ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０２０.０３.０１８
田㊀钧ꎬ郑里鹫ꎬ龙㊀飞ꎬ王根辉
(中国特种飞行器研究所ꎬ湖北荆门㊀４４８０３５)
摘要：以某轻型飞机螺旋桨的选型与安装角选取设计为背景ꎬ以该飞机的总体设计要求为依据ꎬ对所需螺旋桨的直径和桨叶数进行分析ꎬ并基于该分析结果对螺旋桨进行选型ꎮ基于所选型号的螺旋桨性能特性数据ꎬ结合发动机性能参数求取螺旋桨理论最佳安装角ꎬ利用该安装角进行装机试验来确定实际安装角ꎮ根据实际工作总结提出了一套轻型飞机的螺旋桨选型与安装设计流程ꎬ目前该流程已在某轻型飞机设计中获得应用ꎬ可为螺旋桨的选型与安装提供一种有效的技术指导ꎮ
boin马凳筋关键词：轻型飞机ꎻ定距螺旋桨ꎻ部件特性ꎻ选型ꎻ安装角
rrggg中图分类号:Ｖ２７１.７㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:２０９５－５０９Ｘ(２０２０)０３－００８１－０４㊀㊀定距螺旋桨是指使用过程中桨叶安装角固定的螺旋桨ꎬ其具有结构简单㊁质量轻㊁成本低㊁维修简单等特点ꎬ主要应用于小功率的轻型和超轻型飞机[１－２]ꎮ定距螺旋桨桨叶固定不能变距ꎬ在飞机的起飞㊁爬升㊁巡航等不同阶段ꎬ桨叶角不能随发动机功率的变化而增大或减小ꎬ造成螺旋桨吸收
的功率与发动机输出的功率在恒速下不能良好协调匹配ꎬ螺旋桨在不同飞行状态下均不能具有较高的气动效率[３－４]ꎮ对于螺旋桨的选型ꎬ需要根据厂商提供的性能曲线与飞机进行匹配选取ꎬ在选取安装角时应兼顾各方需求ꎬ使飞机在不同飞行阶段都能获得可接受的螺旋桨气动效率ꎬ尤其是应满足起飞阶段与巡航阶段的拉/推力需求[５－６]ꎮ
目前ꎬ世界范围内轻型飞机定距螺旋桨的制造
商主要有ＳＥＮＳＥＮＩＣＨ㊁ＷＡＲＰＤＲＩＶＥ㊁ＮＥＵＦＯＲＭ㊁ＷＯＯＤＣＯＭＰ㊁ＩＤＲＯＶＡＲＩＯ㊁ＰＯＷＥＲＦＩＮ和斯塔娜等公司ꎮ如何对螺旋桨进行有效的选型与安装ꎬ实现螺旋桨与发动机的良好匹配并获得较高的效率ꎬ是飞机总体设计中的重要环节ꎮ目前ꎬ国内外定距螺旋桨主要应用在通用航空器上ꎬ尤其是以轻型运动航空器(ＬＳＡ)和超轻型运动航空器(ＵＬＡ)应用最多ꎬ这类飞行器主要安装的发动机类型为活塞发动机[７－９]ꎮ由于该类飞机螺旋桨设计生产厂商较多ꎬ因此飞机设计和制造公司在螺旋桨选型与安装设计的时候ꎬ往往直接参照已有机型的螺旋桨尺寸
和安装角度进行选型和安装设计ꎬ忽略了对螺旋桨最佳直径的选取ꎬ螺旋桨安装角也仅通过地面试验摸索出来ꎬ缺乏有效的选型方案ꎬ造成飞机油耗增加㊁噪声增大或拉/推力不足[１０－１２]ꎮ
本文以某轻型飞机的螺旋桨选型与安装设计
全自动打胶机
为依据ꎬ提出一套轻型飞机螺旋桨选型与安装设计方案ꎬ该方案可为飞机设计师在轻型飞机螺旋桨选型与安装设计时提供有效的技术参考ꎮ
１㊀总体方案设计
螺旋桨的选型和安装应与飞机以及发动机进行一体化设计ꎬ以某轻型飞机为例ꎬ该轻型飞机总体设计指标有以下限制条件:１)飞行高度不大于
３０００ｍꎻ２)巡航高度１０００ｍꎻ３)最大飞行速度２２２ｋｍ/ｈꎻ４)巡航速度１９０ｋｍ/ｈꎻ５)起飞速度８０ｋｍ/ｈꎻ６)桨直径不大于１.７ｍꎻ７)飞机巡航拉力需求不小于８２３.２Ｎꎻ８)飞机起飞拉力需求不小于
１９６０Ｎꎮ
匹配该飞机的某型发动机运行参数见表１ꎮ２㊀螺旋桨选型设计
tmal
２.１㊀螺旋桨直径选取
螺旋桨的直径是确定螺旋桨大小的主要尺寸ꎬ与发动机的功率㊁转速㊁飞行高度㊁桨叶数等均有关系ꎮ在拉力一定的情况下ꎬ提高螺旋桨气动效率的
收稿日期:２０２０－０２－１２
基金项目：工信部民机科研项目(ＭＪ－２０１５－Ｆ－０３５)ꎻ航空工业联合基金资助项目(６１４１Ｂ０５０４０５０４)作者简介：田钧(１９８８ )ꎬ男ꎬ工程师ꎬ主要研究方向为飞行器动力系统总体设计与试验ꎬｊ７７３６２８７１＠１６３.ｃｏｍ.
1-甲基环戊醇１８ ２０２０年３月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｍａｒ.２０２０第４９卷第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４９Ｎｏ.３
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