【毕业论文】航空模型螺旋桨的副作用及其改良方法.doc

航空模型螺旋桨的副作用及其改良方法 大多数有动力飞机的飞行离不开螺旋桨，航空模型也不例外。这个依靠牛顿第三定律设计出来的小东西圆了人们的飞行梦。 螺旋桨是一种把发动机的动力变成拉力的装置。螺旋桨的效率的高低会直接影响到模型飞机的飞行成绩 。 一：螺旋桨的工作原理： 螺旋桨桨叶的工作原理和机翼十分相似。如果把桨叶取下来观察，就会发现它是一个扭曲着的机翼。桨叶剖面和机翼剖面差不多。桨叶和机翼的区别在于，机翼在空气中的运动基本上是平动的，而桨叶既绕着桨轴旋转，又随着飞机前进。螺旋桨的拉力就是靠桨叶在空气中运动而产生的。我们可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气 流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。螺旋桨可以使空气加速向后喷，所以空气也就有力作用在螺旋桨上。螺旋桨的工作原理可用螺旋桨的动量论来解释。 二：螺旋桨拉力在飞行中的变化 1．桨叶迎角随转速的变化 在飞行速度不变的情况下，转速增加，则切向速度(U)增大，进距比减小桨叶迎角增大，螺旋桨拉力系数增大。又由于拉力与转速平方成正比，所以增大油门时，可增大拉力。 2．桨叶迎角随飞行速度的变化： 在转速不变的情况下，飞行速度增大，进距比加大，桨叶迎角减小，螺旋桨拉力系数减小，拉力随之降低。 当飞行速度等于零时，切向速度就是合速度，桨叶迎角等于桨叶角。飞机在地面试 车时，飞行速度(V)等于零，桨叶迎角最大，一些剖面由于迎角过大超过失速迎角气动 性能变坏，因而螺旋桨产生的拉力不一定最大。 3．螺旋桨拉力曲线： 根据螺旋桨拉力随飞行速度增大而减小的规律，可绘出螺旋桨可用拉力曲线。 4．螺旋桨拉力随转速、飞行速度变化的综合情况： 在飞行中，加大油门后固定。螺旋桨的拉力随转速和飞行速度的变化过程如下： 由于发动机输出功率增大，使螺旋桨转速(切向速度)迅速增加到一定值，螺旋桨拉 力增加。飞行速度增加，由于飞行速度增大，致使桨叶迎角又开始逐渐减小，拉力也随 之逐渐降低，飞机阻力逐渐增大，从而速度的增加趋势也逐渐减慢。当拉力降低到一定 程度(即拉力等于阻力)后，飞机的速度则不再增加。此时，飞行速度、转速、桨叶迎角 及螺旋桨拉力都不变，飞机即保持在一个新的速度上飞行。 三：螺旋桨对航模飞机的副作用及其改进： 螺旋桨的反作用力矩 大多数航模飞机由于都属于轻型机，普遍采用双桨叶结构。螺旋桨转动时不断的打空气，使空气沿着螺旋桨转动的方向旋转。此时空气也会给螺旋桨一个大小相等、方向相反的法作用力矩。螺旋桨又把这个反作用力矩传给机身，迫使飞机向螺旋桨转动的反方向倾斜。这种作用力矩在直升机的螺旋桨上产生的很大，在直升机上的办法是加尾桨，还有制造共轴直升机。在普通的航空模型上同样存在着这样的力矩。飞行中，螺旋桨产生的反作用力矩的大小主要是由油门的位置决定。对于恒速螺旋桨的飞机来说，但加大油门增大进气压力时桨叶饺和奖叶迎角也变大，反作用力矩增大。但航模飞机飞行速度较慢，并且机翼、垂直尾翼和水平尾翼的总面积比较大，所以反作用力矩对飞机的影响不大。如果桨叶面积较大，可调节副翼或可使机翼后缘加1-2.5度的角度差，实际情况还可依照试飞而定。如图所示为公轴螺旋桨。 螺旋桨的进动 航模飞机的飞行中，，当使用操纵杆改变机头方向时，高速旋转的螺旋桨会使机头不按预定的方向偏转，而转向另一面，这是由于螺旋桨的进动引起的。可以拿双叶螺旋桨来说，当拉杆使机头向上仰时，飞机会给螺旋桨一个向上的力矩，当螺旋桨转到垂直位置时，上面的桨叶受到一个向后的作用力F，而下面的桨叶会后到一个向前的作用力F,产生了向前的加速度。因为有了加速度，所以经过一段时间后，原来在上面的桨叶转到右边就具有向后的加速度，原来下面的桨叶转到左边就会具有向前的加速度。于是螺旋桨将向右进动，并带动飞机向右偏转。反之，当机头向下，螺旋桨向左进动，带动飞机向左偏转。模型飞行中，由于螺旋桨的进动作用影响飞机的平衡，改变飞行状态是要考虑到螺旋桨进动的影响。一般地说，操作动作越猛，飞行状态变化越剧烈，进动力矩也就越大。所以，螺旋桨转速越大，操纵动作越猛，为了解除进动的影响，所需舵杆的操纵量也就越大。 螺旋桨的扭转气流 在实际的飞行经验中，螺旋桨的扭转气流是对航模飞机影响较大的因素。螺旋桨转动时，桨叶拨动空气，一方面使之向后加速流动，另一方面又使之顺着螺旋桨的旋转方向流动，后者称为滑流。螺旋桨的滑流流过机翼被分成上下两层。一般情况下，由于飞机尾翼的面积较大，一般手上层滑流的影响较大。是飞机向左偏转，如果安装时不作调整，飞行时螺旋桨转速越快，飞机向左偏转越大，所以飞机所需有舵越大。在模型的制作时，为了保证螺旋桨的滑流对飞机的影响较小，在装发动机时可使发动机和机身轴线成2-3度，这样就可以减小滑流对飞机控制