第12章 螺旋桨

螺旋桨的桨叶(blade) 螺旋桨的桨叶 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。
12.1.1 名词术语
螺旋桨的桨叶(blade) 螺旋桨的桨叶
螺旋桨的拉力、 螺旋桨的拉力、推进功率和效率 推进功率（thrust power）和效率
• 螺旋桨的推进功率为：
N B = F ⋅ v飞
• 它由发动机的有效功率（轴功率）转变而来，但是由 于涡流、摩擦等因素的存在，必然要损失部分功率。
12.1.4 螺旋桨参数
螺旋桨的拉力、 螺旋桨的拉力、推进功率和效率 推进功率和效率
• 螺旋桨效率是指推进功率与发动机供给螺旋桨的轴功 率(有效功率)之比，目前螺旋桨效率可达0.85～0.87。
N B F ⋅ v飞 ηB = = NS NS
• 当发动机在原地工作时, 由于此时飞机的飞行速度等于 零, 故螺旋桨的推进功率等于零, 所于螺旋桨的效率等 于零。 • 使螺旋桨效率最高的迎角称为有利迎角。
12.1.4 螺旋桨参数
桨叶角和桨叶迎角 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飞和螺旋桨转速n 。
12.1.4 螺旋桨参数
桨叶角和桨叶迎角 桨叶迎角α
• 当v飞和n保持不变时, 随着φ的增大, α也增大。
12.1.4 螺旋桨参数
12.1.4 螺旋桨参数
螺旋桨的拉力、 螺旋桨的拉力、推进功率和效率 拉力
• 流过螺旋桨的介质对螺旋桨的反作用力在发动机轴线 方向的分力称为螺旋桨的拉力。
影响拉力的因素
• 滑流、飞行速度、单位时间排气质量。
12.1.4 螺旋桨参数
螺旋桨的拉力、 螺旋桨的拉力、推进功率和效率 影响拉力的因素
• 如滑流和飞行速度保持不变：
桨叶角和桨叶迎角 桨叶迎角α
• 当φ和n保持不变时, 随着v飞的增大, α减小。
12.1.4 螺旋桨参数
桨叶角和桨叶迎角 桨叶迎角
• 当φ和v飞保持不变, 随着n 增大, 则u变大,α也变大。 • 小结： 当 v飞和 n 不变时,φ ↑，α↑ 当φ 和 n 不变时, v飞↑，α↓ 当 v飞和φ 不变时, n ↑，α↑ 当 v飞= 0 时, φ=α
桨叶角和桨叶迎角 弦线(chord line)
• 螺旋桨前缘点和后缘点的连线；
桨叶角φ (blade angle)
• 螺旋桨的弦线与桨叶旋转平面间的夹角称为桨叶角， 以符号φ表示，桨叶角大，则螺旋桨旋转一周排出的空 气量也多。
桨叶迎角α (attack angle、incidence angle )
有的变距螺旋桨，桨叶根部靠近 桨叶后缘的地方装有配重，并固 定于螺旋桨旋转前面； 配重离心力矩使桨叶角增加。
12.1.3 作用在螺旋桨上的力
气体力和气体力矩 当气体力R不通过桨叶转轴时：
• 气体力作用在转轴前端，使桨叶角增加； • 气体力作用在转轴后端，使桨叶角减小。
12.1.3 作用在螺旋桨上的力
12.1.2 螺旋桨理论
桨叶的空气动力 空气动力R
• 这种压力差和气流作用于桨叶上的摩擦力综合在一起, 就构成了桨叶的空气动力R。
拉力F
• 作用于螺旋桨桨叶上的 空气动力R在发动机轴 线方向的分力就是拉力。 • 各桨叶上的拉力之和就 是整个螺旋桨的拉力。
12.1.2 螺旋桨理论
桨叶的空气动力 阻力
• 飞行速度和有效桨距的关系：V =
H eq n 60
12.1.4 螺旋桨参数
桨距和滑流 滑流 L（slipstream ）
• 几何桨距和有效桨距之差： L = H − H eq • 它反映了螺旋桨对流过的空气的压缩程度。
12.1.4 螺旋桨参数
桨叶角和桨叶迎角 桨叶角φ
• 螺旋桨的弦线与桨叶旋转平面间的夹角称为桨叶角 • 桨距分布:桨叶角沿半径逐渐减小, 即靠近桨毂处桨叶 角最大,叶尖处最小。这种从桨毂到叶尖逐渐减小的桨 叶角称为桨距分布。 • 桨距分布和翼形变化都是沿叶长而变化的,这是因为每 个部位在空气中运动的相对速度是不同的,毂部为低速 ,尖部为高速。但各处的飞行速度和转速都是一样的 • 这里所说的桨叶角是基于在75℅的桨叶标记位置的桨 叶角。
• 当空气以相对速度流过桨叶时, 将空气压缩, 使螺旋 桨桨叶位于发动机一侧产生的气动压力大于大气压力 , 因而产生拉力, 称该拉力为气动拉力。
叶形拉力
• 桨叶的形状也产生拉力： • 空气流过叶背时, 流速增大, 压力降低; • 空气流过桨面时, 流速降低,压力升高。 • 空气流近前缘时, 气流受阻, 流速减慢, 压力提高; • 空气流近后缘时,气流分离,形成涡流, 压力下降。 • 这样在桨叶的前后桨面和前后缘均形成压力差。
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第 12 章 螺 旋 桨
第12章 螺旋桨(Propeller) 12章 螺旋桨(Propeller)
12.1 螺旋桨原理 12.2 螺旋桨分类与结构 12.3 涡桨发动机螺旋桨 12.4 螺旋桨辅助系统 12.5 螺旋桨的检查、维护与安装 螺旋桨的检查、
固定桨距螺旋桨 可调桨距螺旋桨 恒速螺旋桨 可反桨螺旋桨 可顺桨的螺旋桨
12.2.1 螺旋桨的分类
定距螺旋桨和变距螺旋桨 定距螺旋桨（fixed pitch propeller ） • 所谓定距螺旋桨就是在工作中螺旋桨的桨叶角 不能变的螺旋桨。 变距螺旋桨（variable pitch propeller） • 螺旋桨的桨叶角或者桨距，在飞行中随着飞行 条件与发动机工作状态的变化而发生改变。
• 桨叶弦线和空气流过桨叶的相对速度方向间的夹角。
12.1.2 螺旋桨理论
桨叶角和桨叶迎角 螺旋桨在工作过程中，既有旋转，又有向前的运 动。 飞行速度为v，螺旋桨转速为n时, 某一截面处桨叶旋转切速度u， 螺旋桨运动的速度三角形是
v v v w=u +v
12.1.2 螺旋桨理论
桨叶的空气动力（ 桨叶的空气动力（Aerodynamic Force） 气动拉力
–反桨操纵螺旋桨是桨叶角变动到负值, 使螺旋桨 产生的拉力改变方向, 成为负拉力。 –反桨通常用在飞机落地后提供刹车, 以缩短飞机 的滑跑距离或地面操纵飞机倒退。
12.2.1 螺旋桨的分类
变距螺旋桨 反桨
12.2.1 螺旋桨的分类
变距螺旋桨 顺桨（feathering）
• 顺桨操纵就是把螺旋桨置于顺着飞行气流方向的 位置。 • 在飞行中, 如果一台发动机发生故障而失效时,处 于风车状态的螺旋桨不但不产生拉力, 反而会产 生较大的负拉力, 即飞行阻力, 并对飞机的可操 纵性产生严重不利的影响。为了防止上述现象的 发生, 在多发飞机上的大多数恒速螺旋桨都设置 有顺桨。 • 顺桨位置是螺旋桨产生最小阻力的位置, 同时还 使发动机的转速降为最低。
• 起飞时，小桨叶角或者小距，高转速； –负荷小，转速高，能产生最大拉力。 • 巡航时，大桨叶角或者大距，低转速； –负荷大，转速低，能产生较大拉力。
12.2 螺旋桨分类与结构 12.2.1 螺旋桨的分类
按照安装位置分
牵引式—装于发动机头部，拉动飞机前进； 推进式—装于发动机后端，推动飞机前进；
按照桨距确定的方法分类
• 空气动力R在发动机垂直于轴线方向的分力。 • 阻力的方向与桨叶切向速度的方向相反。
阻力力矩
• 阻力与到桨轴中心距离的乘积 就是阻力力矩，它由发动机轴 的旋转力矩来克服。 • 只有发动机输出力矩与其平衡， 螺旋桨才能保持等速旋转。
12.1.3 作用在螺旋桨上的力
离心力和离心力矩 离心力矩会使桨叶角减小 配重离心力矩
12.1.4 螺旋桨参数
桨叶角和桨叶迎角 桨叶角φ
• 桨叶角的大小将影响螺旋桨旋转一周所排出的空气量 的多少： –桨叶角大, 排出空气量多, 使螺旋桨的负荷变大; –桨叶角小, 排出空气量少, 使螺旋桨的负荷变小。 • 桨距与桨叶角的关系:H = 2πRtgφ • 变距螺旋桨中, 增大桨叶角叫变大距, 而减小桨叶角 叫变小距。
12.2.1 螺旋桨的分类
定距螺旋桨 固定桨距的螺旋桨
• 固定桨距螺旋桨具有重量轻和结构简单等特点。 • 常应用于低功率、低速度、短航程或低空的飞机 上。
地面可调桨距的螺旋桨
• 地面可调的定距螺旋桨的桨叶角或桨距, 根据飞 行的要求, 可以在地面进行调节。 • 当螺旋桨不转动时, 靠松开夹紧装置, 将桨叶角 调节在需要的位置, 在桨叶被夹紧装置固定以后, 桨叶角在飞行中不能变动。
– 若螺旋桨转速不变，随着桨叶角增加，则单位时间排气质量 增加，拉力增大； – 若桨叶角不变，随着螺旋桨转速上升，则单位时间排气质量 增加，拉力增大。
• 如单位时间排气质量及飞行速度不变，随着滑流增加 ，则螺旋桨拉力增大； • 如单位时间排气质量及滑流不变，则随着飞行速度增 加，则拉力减小；
12.1.4 螺旋桨参数
12.1.1 名词术语
螺旋桨的桨叶(blade) 螺旋桨的桨叶
12.1.1 名词术语
桨叶站位的规定 螺旋桨旋转时，桨叶各部分运动的切向速度是不 相同的。叶根部速度低，叶尖处速度最高。 从桨叶轮毂中心起，将桨叶分段，以英寸为单位 定出站号。
12.1.1 名词术语
桨叶站位的规定
12.1.1 名词术语
轴功率和当量轴功率： 轴功率和当量轴功率： 轴功率（SHP）
• 是指输送到螺旋桨的功率；
当量轴功率(ESHP)
• 是在计算总功率输出时，轴功率加上喷气推力的影响 • 静态条件下，假如输送到螺旋桨上1轴马力假定产生 2.5lb推力，则：
ESHP静态 = SHP静态 + Fn（喷气）/ 2.5