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1、飞行原理/CAFUC,螺旋桨的空气动力,第三章,第三章 第 页,2,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。,第三章 第 页,3,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,飞行原理/CAFUC,飞行原理/CAFUC,3.1 螺旋桨的拉力和旋转阻力,第三章 第 页,5,3.1.1 螺旋桨简介,桨叶,桨毂,变距机构,桨尖,桨根,后缘,前缘
2、,螺旋桨的组成,第三章 第 页,6,桨叶平面形状,桨叶的平面形状很多，使用较多的有三种：,第三章 第 页,7,螺旋桨直径 D,桨叶基本参数,螺旋桨半径 R,剖面半径 r,相对半径 r/R,桨弦 b,第三章 第 页,8,桨叶角 ：桨弦和旋转面之间的夹角,桨叶迎角 ：桨弦和入流（即相对气流）之间的夹角,入流角 ：入流和旋转面之间的夹角,桨叶基本参数,第三章 第 页,9,定距螺旋桨与变距螺旋桨,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。,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。,第三章 第 页,10,TB200螺旋桨
3、外观,第三章 第 页,11,Seminole 螺旋桨外观,第三章 第 页,12,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。,3.1.2 螺旋桨的运动,右图为桨叶切面上某一点的运动轨迹,第三章 第 页,13,相对进距,第三章 第 页,14,桨叶迎角随桨叶角的变化,第三章 第 页,15,桨叶迎角随飞行速度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。,第三章 第 页,16,桨叶迎角随切向速度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
4、而增大，随转速减小而减小。,第三章 第 页,17,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。,第三章 第 页,18,螺旋桨的几何扭转示意图,第三章 第 页,19,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,桨根,第三章 第 页,20,TB200螺旋桨的几何扭转,第三章 第 页,21,3.1.3 螺旋桨拉力和旋转阻力的产生,叶素的空气动力,CR叶素的空气动力系数,ds叶素的面积,第三章 第 页,22,桨叶的空气动力及其分布,第
5、三章 第 页,23,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,第三章 第 页,24,飞行中螺旋桨所受力分析,离心力,拉力,第三章 第 页,25,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,飞行原理/CAFUC,飞行原理/CAFUC,3.2 螺旋桨拉力在飞行中的变化,第三章 第 页,27,
6、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。,总空气动力大小,总空气动力方向,桨叶迎角,桨叶切面合速度w,合速度的方向,性质角,拉力大小,第三章 第 页,28,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,3.2.1 螺旋桨的变距,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。,第三章 第 页,29,变距机构,第三章 第 页,30,不同工况下的操作,油门杆 变距杆 混
7、合比杆,第三章 第 页,31,3.2.2 螺旋桨拉力随飞行速度的变化,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。,第三章 第 页,32,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。,第三章 第 页,33,3.2.3 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。,第三章 第 页,34,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。,第三章 第 页,35,3.2.4 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
8、随高度的增大而减小。,第三章 第 页,36,螺旋桨的拉力随温度的增加而减小。,3.2.5 螺旋桨拉力随气温的变化,第三章 第 页,37,产生负拉力的几种情况： 飞行速度过大，产生负拉力。 油门过小，产生负拉力。 发动机空中停车,产生负拉力。,3.2.6 螺旋桨的负拉力,第三章 第 页,38,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。,第三章 第 页,39,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
9、至成为负迎角。,第三章 第 页,40,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。,第三章 第 页,41,空中停车后螺旋桨的自转（风车状态）,相对气流,飞行阻力,总空气动力,旋转力,第三章 第 页,42,顺桨的目的是将桨叶角增大到90度左右，桨叶几乎与飞行速度方向相平行，从而避免发动机的磨损，消除负拉力，减小阻力。,顺桨机构,第三章 第 页,43,顺桨的过程,第三章 第 页,44,顺桨完成,第三章 第 页,45,不同桨叶角下螺旋桨阻力,风车状态下螺旋桨阻力很大。,第三章 第
10、页,46,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,飞行原理/CAFUC,飞行原理/CAFUC,3.3 螺旋桨的有效功率和效率,第三章 第 页,48,螺旋桨有效功率是影响螺旋桨飞机飞行性能好坏的因素之一。 螺旋桨效率则是衡量螺旋桨性能好坏的重要标志。 因此，飞行员对什么是螺旋桨有效功率和效率、以及如何获得好的螺旋桨有效功率和效率应该有所了解。,第三章 第 页,49,3.3.1 螺旋桨的有效功率,螺旋桨产生拉力，拉着飞机前进，对飞机做功。每秒钟内螺旋桨对飞机所做的功的多少就是螺旋桨的有效功率。,P 螺旋
11、桨拉力，单位：牛顿 v 飞行速度，单位：米/秒,第三章 第 页,50,螺旋桨的有效功率随飞行速度的变化,小于某一飞行速度时，螺旋桨有效功率随速度增大而增大。,大于某一飞行速度时，螺旋桨有效功率随速度增大而减小。,第三章 第 页,51,螺旋桨的有效功率随不同油门位置的变化,飞行高度和转速均不变的情况下，油门位置越大，发动机有效功率越大，螺旋桨有效功率随之增大。,第三章 第 页,52,注：吸气式发动机与增压式发动机的工作原理不同，受高度变化的影响也有不同。,螺旋桨的有效功率随不同高度的变化,低于额定高度，随着高度增加，发动机有效功率增大，螺旋桨有效功率也增大。,超过额定高度，随着高度增加，发动机有
12、效功率减小，螺旋桨有效功率也减小。,第三章 第 页,53,获得螺旋桨最大有效功率的方法,对于活塞式螺旋桨飞机，当高度和飞行速度一定的情况下，要想使螺旋桨有效功率尽可能大，在加油门的同时应当前推变距杆增大转速。,第三章 第 页,54,3.3.2 螺旋桨的效率,螺旋桨的有效功率与发动机的有效功率之比，定义为螺旋桨的效率,第三章 第 页,55,螺旋桨的效率与相对进距的关系,在固定桨叶角的情况下，螺旋桨的效率在某一固定相对进距下达到最大。,第三章 第 页,56,螺旋桨的效率与桨叶角的关系,相对进矩越大，对应较高效率的桨叶角也越大。,第三章 第 页,57,活塞式变距螺旋桨飞机，在使用额定转速和额定油门做
13、大速度平飞时，螺旋桨效率最高。,获得螺旋桨最大效率的方法,在飞行速度减小时，收小油门、减小进气压力、后拉变距杆减小转速，以保持螺旋桨效率。在飞行速度增大时，加大油门、增大进气压力、前推变距杆增大转速，以保持螺旋桨效率。,第三章 第 页,58,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,飞行原理/CAFUC,飞行原理/CAFUC,3.4 螺旋桨的副作用,第三章 第 页,60,螺旋桨在工作中，一方面产生拉力，提供飞机的前进动力；另一方面还会产生一些对飞行不利的副作用。,进动 反作用力矩 滑流扭转作用,第三章
14、 第 页,61,飞行中高速旋转的螺旋桨，当受到桨轴方向的操纵力矩作用时，螺旋桨并不完全绕与操纵力矩方向平行的轴转动，还要绕另一个轴偏转，这种现象叫做进动。,3.4.1 螺旋桨的进动,第三章 第 页,62,进动的产生机理,第三章 第 页,63,螺旋桨进动的产生,当机头上仰时，转动到上方的桨叶受到向后的作用力，产生向后的加速度。在桨叶继续向右转动的过程中，该加速度的影响仍然存在。,第三章 第 页,64,进动方向的判断方法,通过绘图判断右转螺旋桨的方向,通过右手判断右转螺旋桨的方向,方法一：,方法二：,第三章 第 页,65,后三点式螺旋桨飞机，在起飞滑跑抬尾轮时，受进动的影响较为明显。,进动的影响,
15、举例：,第三章 第 页,66,进动的影响,后三点式螺旋桨飞机，在起飞滑跑阶段，受进动的影响较为明显。,第三章 第 页,67,3.4.2 螺旋桨的反作用力矩,右转螺旋桨飞机，在反作用力矩作用下，会向左倾斜。,第三章 第 页,68,在空中飞行时，反作用力矩有使飞机带坡度的趋势。 加油门，桨叶空气动力增大，反作用力矩随之增大。 减油门，桨叶空气动力减小，反作用力矩随之减小。,反作用力矩对空中飞行的影响,第三章 第 页,69,反作用力矩对地面滑跑的影响,在地面滑跑时，反作用力矩的作用使左右两侧机轮对地面的压力不均，受到的摩擦阻力不同，使得机头向一侧偏转。,第三章 第 页,70,受螺旋桨作用，向后加速和扭转的气流叫螺旋桨滑流。,3.4.3 螺旋桨的滑流扭转作用,第三章 第 页,71,螺旋桨滑流对飞机的扭转作用,
