2.螺旋桨及其副作用要点

编号南京航空航天大学毕业论文题目 2.螺旋桨及其副作用学生姓名顾军学号*********学院民航（飞行）学院专业飞行技术班级0707505指导教师蔡中长实验师二〇一二年九月南京航空航天大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：2.螺旋桨及其副作用）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。

尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

作者签名：年月日（学号）：070750526螺旋桨及其副作用摘要从第一架飞机诞生直到第二次世界大战结束，几乎所有的飞机都是螺旋桨飞机。

飞行学员的飞行生涯也都是从螺旋桨飞机开始的，螺旋桨是为飞机提供动力的主要组成部分，但其在提供动力的同时也给飞行带来一些副作用。

在飞行过程中，飞行员应该根据各种飞行需要，克服螺旋桨所带来的副作用，保证飞机的正常飞行。

本文先简单的介绍了螺旋桨的结构和工作原理，然后是螺旋桨的主要四种副作用：反作用力矩、滑流效应、进动效应和不对称载荷，从根本上讲述了各个副作用的形成原因以及作用结果，最后谈论了改正措施和个人DA42双发螺旋桨飞机的训练经验。

希望本篇文章会为以后飞行学员训练提供很大的帮助。

关键词：螺旋桨，工作原理，副作用Propeller and the Side EffectAbstractFrom the birth of the first aircraft until the end of World War II, almost all of the aircraft are propeller aircraft. All the pilot students start by propeller aircraft. Propeller is the main component to provide power to the flight, but at the same time it brings some side effects. In flight, the pilot should overcome the side effects caused by the propeller basing on a variety of operational needs, in order to ensure the aircraft has normal flight. In this paper, firstly there is a brief introducing the propeller structure and principle of work. Then I talk about four kinds of side effects of the propeller mainly. They are reaction torque, slipstream effect, the precession effect and asymmetric loads. This article explains the causes and the results of the side effects fundamentally. Finally some corrective measures and training experience of DA42 propeller aircraft are shared. I hope this will be helpful for the pilot students.Key Words: Propeller; Principles of work; Side effect目录摘要 (i)Abstract (ii)第一章引言 (1)第二章螺旋桨的组成结构及工作原理 (3)2.1 螺旋桨结构简介 (3)2.2 螺旋桨的工作原理 (3)2.3 螺旋桨的有效功率 (5)第三章螺旋桨副作用 (7)3.1 反作用力矩 (7)3.2 滑流扭转作用 (7)3.3 进动效应 (7)3.4 不对称载荷 (8)第四章修正措施和Diamond 42训练经验 (11)4.1 修正措施 (11)4.2 Diamond 42 训练经验 (11)第五章结论 (13)参考文献 (13)致谢 (14)第一章引言螺旋桨飞机(Propeller Airplane)，是指用空气螺旋桨将发动机的功率转化为推进力的飞机。

在现代飞机中除超音速飞机和高亚音速干线客机外，螺旋桨飞机仍占有重要地位。

支线客机和大部分通用航空中使用的飞机的共同特点是飞机重量和尺寸不大、飞行速度较小和高度较低，要求有良好的低速和起降性能。

螺旋桨飞机能够较好地适应这些要求。

同时现在培训飞行学员训练所用的全部为螺旋桨飞机。

对飞行学员来说如何的学好飞行技术，扎实的理论是必要的，同时在训练飞行中遇到飞机本身的设计问题，这种问题是不可避免的，例如螺旋桨的副作用问题，如何熟练的修正副作用，是飞行学员在训练期间所应该掌握的。

现在国内外通常使用的飞行训练机为单引擎和双引擎的螺旋桨飞机，因此熟练掌握螺旋桨的特点及飞行中其副作用的影响对每一个飞行学员至关重要。

通过查阅相关文献资料及总结飞行经历，得出螺旋桨运转时产生的副作用主要有：来自发动机或者螺旋桨的反作用力矩、气流的滑流效应、进动效应、非对称负载。

学员在飞行训练期间应能充分理解上述副作用及危害，熟练掌握相应的修正策略，并在飞行过程中正确使用，以有效促进飞行技术的快速提高。

本文主要分为四大部分，分别是螺旋桨的组成结构、工作原理、螺旋桨副作用、DA42训练经验，图1.1和1.2为DA42飞机。

图1.1 DA42 机型a 图 1.2 DA42机型 b第二章螺旋桨的组成结构及工作原理2.1 螺旋桨结构简介螺旋桨一般分为定距螺旋桨和变距螺旋桨。

早期飞机大多使用桨叶角固定不变的螺旋桨，即定距螺旋桨，其结构简单，但不能适应飞行速度变化。

飞行速度大于200公里/时则需用变桨距螺旋桨，可有效提高螺旋桨的效率。

但变距螺旋桨构造复杂，成本较高，适用于一些速度较高、功率较大的飞机。

螺旋桨主要由桨叶和桨毂组成，桨叶是产生拉力的构件，桨毂用于安装桨叶，并将螺旋桨固定在发动机轴上，如图2.1。

桨叶包括叶根、叶尖、前缘和后缘几个部分。

早期的螺旋桨多为两个桨叶，随着大功率发动机的出现和发展，先后出现了三叶、四叶和五叶等多叶螺旋桨[1]。

图2.1 螺旋桨的组成2.2 螺旋桨的工作原理对于定距螺旋桨，只有一个前进速度和转速比，即只有在某一攻角时，螺旋桨效率最高，此攻角叫做最有利攻角。

设计者根据飞机的主要用途选用最有利攻角。

当飞机在地面静止而发动机工作时，或者在起飞开始阶段缓慢的移动时，螺旋桨效率是较低，因为螺旋桨受阻力不能全速前进以达到它的最大效率。

这时，每一个螺旋桨叶以一定的迎角在空气中旋转，相对于旋转它所需要的功率大小来说产生的推力较小。

为理解螺旋桨的运动，首先考虑它的运动，它是既旋转又向前。

因此，螺旋桨叶的每一部分向下和向前运动。

空气冲击螺旋桨叶的角度就是迎角。

这个角度导致了在螺旋桨发动机侧的气动压力比大气压力大，所以产生了拉力。

叶剖面工作原理与飞机机翼的翼型产生升力的道理相似。

当螺旋桨旋转时，气流流过凸起的叶背，根据伯努利原理，流速增大，静压力减小，产生结果产生向前进方向的升力，亦即飞机向前飞行的拉力。

空气密度越大，螺旋桨扇后方向的空气质量越大，螺旋桨产生的拉力越大；相反，空气密度越小，螺旋桨产生的拉力越小。

因此，在高空或高温大气中飞行时，螺旋桨产生的拉力要比在低空或低温大气中飞行时的小。

考虑拉力的另外一个方法是螺旋桨所处理的空气质量问题。

这方面，推力等于它的空气质量，螺旋桨引起的滑流速度越大，飞机速度就越小。

产生推力的功率取决于空气团的运动速度。

一般来说，推力大约是扭矩的80%，其它20%消耗在摩擦阻力和滑流上。

对于任何旋转速度，螺旋桨吸收的马力与发动机输出的马力平衡。

对螺旋桨的任意一周，螺旋桨处理的空气总量依赖于桨叶角，其确定了螺旋桨推动空气的质量。

所以，桨叶角是一个很好的控制发动机转速调整螺旋桨负荷的方法。

为了使螺旋桨旋转一周和前进速度的效率最好而设计了定距和变距螺旋桨。

这些螺旋桨设计用于特定的飞机和发动机配合。

这样可以在飞机起飞、爬升和巡航或高速巡航时提供最大螺旋桨效率。

变距螺旋桨会在飞行中遇到的大多数情况下自动调节它的桨叶角保持在最大效率。

在起飞时，此时要求最大的功率和推力，恒速螺旋桨处于小桨叶角或小桨距。

小桨叶角时迎角相对较小，以保持良好的空气动力特性。

同时，它使得螺旋桨旋转一周推动的空气质量更小。

这样的轻载荷让发动机转速更高，能够在一定时间内把大量的燃油转化成热能。

高转速也产生了最大的推力，因为，尽管每旋转一周推动的空气质量变小，但是每分钟的旋转次数大大增加，推动的气流运动速度增加，飞机低速时，所产生的拉力最大。

升空后，随着飞机速度的增加，恒速螺旋桨自动改变到大桨叶角。

桨叶角变大会使得迎角变小，以保证良好的空气动力特性。

大桨叶角增加了每周旋转推动的空气质量，降低了发动机的转速，减少了燃油消耗和发动机磨损，并能够保持最大推力。

在巡航高度，当飞机处于水平飞行时，所需功率低于起飞和爬升状态，飞行员应通过减小进气压力、降低发动机功率和增加桨叶角来降低转速。

然而，这就对扭矩的要求必须与发动机功率的降低相匹配。

因为，尽管螺旋桨每转处理的空气质量增加，更多的是通过降低气流速度和增加空速来弥补[2]。

2.3 螺旋桨的有效功率定义：螺旋桨产生拉力，拉着飞机前进，对飞机作功，螺旋桨单位时间所作功，即为螺旋桨的有效功率。

公式为：N桨＝PV式中：N桨—螺旋桨的有效功率，P—螺旋桨的拉力，V—飞行速度螺旋桨有效功率随飞行速度的变化：A.地面试车时，飞机没有前进速度(V＝0)，拉力没有对飞机作功，故螺旋桨的有效功率为“零”。

B.飞行速度增大时，从实际测得的螺旋桨有效功率曲线：图2.2。

图2.2螺旋桨有效功率曲线1)0-V N范围内，螺旋桨的效功率随飞行速度的增大而增大；在大于该速度范围后螺旋桨有效功率则随飞行速度的增大而减小。

2)0-V N范围内，当飞行速度增大时，拉力减小较慢，随速度的增大，螺旋桨有效功率逐渐提高。

3)当飞行速度增大到V N时，螺旋桨的有效功率最大。

4)当飞行速度再增大时，由于拉力迅速减小，因此随着飞行速度的增加而螺旋桨有效功率反会降低。

螺旋桨是发动机带动旋转的，螺旋桨的作用是把发动机的功率转变为拉着飞机前进的有效功率。

螺旋桨有效功率(N桨)与发动机有效输出功率(N有效)之比，叫螺旋桨效率(η)。