| 词条 | 螺旋桨片条理论 |
| 释义 | 螺旋桨片条理论简介螺旋桨片条理论（Standard Strip Analysis）又称为涡流理论是在儒可夫斯基螺旋桨涡流理论基础上，将普朗特(Prandtl)有限翼展理论应用于螺旋桨涡流模型中提出的螺旋桨特性计算理论。根据有限翼展理论，一个产生升力的有限翼展机翼，当前方来流绕过机翼时将改变方向，引起气流下洗(Airflow downwash)，下洗角取决于机翼升力大小、机翼截面尾迹沿(Trailing Edge)的切线方向和机翼展长。 在无限翼展情况下，机翼扰流无下洗角，机翼扰流仅取决于叶型剖面形状。下洗角的产生会使螺旋桨叶素相对气流攻角减小，在后面的螺旋桨特性计算中此下洗角称为干涉角 。叶素分析法就是在某半径 处剖开螺旋桨桨叶，取出径向一段微元段 ，利用翼型升阻特性数据对此微元 (即叶素)进行受力分析。 由于在航空涡桨发动机控制系统仿真实验过程中，需要建立实时计 算的航空螺旋桨模型，一般使用的计算流体力学CFD方法是无法完成计算的，但是又无法避免螺旋桨建模，所以就会使用螺旋桨片条理论进行实时模型的建立，简化螺旋桨模型计算过程，提高实时仿真效率，并通过实验数据进行仿真验证。片条叶素的示意图如右图所示。图中叶素段被单独示出，c标示叶素厚度，b标示叶素弦长，叶素的本质是一段机翼翼型。叶素具有翼型的升力系数、阻力系数，通过对翼型的升力和阻力的计算，可以得到叶素的整体受力，最后积分整个螺旋桨的受力情况。 详细内容螺旋桨片条理论的关键是将螺旋桨叶片半径剖开（即所谓叶素，构成叶片的片段形状要素）后对叶片的气动特性进行分析，得到截面的力学量变化，如右图所示。 图中β角就是气流下洗干涉角度，图中标示的螺旋桨运行状态时最常用的螺旋桨前进状态，其他的螺旋桨共作状态有：静拉力状态，零拉力状态，制动状态，自转状态，风车状态，全部的工作状态一共六种。 图中 V0 ——螺旋桨来流空速 α ——叶片实际攻角 β ——叶片的下洗角（Airflow downwash） dLp ——叶片叶素的升力（通过升力系数得到） dDp ——叶片叶素的阻力（通过阻力系数得到） dFp ——叶素的扭矩方向力分量 dT' ——叶素的前进推力方向力分量 dRp ——叶素受力的合力 φ ——干涉角β和空气角度φ0角度和 φ0 ——actg(V0/2nπr) 2nπr ——螺旋桨转速旋转分量 v ——干涉角度的气流速度和向量 va ——干涉角度的气流速度轴向分量 vt ——干涉角度的气流速度周向分量 θ ——螺旋桨桨叶角度 螺旋桨片条理论计算的最关键步骤是计算干涉角度β，计算的根本是求解一个非线性方程f(β)=0，由于百度百科无法提供公式编辑，所以请参阅《空气螺旋桨理论及其应用》（刘沛清 编著，北航社） 理论发展螺旋桨理论经历了如下的发展历程：来源于《空气螺旋桨理论及其应用》 1- 基于力学原得出的螺旋桨起动理论（19世纪及以前） 仅仅实现了功率和拉力与螺旋桨在气流中所起速度建立的联系，而不能把桨叶尺寸和几何关系与其在空气中所激起的速度联系起来，所以这些理论没有设计上的意义。 2- 螺旋桨叶素理论（1878年，W.Froud） 把螺旋桨桨叶当做螺旋桨的机翼建立的理论，这种理论也成为孤立桨叶理论（螺旋桨叶素理论）。同样的这种理论也不能用来设计螺旋桨，仅仅给出某些联系。 3- 动量和叶素理论的联合理论（19世纪） 这样的理论可以对螺旋桨的几何尺寸进行指导性的修正，从而可以指导螺旋桨叶片的设计工作。 4- 螺旋桨涡流理论（20世纪） 茹科夫斯基涡流理论和普朗特的有限翼展理论综合理论，也就是现在的片条理论，更进一步得到了几何特性和气动特性之间的关系，在螺旋桨气动设计中得到了广泛应用。可以应用于数值模拟。 5- 螺旋桨数值模拟设计阶段（20世纪末） 纳维斯托克斯方程（N-S方程）数值计算，优点是结果精确可信，缺点是不可实时计算。 应用实例可以通过如下步骤使用螺旋桨片条理论计算螺旋桨力学参数。 1-查找资料得到需要建立数学模型螺旋桨的叶型，叶型的全部数据可以百度一下"Airfoil Investigation Database"里面有上千种叶片的升力系数阻力系数的吹风数据，通过这些数据得到螺旋桨的风洞曲线。 2-通过这些曲线，带入到f(β)=0（上一环节提到过）中，求解得到干涉气流角。 3-根据干涉气流角度会进而通过公式演算得到全部的螺旋桨计算数据。计算时间不会长于0.01s。（Windows平台，32位core2酷睿二处理器2G内存，Matlab建模验证） |
| 随便看 |
百科全书收录4421916条中文百科知识，基本涵盖了大多数领域的百科知识，是一部内容开放、自由的电子版百科全书。