飞行原理 第三章螺旋桨的空气动力

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飞行原理/CAFUC
3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力
飞行原理/CAFUC
3.1.1 螺旋桨简介
① 螺旋桨的组成
桨叶 桨毂
桨尖 桨根 前缘 后缘
变距机构
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② 桨叶平面形状
桨叶的平面形状很多， 使用较多的有三种：
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③ 桨叶基本参数
螺旋桨直径 D
r R
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。
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●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。
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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。
3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化
螺旋桨的拉力是总空气动力的一个分力，拉力的大 小不仅取决于总空气动力的大小，还取决于总空气 动力的方向。
拉力大小
总空气动力大小 总空气动力方向
桨叶迎角α 桨叶切面合速度w 合速度的方向 性质角θ
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3.2.1 螺旋桨的变距
●变距机构的分类 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
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●飞行中螺旋桨所受力分析
阻力矩致弯曲力
离心力
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拉力
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
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飞行原理/CAFUC
3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化
飞行原理/CAFUC
●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。
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●变距机构
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●不同工况下的操作
➢ 油门杆 ➢ 变距杆 ➢ 混合比杆
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3.2.2 螺旋桨拉力随飞行速度的变化
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② 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。
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③ 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。
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。
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●TB200螺旋桨外观
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●Seminole 螺旋桨外观
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3.1.2 螺旋桨的运动
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）u。
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④ 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。
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⑤ 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。
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●螺旋桨的几何扭转示意图
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●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。
桨尖
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桨根
●TB200螺旋桨的几何扭转
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② 桨叶的空气动力及其分布
dX
CX
1 2
w2
ds
第三章
螺旋桨的空气动力
飞行原理/CAFUC
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。
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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
右图为桨叶切 面上某一点的运动 轨迹
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② 桨叶迎角α随桨叶角φ的变化
为常数时
为常数时
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u v
③ 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。
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●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减小。
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3.2.4 螺旋桨拉力随飞行高度的变化
对于安装自然吸气式活塞发动机的螺旋桨的拉力随高 度的增大而减小。
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3.2.5 螺旋桨拉力随气温的变化
螺旋桨的拉力随温度的增加而减小。
螺旋桨半径 R
剖面半径 r 相对半径 r/R
桨弦 b
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③ 桨叶基本参数
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
φ
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桨弦
α
相对气 流
γ 旋转面
④ 定距螺旋桨与变距螺旋桨
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。
dY
CY
1 2
w2
ds
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●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扭<M扭，螺旋桨转速将会增加 M扭=M扭，螺旋桨转速不变
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●空中停车后螺旋桨的自转（风车状态）
第三章 第 34 页Hale Waihona Puke Baidu
3.2.6 螺旋桨的负拉力
产生负拉力的几种情况： ① 飞行速度过大，产生负拉力。 ② 油门过小，产生负拉力。 ③ 发动机空中停车,产生负拉力。
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① 飞行速度过大时负拉力的产生
飞行速度增大，调速器为保持转速不变，会自动增大桨 叶角。但由于入流角也在增大，所以桨叶迎角仍在减小， 桨叶总空气动力R逐渐向旋转面靠拢。