《2螺旋桨及其副作用要点》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2螺旋桨及其副作用要点（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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070750526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O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 月曰（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
2、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 Effect
3、AbstractKey ords: PropellerFrom 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 si
4、de 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
5、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
6、aircraft are shared. I hope this will be helpful for the pilot students.;Principles of work; Side effect目录摘 要iAbstract ii第一章弓I言1第二章螺旋桨的组成结构及工作原理32.1螺旋桨结构简介32.2螺旋桨的工作原理32.3螺旋桨的有效功率5第三章螺旋桨副作用73.1反作用力矩73.2滑流扭转作用73.3进动效应73.4不对称载荷8第四章修正措施和Diamond 42训练经验 114.1修正措施114.2Diamond 42 训练经验11第五章结论13参考文献13致谢14第一章
7、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
8、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
9、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。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
10、，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
11、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
12、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
13、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
14、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。2.3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才PV式中：N桨一螺旋桨的有效功率，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-vn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
15、则随飞行速度的增大而减小。2) 0-VN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VN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（n ）。nN in桨 有效第三章螺旋桨副作用螺旋桨在其工作过程中，一方面产生拉力，拉着飞机前进；另一方面还会产生一些 副作用，给正常飞行带来不利的影响，这些副作用包括螺旋桨的反作用力矩、滑流扭转 作用、进动效应、非对称负载等。本章节将分析它们产生的原因和对飞行的影响。3.1反作用力矩大多数的飞机发动机推动螺旋桨旋转从飞行员座位上看是顺时针的。内部的发动机 部件或者螺旋桨朝一个方向旋转，那么另一个方向相反的大小相等的反作用力矩试图把 飞机朝相反方向旋转。当飞机在空中飞行时，这个力绕飞机纵轴作用，产生力矩，有让 飞机旋转的趋势，如图3.1。为了补偿这个力矩，现代飞机设计时通常用发动机偏移来抵消 扭矩的效应。反作用力矩心作用力矩图3.1螺旋桨的反作用力矩一般的为了补偿这个力矩是永久设定好的，在巡航速度上补
