地面培訓部匯報材料

螺旋槳的空氣動力

第三章

螺旋槳的拉力是活塞式飛機和渦輪螺旋槳飛機前進的動力。螺旋槳運作好壞直接影響拉力大小，而拉力大小又關系到飛機的飛行性能。本章著重分析螺旋槳空氣動力的產生及其變化規(guī)律，介紹螺旋槳的功率、效率及負拉力、副作用等問題。

本章主要內容3.1螺旋槳的拉力和旋轉阻力3.2螺旋槳拉力在飛行中的變化3.3螺旋槳的有效功率和效率3.4螺旋槳的副作用

3.1螺旋槳的拉力和旋轉阻力

3.1.1螺旋槳簡介槳葉槳轂變距機構槳尖槳根后緣前緣螺旋槳的組成螺旋槳的組成

槳葉平面形狀槳葉的平面形狀很多，使用較多的有三種：（A）橢圓形槳葉（B）矩形槳葉（C）馬刀形槳葉

③槳葉的剖面形狀低速翼型高速翼型

Rr螺旋槳直徑D螺旋槳半徑R剖面半徑

r相對半徑r/R槳弦b④槳葉基本參數(shù)

④槳葉基本參數(shù)螺旋槳的旋轉面、槳葉角。槳葉角④槳葉基本參數(shù)（葉背）（葉面）

⑤定距螺旋槳與變距螺旋槳槳葉角增大叫變高距或變大距。槳葉角減小叫變低距或變小距?，F(xiàn)代飛機普遍使用自動變距螺旋槳。槳葉角不能改變的螺旋槳叫定距螺旋槳。槳葉角能夠改變的螺旋槳叫變距螺旋槳。

飛行中，螺旋槳是一面旋轉一面前進的。3.1.2螺旋槳的運動螺旋槳剖面具有兩個速度：一個是前進速度v,一個是圓周速度（切向速度）u。槳葉切面某一點的運動槳葉切面的合速度和相對氣流。(入流)旋轉面入流角槳葉迎角槳葉迎角：漿葉剖面相對氣流方向與槳弦之間的夾角n:螺旋槳轉速(轉/秒)

相對進距λ相對進距λ反映了入流角γ的大小,即入流(相對氣流)方向偏離旋轉面的程度,相對進距越大,說明入流方向偏離旋轉面越多。入流角槳葉迎角槳葉角相對進距λ越大，入流角γ也越大。

(1)槳葉迎角隨漿葉角的變化在飛行速度和轉速一定時，槳葉角增大，槳葉迎角增大。α②槳葉迎角

(1)槳葉迎角隨漿葉角的變化在飛行速度和轉速一定時，槳葉角增大，槳葉迎角增大。(2)槳葉迎角隨飛行速度的變化②槳葉迎角在槳葉角和轉速不變的情況下，槳葉迎角隨飛行速度增大而減小，當飛行速度增大到一定程度，槳葉迎角可能減小到零，甚至變?yōu)樨撝怠?/p>

(3)槳葉迎角隨轉速的變化在槳葉角和飛行速度一定時，轉速增大，槳葉迎角增大。②槳葉迎角

(1)槳葉迎角隨漿葉角的變化在飛行速度和轉速一定時，槳葉角增大，槳葉迎角增大。(2)槳葉迎角隨飛行速度的變化在槳葉角和轉速一定時，速度增大，槳葉迎角減小。

(3)槳葉迎角隨轉速的變化在槳葉角和飛行速度一定時，轉速增大，槳葉迎角增大。②槳葉迎角螺旋槳槳葉各剖面的槳葉迎角是否相同？

螺旋槳的幾何扭轉沒有進行幾何扭轉的螺旋槳工作時的情況。

③螺旋槳的幾何扭轉螺旋槳幾何扭轉的目的，是為了保持螺旋槳槳葉各剖面的槳葉迎角基本相等。從槳根到槳尖,槳葉角逐漸減小。槳葉迎角基本相等

③螺旋槳的幾何扭轉

3.1.3螺旋槳拉力和旋轉阻力的產生螺旋槳就是豎著放的旋翼

3.1.3螺旋槳拉力和旋轉阻力的產生

相對氣流流過槳葉切面形成前后槳面壓力差產生拉力P與槳軸方向一致前槳面AVP后槳面AVPRPQ3.1.3螺旋槳拉力和旋轉阻力的產生總空氣動力R旋轉阻力Ｑ與槳軸方向垂直（在旋轉面內）（α不大時認為拉力方向與飛機速度方向一致）

旋轉阻力矩螺旋槳各槳葉旋轉阻力的作用點離槳軸有一段距離，其方向與槳葉的旋轉方向相反，故形成阻礙螺旋槳旋轉的力矩M阻。旋轉阻力矩M阻通常由發(fā)動機輸出的旋轉力矩M扭來平衡。M阻>M扭，螺旋槳轉速將會降低M阻<M扭，螺旋槳轉速將會增加M阻=M扭，螺旋槳轉速不變

螺旋槳拉力公式

本章主要內容3.1螺旋槳的拉力和旋轉阻力3.2螺旋槳拉力在飛行中的變化3.3螺旋槳的有效功率和效率3.4螺旋槳的副作用

3.2螺旋槳拉力在飛行中的變化變距機構3.2.1螺旋槳的變距

定距螺旋槳定距螺旋槳：槳葉角固定，不能改變的螺旋槳特點：通常只有兩片槳葉無變距機構，結構簡單，重量輕一般用在小功率、輕型飛機上。種類：爬升螺旋槳：槳葉角小阻力小轉速較大爬升時功率較大巡航時螺旋槳效率較差巡航螺旋槳：槳葉角大阻力大轉速較小巡航時螺旋槳效率較高不適合起飛和爬升螺旋槳分為定距和變距螺旋槳兩大類。

變距螺旋槳有時也叫恒速螺旋槳指飛行中槳葉角可以變化的螺旋槳變化情形：在最大槳葉角與最小槳葉角之間自動或人工改變控制：油門控制功率輸出由進氣壓力表反映變距桿調整螺旋槳的轉速由轉速表反映所以飛行員可操縱油門和變距桿設置發(fā)動機的工作狀態(tài)螺旋槳分為定距和變距螺旋槳兩大類。

變距：槳葉角的變化

功率小的活塞式輕型飛機,主要靠槳葉的空氣動力和配重的慣性離心力來改變槳葉角。

空氣動力力矩使槳葉變低距配重的慣性離心力距使槳葉變高距

槳葉角減小叫變（小）低距槳葉角增大叫變（大）高距3.2.1螺旋槳的變距功率大的活塞式發(fā)動機飛機，設有專門的變距機構—調速器。它靠液壓或電動力來改變槳葉角。

變距機構的分類

人工變距機構，以變距桿為代表自動變距機構，以調速器為代表變距的目的人工變距，通過前推或后拉變距桿，改變槳葉角、槳葉迎角、旋轉阻力的大小，從而調整轉速快慢。自動變距，通過調速器自動調整槳葉角的大小，保持轉速恒定不變。發(fā)揮發(fā)動機經濟性提高螺旋槳工作效率

3.2.2螺旋槳拉力隨飛行速度的變化3.2.2螺旋槳拉力隨飛行速度的變化螺旋槳飛機拉力隨速度變化曲線螺旋槳拉力隨速度的增大而逐步減小。

3.2.2螺旋槳拉力隨飛行速度的變化飛行速度增大，使得相對氣流方向越發(fā)偏離旋轉面，因此槳葉總空氣動力R的方向也更加偏離槳軸。

3.2.3螺旋槳拉力隨油門位置的變化螺旋槳飛機不同油門位置下的拉力曲線螺旋槳的拉力隨油門的增大而增大。

3.2.3螺旋槳拉力隨油門位置的變化油門增加，螺旋槳轉速增大。調速器為了保持轉速，自動增大槳葉角。因此槳葉總空氣動力R增大。

3.2.4螺旋槳拉力隨飛行高度的變化對于安裝自然吸氣式活塞發(fā)動機的螺旋槳的拉力隨高度的增大而減小。

增壓式發(fā)動機

伊爾—14飛機單臺發(fā)動機在不同高度的拉力曲線在額定高度以下在額定高度以上HHPP

螺旋槳的拉力隨溫度的增加而減小。3.2.5螺旋槳拉力隨氣溫的變化3.2.5螺旋槳拉力隨氣溫的變化溫度高溫度低T

產生負拉力的幾種情況：飛行速度過大，油門比較小。飛行速度不太大而油門過小。發(fā)動機空中停車,產生負拉力。3.2.6螺旋槳的負拉力產生負拉力其根本原因是槳葉迎角是負迎角

空中停車后螺旋槳的自轉（風車狀態(tài)）相對氣流飛行阻力總空氣動力旋轉力空中停車后螺旋槳的自轉（風車狀態(tài)）不僅增加了飛機阻力，還加劇了發(fā)動機的磨損。

順槳完成

發(fā)動機停車后，應立即順槳，這時，槳葉與飛行方向平行，是順著氣流方向，這樣螺旋槳不再旋轉，避免了發(fā)動機的磨損，還消除了負拉力。

如果沒有順槳裝置，應變大距（變距桿拉到最后）。變大距的目的是將槳葉角增大到90度左右，槳葉幾乎與飛行速度方向相平行，從而減小發(fā)動機的磨損，減小阻力。相對氣流槳弦旋轉面

本章主要內容3.1螺旋槳的拉力和旋轉阻力3.2螺旋槳拉力在飛行中的變化3.3螺旋槳的有效功率和效率3.4螺旋槳的副作用

3.3螺旋槳的有效功率和效率螺旋槳有效功率是影響螺旋槳飛機飛行性能好壞的因素之一。螺旋槳效率則是衡量螺旋槳性能好壞的重要標志。因此，飛行員對什么是螺旋槳有效功率和效率、以及如何獲得好的螺旋槳有效功率和效率應該有所了解。

3.3.1螺旋槳的有效功率螺旋槳產生拉力，拉著飛機前進，對飛機做功。每秒鐘內螺旋槳對飛機所做的功的多少就是螺旋槳的有效功率。螺旋槳的有效功率取決于拉力和飛行速度，拉力和飛行速度改變，螺旋槳的有效功率也將改變。拉力P又取決于V、H、T、和油門位置—

螺旋槳拉力（kgf千克力）—

飛行速度(m/s)—

螺旋槳的有效功率（馬力）N槳PV*(國際單位制)

螺旋槳的有效功率隨飛行速度的變化小于某一飛行速度時，螺旋槳有效功率隨速度增大而增大。大于某一飛行速度時，螺旋槳有效功率隨速度增大而減小。VA

VAVAVAV﹤V﹥

螺旋槳的有效功率隨不同油門位置的變化飛行高度和轉速均不變的情況下，油門位置越大，發(fā)動機有效功率越大，螺旋槳有效功率隨之增大。

注：吸氣式發(fā)動機與增壓式發(fā)動機的工作原理不同，受高度變化的影響也有不同。螺旋槳的有效功率隨不同高度的變化對于吸氣式發(fā)動機增壓式發(fā)動機額定高度以下額定高度以上HN槳HHN槳N槳

獲得螺旋槳最大有效功率的方法對于活塞式螺旋槳飛機，當高度和飛行速度一定的情況下，要想使螺旋槳有效功率盡可能大，在加油門的同時應當前推變距桿增大轉速。

3.3.2螺旋槳的效率螺旋槳的有效功率與發(fā)動機的有效功率之比，定義為螺旋槳的效率η螺旋槳的效率的高低表明了螺旋槳性能的好壞。螺旋槳的效率高，表明發(fā)動機的有效功率損失少，螺旋槳的性能好。

螺旋槳的效率η與相對進距λ的關系在固定槳葉角的情況下，螺旋槳的效率在某一固定相對進距下達到最大。ηλ主要隨（相對進距）和（槳葉角）變化φ螺旋槳效率曲線相對進距（前進比）ληλ有利

螺旋槳的效率η與槳葉角φ的關系不同槳葉角的螺旋槳效率曲線

活塞式變距螺旋槳飛機，在使用額定轉速和額定油門做大速度平飛時，螺旋槳效率最高。獲得螺旋槳最大效率的方法在飛行速度減小時，收小油門、減小進氣壓力、后拉變距桿減小轉速，以保持螺旋槳效率。在飛行速度增大時，加大油門、增大進氣壓力、前推變距桿增大轉速，以保持螺旋槳效率。

本章主要內容3.1螺旋槳的拉力和旋轉阻力3.2螺旋槳拉力在飛行中的變化3.3螺旋槳的有效功率和效率3.4螺旋槳的副作用

3.4螺旋槳的副作用螺旋槳在工作中，一方面產生拉力，提供飛機的前進動力；另一方面還會產生一些對飛行不利的副作用。進動反作用力矩滑流扭轉作用④螺旋槳因素

3.4.1螺旋槳的進動機頭改變時，螺旋槳軸除了依操縱力矩外，槳軸還要繞另一個軸轉動的現(xiàn)象稱螺旋槳的進動?？v軸豎軸橫軸機頭上仰向右進動

螺旋槳進動的產生右轉螺旋槳機頭上仰縱軸豎軸橫軸機頭上仰向右進動——向右進動

3.4.1螺旋槳的進動螺旋槳的進動方向示意左手定則右手定則進動方向的判斷方法

3.4.2螺旋槳的反作用力矩左轉螺旋槳——右滾力矩右轉螺旋槳——左滾力矩螺旋槳轉動方向反作用力矩方向牛頓第三運動定律：螺旋槳轉動給空氣一個作用力，空氣反過來有一個大小相等方向相反的反作用力。

在空中飛行時，反作用力矩有使飛機帶坡度的趨勢。加油門，槳葉空氣動力增大，反作用力矩隨之增大。減油門，槳葉空氣動力減小，反作用力矩隨之減小。反作用力矩對空中飛行的影響

反作用力矩對地面滑跑的影響在地面滑跑時，反作用力矩的作用使左右兩側機輪對地面的壓力不均，受到的摩擦阻力不同，使得機頭向一側偏轉。反作用力矩N左N右偏轉力矩F左F右

受螺旋槳作用，向后加速和扭轉的氣流叫螺旋槳滑流。3.4.3螺旋槳的滑流扭轉作用

C—130的螺旋槳滑流

螺旋槳滑流對飛機的扭轉作用機身和垂尾產生向左的側力右偏力矩初教六左旋上層：自右向左流動下層：自左向右扭轉（主要受油門大小的影響）左轉螺旋槳（加油門，右