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1、北京航空航天大学本科毕业设计 论文 毕业设计 论文 题 目飞行训练中螺旋桨副作用飞行训练中螺旋桨副作用 及修正策略研究及修正策略研究 系 院 飞行学院飞行学院 专 业飞行技术飞行技术 班 级2006 级级 2 班班 学生姓名 学 号2006190299 指导教师 职 称讲师讲师 二 一 年九月一日 北京航空航天大学本科毕业设计 论文 I 飞行训练中螺旋桨的副作用及修正策略研究飞行训练中螺旋桨的副作用及修正策略研究 摘摘 要要 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
2、行 本文分 析了螺旋桨工作的组成结构及工作原理 阐述了螺旋桨所带来的副作 用及主要成因 结合作者本人在美国泛亚航校的实际飞行经验 对单 发教练机ARCHER及双发教练机SEMINOLE螺旋桨的副作用进行了较 为深入的分析和研究 在总结现有各种螺旋桨副作用修正方法的基础 上 提出了一套可在飞行训练各个环节中有效克服螺旋桨副作用的理 论和策略 并详细说明了在飞行训练的各环节中正确使用相应修正策 略的注意事项 为以后飞行学员训练时 在修正螺旋桨副作用问题上 提供了帮助 关键词 螺旋桨 副作用 扭矩和非对称载荷 临界发动机 北京航空航天大学本科毕业设计 论文 II The Research of Pr
3、opeller s Side Effects and Strategy of Correction in Flight Training Abstract Propeller driven aircraft is the main component but also in providing power to the flight brought some side effects In flight the pilot should be based on a variety of operational needs to overcome the side effects caused
4、by the propeller ensure the aircraft s normal flight This paper analyzes the basic principles of the propeller work described the side effects caused by the propeller and the main causes This combination of aviation school in the United States the actual flying experience the single engine aircraft
5、ARCHER and multi engine SEMINOLE side effects for a more in depth analysis and research in summing up the various amendments to the propeller side effects of existing correction methods based on a set of flight training in all aspects of the effective theory to overcome the propeller side effects an
6、d strategies and details the various aspects of flight training in the proper use of the consequential amendments to the policy considerations Flight training for future participants in the amendment to the propeller side issues has helped Key words Propeller Side effect torque and P factor Critical
7、 engine 北京航空航天大学本科毕业设计 论文 III 目目 录录 摘 要 I 目 录 III 第一章 绪 论 1 1 1 引言 1 1 2 螺旋桨副作用的研究范围 1 1 3 研究目的和意义 1 第二章 螺旋桨的组成结构及工作原理 2 2 1 螺旋桨基本结构 2 2 2 螺旋桨的工作原理 3 第三章 螺旋桨副作用 6 3 1 扭矩反作用力 6 3 2 螺旋状气流效应 7 3 3 陀螺效应 7 3 4 不对称载荷 P 因子 9 第四章 单发教练机 ARCHER 螺旋桨问题研究及修正策略 11 4 1 起飞爬升阶段螺旋桨副作用及修正策略 11 4 2 转弯阶段螺旋桨副作用及修正策略 11 4
8、 3 飞机巡航阶段螺旋桨副作用及修正策略 11 4 4 飞机下降着陆阶段螺旋桨副作用及修正策略 11 第五章 双发教练机 SEMINOLE 螺旋桨问题及修正策略 13 5 1 关键发动机 CRITICAL ENGINE 及修正策略 13 5 2 最小控制速度 VMC 及修正策略 14 第六章 结论 17 参考文献 18 谢 辞 19 北京航空航天大学本科毕业设计 论文 0 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 引言引言 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 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 在现代
9、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 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 只 适用于一些速度较高 功率较大的飞机 1 2 螺旋桨副作用的研究范围螺旋桨副作用的研
10、究范围 螺旋桨飞机现今仍有许多重要的用途 诸如飞行员飞行技术培训使用的教练机 施肥和灭虫用的农业机 公务和旅游用的轻型客机 特技飞行等等 以国内外飞行 员培训机构的计划为例 学生在毕业前应有250 300飞行小时的飞行记录 其中90 的 飞行小时要在装有螺旋桨的初级和高级教练机上完成 1 1 3 研究目的和意义研究目的和意义 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
11、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作 者本人的飞行经历 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 桨的扭矩反作用 气流的螺旋运动效应 回转作用 陀螺效应 非对称负载 P factor 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 北京航空航天大学本科毕业设计 论文 1 第二章第二章 螺旋桨的组成结构及工作原理螺旋桨的组成结构及工作原理 2 1 螺旋桨基本结构螺旋桨基本结构 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
12、旋桨固定在发动机轴上 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 因为 若要实现飞机向前飞行 则须有外力作用于飞机且大小等于飞机的阻力 空气中飞机的移动产生与其运动方向相反的阻力 而方向向前 称之为螺旋桨的拉 力 具有代表性的典型螺旋桨桨叶剖面 如图2 1 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 静压减小 结果产生向前方向的升力 即 飞机向前的拉力 如飞机的机翼 当螺旋桨转动时桨叶前部较厚 图 2 1 螺旋桨桨叶角 桨叶角一般用角度来做度量单位 是桨叶弦线和旋转平面的夹角 与
13、飞机翼型 类似 桨叶剖面向升力方向弯曲 桨叶的迎风面称为叶面 背风面称为叶背 叶剖 面后缘的连线称为弦线 弦线和桨叶旋转平面的夹角称为桨叶角 螺旋角和桨叶角 不同 但是螺旋角很大程度上由桨叶角确定 一个角的变大或者减小也让另一个随 之增加或者减小 螺旋桨的尺寸用英寸指定 指定为74 48的螺旋桨是指桨叶长度74英寸 有效 桨距为48英寸 英寸单位表示的有效桨距是指如果没有滑移的话 螺旋桨在空气中 旋转一周向前的距离 北京航空航天大学本科毕业设计 论文 2 2 2 螺旋桨的工作原理螺旋桨的工作原理 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
14、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
15、 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
16、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 同时 桨叶角也是一个很好的调整螺旋桨迎角的方法 在变距螺旋桨上 对所 有发动机和飞机速度 桨叶角必须可调以提供最佳迎角 螺旋桨和机翼的升力 阻 力曲线 表明最佳迎角是一个值 从2到4度变化的正值 实际飞行中桨叶角必须维 持这个随飞机前进速度而变化的小迎角 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 北京航空航天大学本科毕业设计 论文 3 高速巡航时提供最大螺旋桨效率 这些条件的任何改变将会导致螺旋桨和发动机效 率的降低 由于任何机械的效率是有用的输出功率和实际的输出功率的比值 那么 螺旋桨就是推力功率和制动功率的比值 螺旋桨的效率范围一般是50 到80 和 螺旋桨的滑移有关 螺旋桨的滑移是螺旋桨的几何桨距和有效桨距的差值 如图2 2 几何桨距是 螺旋桨旋转一周应该前进的理论距离 有效桨距是螺旋桨旋转一周实际前进的距离 因此 几何桨距是基于没有滑移的 但是实际的或者有效桨距包含了螺旋桨在空气 的滑移
