡，通过该旋涡产生的压差产生推力，使飞机前进。
2. 应力传递原理：螺旋桨旋转时，叶片将受到离心力和拉力的作用，通过这种力的传递，产生推力。
二、螺旋桨的设计要素螺旋桨的设计要素直接影响着飞机的性能和效率。
以下是一些螺旋桨设计中需要考虑的重要要素：1. 螺距（Pitch）：螺距指的是螺旋桨在旋转一周内推进的距离。
螺距越大，推进力越大，但是对于不同飞行阶段（起飞、巡航、着陆）而言，理想的螺距也会有所差异。
2. 数量与形状：螺旋桨的叶片数量和形状直接影响着气动效能和噪音产生。
一般来说，叶片数量多的螺旋桨在低速飞行时效果更好，而叶片相对较少的螺旋桨在高速飞行时效果更好。
3. 直径（Diameter）：螺旋桨的直径影响着推力的大小，直径越大，推力越大。
但是，直径也需要根据飞机的设计要求和空间限制来确定。
4. 材料选择：螺旋桨可以采用各种不同的材料，如合金、复合材料等。
材料的选择对于螺旋桨的强度、重量和耐久性都有重要影响。
三、螺旋桨设计的优化方法为了提高飞机的性能和效率，螺旋桨的设计需要考虑多个方面的因素。
以下是一些常见的螺旋桨设计优化方法：1. 流场模拟：通过数值模拟和流场分析，可以评估不同设计方案的气动性能，从而指导螺旋桨设计的调整和改进。
2. 叶片轮廓设计：通过设计不同形状和截面的叶片轮廓，可以改变螺旋桨的扭转特性、气动力和推力分布等参数，从而优化螺旋桨的性能。
船舶推进_螺旋桨基础理论
2
上两式相减：
p p 1 ( V A 12 u a ) u a
' 1
得出推力Ti的另一种表达形式为：
T i ( p p 1 ) A 0 A 0 ( V A 12 u a ) u a
' 1
17
3.1 理想推进器理论
T i m u a A 0 (V A u a 1 ) u a
③ 水为不可压缩的理想流体。 根据这些假定而得到的推进器理论，称为理想推进器 理论，适于螺旋桨、明轮、喷水推进器等。
7
3.1 理想推进器理论
理想推进器力学模型
远前方 盘面 远后方
诱导速度 离盘面愈近, 由于推进器的抽吸 作用, 水流的速度愈大而压力下 降； 水流流过盘面后压力突增。
3.2 理想螺旋桨理论
根据动量矩定理：流体在单位时间内流经流管两截 面的动量矩增量等于作用在流管上的力矩。
L '' L ' d Q
作用在流体上的力矩：
d Q rd F i
其中，作用在流体上的旋转力
d Fi d m u
' t
u t' u t
桨盘紧后方的周 向诱导速度。 桨盘远后方的周 向诱导速度。
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伯努利方程
v2 p z H 2g g
适用条件：只受到重力的不可压缩 的理想流体，定常流动。
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物理意义
v2 p z H 2g g
单 位 重 力流体的 动能
位势能
压强势能
沿着同一根流线，流体的动能、位势能和 压强势能可以相互转变，三者之和保持不 变。
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几何意义
航模螺旋桨基础知识
一、工作原理可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。
流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。
在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。
V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。
显而易见β＝α+φ。
空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。
ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。
将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。
从以上两图还可以看到。
必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。
螺旋桨工作时。
轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。
因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。
而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。
螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。
所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。
从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。
对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。
迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。
用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。
式中D—螺旋桨直径。
理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算：T=Ctρn2D4P=Cpρn3D5η=J·Ct/Cp式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。
其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。
图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。
特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。
螺旋桨基础理论分解课件
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。
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作用在桨叶上的力及力矩
三、螺旋桨的作用力 由上面的分析可知，在给定螺旋桨的进速VA和转速n时． 如能求得诱导速度ua及ut，则可根据机翼理论求出任意半 径处叶元体上的作用力，进而求出整个螺旋桨的作用力。 取半径r处dr 段的叶元体进行讨论，其速度多角形如图3 一10 所示。当水流以合速度VR、攻角α K流向此叶元体时 ，便产生了升力dL和阻力dD。将升力dL分解为沿螺旋桨轴 向的分力dLa和旋转方向的分力dLt，阻力dD 相应地分解 为dDa和dDt 。因此该叶元体所产生的推力dT及遭受的旋 转阻力dF是：
对于有限翼展机翼，由于机翼上下表面的压差作用， 下表面高压区的流体会绕过翼梢流向上表面的低压区．翼 梢的横向绕流与来流的共同作用，使机翼后缘形成旋涡层 。这些旋涡称为自由涡。它们在后方不远处卷成两股大旋 涡而随流速V 延伸至无限远处，如图3 一8 所示。
2-7
作用在桨叶上的力及力矩
由于自由涡的存在，在空间产生一个诱导速度场。在机翼 后缘处，诱导速度垂直于运动方向，故也称下洗速度。由 于产生下洗速度，使机翼周围的流动图形有所改变，相当 于无限远处来流速度V 发生偏转，真正的攻角发生变化， 如图3 一9 所示。由于机翼处下洗速度un／2 ，使得原来 流速V 改变为VR，真正的攻角由α ’k改变为α k, α ’k为 三元的名义弦线攻角，α k 称为有效几何攻角。 △α =α ’k-α k称为下洗角， 一般约为2º ～3º，因此可近 似地2认- 8为
3 一3 作用在桨叶上的力及力矩
一、速度多角形 在讨论螺旋桨周围的流动情况时，除考虑螺旋桨本身的前 进速度及旋转速度外，还需要考虑轴向诱导速度和周向诱 导速度。在绝对运动系统中、轴向诱导速度的方向与螺旋 桨的前进方向相反，而周向诱导速度的方向与螺旋桨的转 向相同。以半径为r 的共轴 圆柱面与桨叶相交并展成平 面，则叶元体的倾斜角θ 即 为螺距角，且可据下式决定：
就可以将叶元体效率η or表达为另一种简单而有用的形式 也就是说，叶元体的理想效率 将式（3 一30 ）沿半径方向从桨毅至叶梢进行积分并乘
以叶数Z 以后，便可得到整个螺旋桨的推力和转矩， 即
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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
作用在桨叶上的力及力矩
二、作用在机翼上的升力和阻力 简单回顾一下作用在机翼上的升力和阻力，将有助于 桨叶上受力情况的讨论，对于二因次机翼，我们可以 用环量为P 的一根无限长的涡线来代替机翼，这根祸 线称为附着涡。在理想流体中，作用在单位长度机翼 上的只有垂直于来流方向的升力L ，其值
式中：ρ为流体的密度； v 为来流速度。
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作用在桨叶上的力及力矩
式中：η A、η T为轴向诱导效率和周向诱导效率；
为叶元体的结构效率，是因螺旋桨运转于具有枯性的实际
流体中所引起。在实际流体中，因：
，说明螺
旋桨在实际流体中工作的效率比在理想流体中要低。
图3-6中曾定义β 为进角，β i为水动力螺距角，利用关系 式：
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作用在桨叶上的力及力矩
作用在桨叶上的力及力矩
图中：
阻力系数 式中：V 为来流的速度（即机翼前进的速度）;
S 为机翼平面的面积． L为机翼的升力； D为机翼的阻力；
2-
实验证明，在实用范围内，升力系数CL与几何攻角α k约 略成线性关系。当几何攻角为零时，Q 不等子零，这是因 为机翼剖面不对称之故。升力为零时的攻角称为无升力角 ，以α 0表示。升力为零的来流方向称为无升力线，来流 与此线的夹角。称为流体动力攻角或绝对攻角，如图3 一 7 ( b ）所示。显然，α =α 0+α k 。
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作用在桨叶上的力及力矩
设螺旋桨的进速为VA ，转速为n ，则叶元体将以进速VA 、周向速度U=2пrn在运动。经过运动转换以后，叶元体 即变为固定不动，而水流以轴向速度VA 和周向速度U 流 向桨叶切面．轴向诱导速度ua/ 2 的方向与迎面水流的轴 向速度VA 相同，而周向诱导速度ut/ 2 的方向则与周向速 度U 相反，从而得到与图3 一5 相类似的叶元体的速度多 角形（图3 一6 ）。图中：β称为进角, βi称为水动力螺距 角，VR为相对来流的合成速度。由图3 一6 所示的速度多 角形可知，桨叶切面的复杂运动最后可归结为水流以速度 VR、攻角αk流向桨叶切面。因此，在讨论桨叶任意半径处 叶元体上的作用力时，可以把它作为机翼剖面来进行研究 。 2-2
作用在桨叶上的力及力矩
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翼的一段，如果在y 处的环量为 ，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
也就是说，有限翼展的机翼微段相当于来流速度为VR 、 攻角为α k ，的二因次机翼，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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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
叶元体的阻升比），叶元体转矩dQ=rdF , 可得
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作用在桨叶上的力及力矩
从图3 一10可得到如下关系式： 将这些关系式代入式（3 一29 ) ，可得 类似地，可以求得叶元体的效率
式（23--322）即为著名的茹柯夫斯基公式。
作用在桨叶上的力及力矩
实际上流体是有粘性的，所以无限翼展机翼除了产生与运 动方向相垂直的升力L 外，尚有与运动方向相反的阻力D 。机翼在实际流体中所受的升力、阻力和力矩可以借风筒 试验来测定。图3-7是某一机翼的CL 、CD 和α k的关系曲 线．
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