飞机复合材料螺旋桨分类
以飞机复合材料螺旋桨为标题，本文将介绍飞机螺旋桨的分类及其与复合材料的关系。
一、传统金属螺旋桨的分类
传统飞机螺旋桨通常由金属材料制成，其分类主要根据螺旋桨的形状和结构特点来划分。常见的螺旋桨分类包括：
1. 固定桨：这种螺旋桨的桨叶无法调整角度，一般用于小型飞机。
2. 可调桨：这种螺旋桨的桨叶可以调整角度，以适应不同飞行状态。可调桨分为可调螺距桨和恒速桨两种。
3. 反转桨：这种螺旋桨可以在起飞和着陆时改变桨叶的角度，以提供额外的刹车效果，减少制动距离。
二、复合材料螺旋桨的分类
随着科技的进步，复合材料在飞机制造中的应用越来越广泛，螺旋桨也不例外。复合材料螺旋桨相比传统金属螺旋桨具有重量轻、强度高、抗腐蚀等优点。根据复合材料的不同组成和结构，复合材料螺旋桨也可以进行分类。
1. 碳纤维复合材料螺旋桨：这种螺旋桨使用碳纤维增强复合材料制成，具有高强度和低密度的特点。碳纤维复合材料螺旋桨广泛应用于大型商用飞机和军用飞机中，以提高飞机的性能和燃油效率。
2. 玻璃纤维复合材料螺旋桨：这种螺旋桨使用玻璃纤维增强复合材料制成，相比碳纤维螺旋桨具有更低的成本，适用于小型和中型飞
机。
3. 复合材料金属螺旋桨：这种螺旋桨结合了复合材料和金属材料的优势，桨叶由复合材料制成，而轴和连接部分则采用金属材料。这种螺旋桨在重量和强度之间取得了很好的平衡，被广泛应用于各类飞机中。
三、复合材料螺旋桨的优势
与传统金属螺旋桨相比，复合材料螺旋桨具有以下优势：
1. 重量轻：复合材料的密度远低于金属材料，使用复合材料制成的螺旋桨可以显著降低飞机的重量，提高其性能和燃油效率。
2. 高强度：复合材料具有优异的强度和刚度，使得螺旋桨在高速旋转时能够承受更大的载荷，提高飞机的安全性和可靠性。
3. 抗腐蚀：复合材料对湿度和化学物质的侵蚀具有较强的抵抗能力，能够延长螺旋桨的使用寿命。
4. 精确设计：复合材料的加工和成型工艺相对灵活，可以根据飞机的需求进行精确的设计和制造，提供更好的空气动力学性能。
四、复合材料螺旋桨的前景
随着科技的发展，复合材料在飞机制造中的应用将会越来越广泛。复合材料螺旋桨作为飞机的重要组成部分，将在未来得到更多的应用和改进。通过不断提高复合材料的制造工艺和性能，可以进一步降低飞机的重量、提高飞机的性能，并为未来飞机的设计和发展提供更多可能性。
总结：
本文介绍了飞机螺旋桨的分类以及复合材料螺旋桨的优势和前景。传统金属螺旋桨根据形状和结构可以分为固定桨、可调桨和反转桨。而复合材料螺旋桨根据材料组成和结构可以分为碳纤维复合材料螺旋桨、玻璃纤维复合材料螺旋桨和复合材料金属螺旋桨。复合材料螺旋桨相比传统金属螺旋桨具有重量轻、强度高和抗腐蚀等优势，将在未来得到更广泛的应用和改进。通过不断提高复合材料的制造工艺和性能，可以为飞机的设计和发展提供更多可能性。
复合材料（Composite Materials）是由两种或两种以上不同性能、不同形态的材料，通过复合工艺组合而成的新型材料。复合材料既能保持原材料的主要性能，又能通过复合效应与协同效应获得单一原材料不具备的性能，克服单一材料的缺点，从而满足各种不同的需求。 复合材料的用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。复合材料的兴起丰富了现代材料家族。尤其是具备高强度、高模量、低比重碳纤维增强复合材料的出现，使其成为各类军民装备重要的候选材料之一。美国国防部在2025年国防材料发展预测中提到，只有复合材料能够将强度、模量和耐高温的指标在现有基础上同时提高25%以上。复合材料正成为航空以及国防装备的关键材料。 国际先进军民用飞机中，复合材料用量持续增长。主要应用复合材料的部位包括整流罩、平尾、垂尾、平尾翼盒、机翼、中前机身等。F-22战机与空客A380飞机的复合材料用量在20%-25%之间，而波音B787与空客A350的复合材料用量将突破50%，超越铝合金成为用量最大的材料。飞机正进入复合材料时代。 一、复合材料概览 （一）复合材料的定义 复合材料（Composite Materials）是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既能保留原有组分材料的主要特色，又通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材料的简单混合有本质的区别。 复合材料包含基体（matrix）和增强材料（reinforcement）两个部分。基体材料主要起到包裹、支撑和保护增强材料的作用；增强材料是复合材料的关键，分布在基体材料中起到提高增强基体材料性能的作用，如提高强度、韧度及耐热性等，增强材料与基体间存在明显界面。
螺旋桨原理 桨叶角：螺旋桨旋转平面与桨叶弦线的夹角。现代的螺旋桨飞机桨叶角可调节，进而调节桨距。 桨叶攻角（迎角）：桨叶弦线和相对风的夹角。相对风的方向由飞机通过空气运动的速度和螺旋桨的旋转运动决定。当飞机静止时，相对风方向就是螺旋桨旋转方向，桨叶攻角与桨叶角相同。 当飞机运动时，攻角远小于桨叶角。运动时，螺旋桨转速一定时，飞机运动越快，桨叶角上的攻角就越小。如果螺旋桨转速增加，桨叶攻角增加。 螺旋桨的推进功率是拉力和速度的乘积。螺旋桨的效率是推进功率与提供给螺旋桨的轴功率之比。 作用在桨叶上的力：拉力弯曲力（拉力的反作用力）、扭矩弯曲力（气动阻力，该力试图使桨叶向转动相反的方向运动）、气动扭转力（压力中心靠近叶片的前缘、试图增加桨叶角）、离心扭转力（与气动扭转力相反，试图减小桨叶角。）振动力（由于气动力和机械力） 桨叶上距离桨榖的线速度不同，为了补偿桨叶的速度差，1桨叶做成每小段不同的角度。桨叶角到叶尖逐渐减小，称为桨距分配；2桨榖用较厚的低速翼型，翼尖采用较薄的告诉翼型；1、2共同使桨叶上产生相对不变的拉力。15 当桨叶角和飞行速度保持不变时, 桨叶迎角随 xA 螺旋桨转速的增大, 桨叶迎角增大。 B 螺旋桨转速的增大, 桨叶迎角减小。 xC 螺旋桨转速的减小, 桨叶迎角减小。 D 螺旋桨转速的减小, 桨叶迎角增大。 16 当桨叶角和螺旋桨的转速保持不变时, 桨叶迎角随 xA 飞行速度的增大, 桨叶迎角减小。 B 飞行速度的减小, 桨叶迎角减小。 C 飞行速度的增大, 桨叶迎角增大。x D 飞行速度的减小, 桨叶迎角增大。 19 当螺旋桨在原地工作时, 螺旋桨的效率（）。 xA 等于0。 B 等于0.5。 C 等于0.7。 D 等于1.0。 31 航空发动机中螺旋桨的功用是 xA 产生拉力或负拉力。 B 提高空气的压力。 C 增大空气流量。 D 产生升力。 40 几何桨距（桨距）的定义下述哪种说法是对的？ Ａ螺旋桨旋转一圈移动的距离xＢ螺旋桨在不可压缩介质中旋转一圈移动的距离 Ｃ螺旋桨在可压缩介质中旋转一圈移动的距离Ｄ几何桨距为飞行速度与螺旋桨转速之积 42 减小螺旋桨桨叶角的作用力是什么？ xA 桨叶离心扭转力 B 配重离心力Ｃ气动扭转力Ｄ旋转阻力矩 47 桨叶安装角是： Ａ桨叶叶弦和相对气流的夹角Ｂ相对气流方向与桨叶旋转平面的夹角 xＣ桨叶叶弦与桨叶旋转平面的夹角Ｄ桨距（几何桨距）和进距（有效桨距）的夹角 48 桨叶角是指 A 桨叶前缘和旋转轴夹角 B 叶背与螺旋桨旋转平面的夹角 xC 桨叶弦线和螺旋桨旋转平面的夹角 D 相对风和弦线夹角 74 螺旋桨的弦线与桨叶旋转平面间的夹角称 xA 桨叶角。xB 桨叶安装角。 C 相对速度进口角。 D 相对速度出口角。 50 桨叶弦线是指: A 桨叶中心线 B 叶尖到叶柄连线 C 桨叶75%处站位x D 前缘与后缘连线 51 桨叶迎角大小取决于： xＡ飞行速度，螺旋桨转速和桨叶角Ｂ飞行速度，油门杆和变距杆 Ｃ桨叶角，飞行高度Ｄ飞行速度，飞行高度和螺旋桨转速 52 桨叶站位是从何处开始计算的? A 叶尖 B 桨叶75%处x C 桨毂中心 D 桨叶50%处 53 空气流过桨叶的相对速度方向与桨叶弦线之间的夹角称为 A 桨叶安装角。 B 桨叶进口角。 C 桨叶角。x D 桨叶迎角。 59 螺旋桨产生拉力时,正常情况下叶片发生振动是由于: xA 机械力 B 飞行状态变化 C 排气流xD 气动力 60 螺旋桨产生最大应力的作用力是： Ａ气动扭转力xＢ离心力Ｃ推进弯曲力Ｄ转矩弯曲力 66 螺旋桨的桨叶角沿半径方向：
飞机定义和分类及飞机研制过程 有动力装置和固定机翼的重于空气的航空器。动力装置用于产生推（拉）力或动力升力，机翼用于在大气中运动时产生升力。也有人把气球、飞艇以外的航空器泛称为飞机。1903年美国莱特兄弟设计制造的飞机进行了成功的飞行，这是世界上首次实现重于空气航空器的有动力、可操纵飞行。 一、飞机的分类 飞机是航空运输系统的运载工具。经过近一个世纪的发展，飞机的飞行性能已达到很高水平。以速度为例，虽然目前大部分民航机都是亚音速(即飞机飞行速度与音速之比或称马赫数M小于0.75)民航机，但跨音速(M在0.75至1.2之间)、超音速(M在1.2至5.0之间)民航飞机也已投入运营，如前苏联1977年投入运营的图－144飞机，英、法合作发展、1976年投入定期航线运营的"协和"号飞机等。 所有飞行器可以分为航空器和航天器，前者是大气飞行器，而后者是空间飞行器(如火箭、航天飞机、行星探测器等)。航空器可分为轻于空气的航空器(如气球、飞艇等)与重于空气的航空器，如飞机与各种直升机、滑翔机、旋翼机等。飞机是最主要的航空器，由于它的用途很多，其分类方法也很多。 (一)按构造分类 按不同的构造可将飞机分为不同的类型。 按机翼数目，飞机一般可分为双翼机和单翼机。 按发动机类型可分为活塞发动机及螺旋桨组飞机和喷气式飞机。 按发动机数目可分为单发动机飞机、双发动机飞机、三发动机飞机和四发动机飞机。 按起落地点可分为陆上飞机、雪(冰)上飞机、水上飞机、两栖飞机和舰载飞机。 按起落方式可分为滑跑起落式飞机和垂直/短距起落式飞机。 此外，还可按尾翼位置或数量、机身数量分类。 (二)按用途分类 由于飞机的性能、构造和外形基本上由用途来确定的，故按用途分类是最主要的分类方法之一。现代飞机按用途主要可分为军用机与民用机两类，另有一类专门用于科研和试验的飞机，可称为研究机。下面主要介绍民用机。 1. 旅客机用于运载旅客和邮件，联络国内各城市与地区，或国际间的城市。旅客机可按大小和航程进一步分为：洲际航线上使用的远程(大型)旅客机；国内干线上使用的中程(中型)旅客机；地方航线(支线)上使用的近程(轻型)旅客机。目前各国使用的旅客机大都是亚音速机。超音速旅客机有两种，其最大巡航速度约为二倍音速。中型旅客机使用较广泛，既有喷气式的，也有带螺旋桨的，如"三叉戟"。 2. 货机用于运送货物，一般载重较大，有较大的舱门，或机身可转折，便于装卸货物；货机修理维护简易，可在复杂气候下飞行。 3. 教练机(民用) 用于训练民航飞行人员，一般可分为初级教练机和高级教练机。 4. 农业机、林业机用于农业喷药、施肥、播种、森林巡逻、灭火等。大部分属于轻型飞机。 5. 体育运动机用于发展体育运动，如运动跳伞等，可作机动飞行。 6. 多用途轻型飞机这类飞机种类与用途繁多，如用于地质勘探、航空摄影、空中游览、紧急救护、短途运输等。
航空器发展史 （广东工业大学机电学院机械设计制造及其自动化专业） 摘要: 关键词: 前言 自1903年,美国莱特兄弟制造出一架有动力、可操纵的机械，并驾驶它飞到空中起，人类就进入了航空时代。经过100多年的发展，航空工业已成为对人类政治、军事、经济和生活影响最大，并且最能反映国家的科技发展水平和工业能力的重要领域之一。 经济发展的需求牵引着航空器的迅猛发展。交通运输需要不断提高运送速度和运载量，发展到现在，运输机的速度已接近音速或超过音速，大型飞机的载客量多达数百人，商载则达上百吨，航程在一万公里以上，航空运输使人员交流、商品运输与信息传递达到前所未有的便捷。 战争的需要成为促进军用飞行器发展的主要动力。20世纪是人类历史上战争最多、规模最大的时期，世界大战发生过两次。经过第一次世界大战、第二次世界大战以及冷战，这几次战争可以看出，飞行器在战争中的投入规模越来越大，并在战争中发挥着举足轻重的作用。 飞行器发展到今天，满足军用与民用的高要求靠的是吸收世界的高科技，同时它也推动了众多科技的发展。在这个信息时代，电子设备在飞行器上的应用，使飞机的多面体功能发生着革命性的变化。随着科技的发展，今后飞机也将会更大地发挥它的作用，为人类服务。 下面就回顾一下航空器的发展历程。 对飞行器的早期探索（1903前） 人类在漫长的进化过程中不断进行着生存竞争，古代人在与猛兽或敌人斗争的时候，深感速度对于生存和取胜至关重要，同时也因受鸟类与昆虫的启发，渴望能在空中自由飞翔，以获取在自然界更强的生存优势，这就是远古时期萌发的航空理想。 中国是世界文明发展最早的国家之一，对人类文化的各方面都有贡献，航空方面自然也不例外，对空气动力的利用及有关发明如帆，箭羽、相风鸟、舵、风车，以及走马灯、孔明灯、竹蜻蜓、火药、火箭、陀螺、指南针、平衡环等，都是世界上最早的航空及航天装备的雏形。与我国明朝同期，西方，特别是欧洲，经历了文艺复兴运动，开始了对航空问题的科学研究。在资本主义出现前后，研究航空的人前赴后继，气球、飞艇、飞船等陆续上天，航空科学也慢慢建立了基础。这时候，原本走在世界前列的中国，反而渐渐落后了。中国千百年的经验，依然停留在研发认识的层次上，并没有发展出一套科学理论，很多航空原理的应用，只是停留在玩具上，而没有进一步的运用。尽管如此，我们祖先在航空知识的积累和航空器的创造发明等方面还是有着不可磨灭的贡献的。
复合材料基础知识 2009.1.2 定义： ?复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 性能 ?复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。 ?其特点是比重小、比强度和比模量大。 ?还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。 ?各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。 ?以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500℃，比超合金涡轮叶片的使用温度（1100℃）高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。 ?非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧，其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。 分类： ?按组成分 ①金属与金属复合材料 ②非金属与金属复合材料 ③非金属与非金属复合材料 ?按结构特点： ①纤维复合材料 ②夹层复合材料 ③细粒复合材料 ④混杂复合材料 ?树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）也称纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。 ?这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。树脂基复合材料发展史 ?1932年在美国出现 ?1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩 ?1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。 ?1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。 ?1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。 ?60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。
一、综述 无人机是近年来发展迅速的新兴技术，它是 一种无人驾驶的无人飞行器，具有自主导航、自动控制和自动跟踪功能，可以实现高空、 远距离、长时间的飞行任务。无人机结构的 研究和制造技术是无人机发展的关键，复合 材料是无人机结构制造的主要材料。 复合材料是指将两种或两种以上的材料结合 在一起，以满足特定功能的新型材料。复合 材料的优点是具有较高的强度、轻重比、耐 腐蚀性和耐热性等优点，可以满足无人机结
构的高性能要求。目前，复合材料已经成为 无人机结构的主要材料，广泛应用于无人机 的机身、机翼、尾翼和螺旋桨等部件的制造。 1、复合材料的分类 复合材料可以分为两大类：有机复合材料和 无机复合材料。有机复合材料主要由碳纤维 和树脂组成，具有较高的强度、轻重比和耐 腐蚀性，可以用于制造无人机的机身、机翼、尾翼和螺旋桨等部件。无机复合材料主要由 陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维组成，具有 较高的强度、耐热性和耐腐蚀性，可以用于 制造无人机的发动机、燃料系统和控制系统 等部件。
2、复合材料的制造技术 复合材料的制造技术主要包括碳纤维增强塑 料（CFRP）技术、玻璃纤维增强塑料（GFRP）技术和金属纤维增强塑料（MFRP）技术。 （1）碳纤维增强塑料（CFRP）技术 碳纤维增强塑料（CFRP）技术是将碳纤维和树脂结合在一起制成的复合材料，具有较高 的强度、轻重比、耐腐蚀性和耐热性等优点，可以用于制造无人机的机身、机翼、尾翼和 螺旋桨等部件。CFRP技术的制造过程主要
包括碳纤维层压、树脂浇注、固化和表面处理等步骤。 （2）玻璃纤维增强塑料（GFRP）技术 玻璃纤维增强塑料（GFRP）技术是将玻璃纤维和树脂结合在一起制成的复合材料，具有较高的强度、耐热性和耐腐蚀性，可以用于制造无人机的发动机、燃料系统和控制系统等部件。GFRP技术的制造过程主要包括玻璃纤维层压、树脂浇注、固化和表面处理等步骤。 （3）金属纤维增强塑料（MFRP）技术
民用航空器材料研究与应用 民用航空器是现代社会快速交通的代表，也是经济发展的重要推动力。而它的 设计和制造离不开高性能的材料。随着航空产业的不断发展，材料科学越来越受到人们的关注。本文将探讨民用航空器材料的研究与应用。 一、民用航空器材料的分类与用途 航空器材料是指用于航空器构件制造的一种特殊材料，包括金属、复合材料等。其中金属包括铝合金、镁合金、钢、钛合金等。而复合材料则包括碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料、有机复合材料等。 不同种类的材料在航空器上的应用也有所区别。铝合金在航空器中广泛应用， 主要用于制造机身、翼面、壳体等；钛合金则被用于燃气涡轮发动机、外壳、螺旋桨等部件；碳纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料则广泛应用于航空器的结构和外围设备，如机翼、襟翼、舵面等。 二、大力发展民用航空器材料研究 材料的研究和应用对于飞机的安全性、顺畅性以及航程等方面至关重要。因此，在民用航空器制造领域，对材料研究与应用的需求越来越高。 一方面，飞机的环保要求不断加强，对于材料的环保性以及航空器的废弃处理 提出了新的要求。因此，研究如何从环保的角度制造材料，将是未来一个重要的方向。 另一方面，随着飞机的发展和升级，对材料性能也提出了越来越高的要求，这 就需要不断探索新材料，研发高性能材料。例如，可让飞机更加轻盈、减少飞机燃料消耗的材料等。 三、民用航空器材料应用的未来趋势
未来，航空材料的研究方向将向着生态、科技和先进性发展。其中，生态方面主要是指环保材料，这对于航空产业的可持续发展是至关重要的。科技方面可能会集中在开展新材料及新制备工艺研究，例如新型低密度、高强度金属材料和耐热碳材料等。而先进性则是探索新领域，如新的智能材料和复合材料等。 总之，民用航空器的材料研究和应用是未来航空产业的发展重点之一。随着科技的不断进步和研究工作的不断深入，民用航空器材料必将迎来更加广阔的应用前景。
教案26：动力系统之螺旋桨
注塑桨，是指使用塑料等复合材料制成的桨叶。 碳纤桨，是指使用碳纤维制成的桨叶。碳纤维是一种与人造丝、合成纤维类似的纤维状碳材料。由于碳纤维的材料有优异的硬度，可制成合适的桨形，因此非常适合技巧性飞行，其效率优于木桨，价格比木桨更贵。 木桨，是指使用木材制成的桨叶，硬度高、质量轻，材料多为榉木，经过风干、打蜡、上漆以后不怕受潮，如图所示。在航空史中，木桨在早期扮演了非常重要的角色。第一次世界大战时期的很多无人机都使用的木桨，后来才逐渐被铁桨取代。 （2）按照桨叶数量分类 螺旋桨有2、3或4个桨叶,甚至更多。一般桨叶数目越多吸收功率越大。（3）按结构不同分类 定距螺旋桨：使用过程中桨叶安装角(或桨距)固定的螺旋桨。定距螺旋桨结构简单，重量轻，成本低，维修简单，在小功率的轻型和超轻型飞机上广泛应用。它的主要缺点是不能在各种工作状态下保持最佳性能。一旦螺旋桨牢牢安装于发动机曲轴上，飞行员不能再改变桨叶角度。因此，螺旋桨最大效率只有在特定前进比值时方能获得。以其他速度飞行时．螺旋桨效率总是低于最大值。该特征严格限制了飞行器性能。 变距螺旋桨：在飞行中能根据飞行速度和高度自动(或人工)改变桨叶角的螺旋桨。起飞时，前进速度小，变距装置减小螺旋桨的桨叶角，这样就使发动机在最大转速和最大功率状态下工作，因而使螺旋桨产生最大的拉力。在平飞时，变距机构能使桨距变到与这种飞行状态相适应的高距桨，这时，在最大转速下螺旋桨能从发动机得到最大的有用功率。所以，变距桨在任何飞行速度下，均能利用发动机的最大有效功率。 随着飞机飞行高度的变化而改变螺旋桨的桨距，也能够根据发动机的高度特性曲线从发动机那里得到全部有效功率。采用变距桨后，螺旋桨发动机的高度特性曲线与发动机的高度特性曲线便合成一条曲线，因而就再没有任何由于螺旋桨“变重”或“变轻”而造成的附加功率损失。所以变距桨在任何条件下
螺旋桨飞机的基本分类 螺旋桨飞机按发动机类型不同分为活塞式螺旋桨飞机和涡轮螺旋桨飞机。人力飞机和太阳能飞机通常都用螺旋桨推进，也属于螺旋桨飞机的范围。涡轮螺旋桨发动机的功率重量比，比活塞式发动机大2～3倍，在相同的重量下可提供更大的功率，燃油消耗率在速度较高时比活塞式发动机小，且可使用价格较低的煤油，故在600～800千米/时速度范围内的旅客机、运输机等大多为螺旋桨飞机。 按螺旋桨与发动机相对位置的不同，又分为拉进式螺旋桨飞机和推进式螺旋桨飞机。前者的螺旋桨装在发动机前面，“拉”着发动机前进；后者螺旋桨装在发动机之后，“推”着发动机前进。早期的飞机中曾有不少是推进式的，这种型式的缺点较多，螺旋桨效率不如拉进式高，因拉进式螺旋桨前没有发动机短舱的阻挡。此外在推进式螺旋桨飞机上难于找到发动机和螺旋桨的恰当位置，特别是装在机身上更困难。相反,在拉进式螺旋桨飞机上,发动机无论是装在机身头部或是装在机翼短舱前面都很方便。当装在机翼上时，螺旋桨后面的高速气流还可用来增加机翼升力，改善飞机起飞性能，因此拉进式飞机遂占据了统治地位。在少数大型飞机和水上飞机上，发动机多至8～12台以上，将发动机前后串置在短舱上,形成拉进和推进的混合型式。 螺旋桨飞机的结构特点 螺旋桨飞机的结构比较复杂。为了降低转速和提高螺旋桨效率，绝大多数发动机装有减速器。这类飞机的发动机装有滑油散热器。液冷活塞式发动机还装有冷却液散热器。桨毂和发动机均有流线型外罩，以减小阻力。螺旋桨旋转时产生一个反作用扭矩，大功率发动机的飞机常用较大的垂直尾翼或偏置垂直尾翼产生的力矩来加以平衡，也可以采用反向旋转的同轴螺旋桨来抵消反作用扭矩，如苏联的安22飞机。 现代的螺旋桨飞机多采用桨叶角可调的变距螺旋桨，这种螺旋桨可根据飞行需要调整桨叶角，提高螺旋桨的工作效率。由于螺旋桨在旋转时，桨根和桨尖的圆周速度不同，为了保持桨叶各部分都处于最佳气动力状态，所以把桨根的桨叶角设计成最大，依次递减，桨尖的桨叶角最小工作状态的桨叶是一根悬壁梁受力态势，为了增加桨根的强度，桨根的截面积设计为最大。 一架飞机上桨叶数目根据发动机的功率而定，有2叶、3叶和4叶的，也有5叶、6叶的。装于飞机头部的螺旋桨为拉力式螺旋桨，装于飞机后部的螺旋桨为推力式螺旋桨，还有既装有拉力式螺旋桨又装有推力式螺旋桨的飞机。 螺旋桨飞机的发展演化
基于流固耦合相互作用的复合材料螺旋桨性能研究 曾志波;姚志崇;王玮波;丁恩宝 【摘要】Investigations of the characteristic of FSI should be carried out to explore clues to design composite propellers, which can further improve propeller performances. A two dimensional hydroelastic foil model of propeller was firstly analyzed and then the FSI characteristic of composite propellers with different geometries of blade was comparatively studied by calculation. The effect of deformation of composite propellers in multiple conditions on hydrodynamic performance was investigated and the performance of vibration of composite propellers under different inflows was also explored in comparison with rigid counterparts. Some valuable conclusions are obtained, which are the basis of design and application of composite propellers.%开展复合材料螺旋桨流固耦合相互作用分析,为复合材料螺旋桨设计提供思路,有利于进一步提高螺旋桨的性能.文章进行了螺旋桨二维弹性剖面静力学分析,进而对不同几何复合材料桨叶的流固耦合作用特性做了数值计算比较研究,在此基础上,通过与对应的刚性螺旋桨的比较计算分析,研究了在多工况下的复合材料螺旋桨水动力性能影响,探索了在来流变化过程中复合材料螺旋桨的振动性能.文中研究得出了一些有意义的结论,为复合材料螺旋桨设计及应用奠定了基础. 【期刊名称】《船舶力学》 【年(卷),期】2011(015)011 【总页数】10页(P1224-1233)
飞机螺旋桨国标 【实用版】 目录 1.飞机螺旋桨的概述 2.国标的概念和作用 3.飞机螺旋桨国标的重要性 4.我国飞机螺旋桨国标的发展历程 5.飞机螺旋桨国标的主要内容 6.飞机螺旋桨国标对航空工业的影响 正文 一、飞机螺旋桨的概述 飞机螺旋桨，又称航空螺旋桨，是飞机的动力装置之一，主要用于产生推力，使飞机前进。它是由一系列叶片组成的，通过高速旋转产生升力，推动飞机向前。在飞机的发展历程中，螺旋桨发挥着至关重要的作用。 二、国标的概念和作用 国标，即国家标准，是指由国家相关部门制定、发布和实施的，用于规范和指导国民经济和社会发展的技术要求、测试方法、产品标准等方面的规范性文件。国标对于保障产品质量、提高生产效率、促进行业健康发展具有重要的作用。 三、飞机螺旋桨国标的重要性 飞机螺旋桨国标对于规范飞机螺旋桨的设计、生产、测试和使用具有重要意义。它有助于确保飞机螺旋桨的安全性、可靠性和互换性，提高航空产品的质量和性能，降低生产成本，推动航空工业的持续发展。 四、我国飞机螺旋桨国标的发展历程
我国飞机螺旋桨国标的发展经历了从无到有、从低级到高级的过程。自 20 世纪初，我国开始研制飞机螺旋桨以来，逐渐形成了一套完整的国标体系。目前，我国飞机螺旋桨国标已经与国际标准接轨，走在了世界前列。 五、飞机螺旋桨国标的主要内容 飞机螺旋桨国标主要包括以下方面： 1.飞机螺旋桨的分类和命名 2.飞机螺旋桨的尺寸和几何参数 3.飞机螺旋桨的材料和工艺要求 4.飞机螺旋桨的性能和载荷要求 5.飞机螺旋桨的试验和检验方法 六、飞机螺旋桨国标对航空工业的影响 飞机螺旋桨国标对航空工业产生了深远的影响。通过制定和实施国标，航空企业可以遵循统一的标准进行生产和研发，降低产品研发成本，提高生产效率。同时，国标有助于推动航空技术的创新和进步，提升我国航空工业的整体水平和竞争力。 总之，飞机螺旋桨国标在保障航空器安全、促进航空工业发展方面发挥着举足轻重的作用。
螺旋桨[luó xuán jiǎng] 螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可有两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种推进器。螺旋桨分为很多种，应用也十分广泛，如飞机、轮船的推进器等。 历史起源 1、古代的车轮，即欧洲所谓“桨轮”，配合近代的蒸汽机，将原来桨轮的一列直叶板斜装于一个转毂上。构成了螺旋桨的雏型。 2．古代的风车，随风转动可以输出扭矩，反之，在水中，输入扭矩转动风车，水中风车就有可能推动船运动。 3．在当时，已经使用了十几个世纪的古希腊的阿基米德螺旋泵，它能在水平或垂直方向提水，螺旋式结构能打水这一事实，作为推进器是重要的启迪。 伟大的英国科学家虎克在1683年成功地采用了风力测速计的原理来计量水流量，于此同时，他提出了新的推进器——推进船舶，为船舶推进器作出了重大贡献。 几何参数 直径(D) 影响螺旋桨性能重要参数之一。一般情况下，直径增大拉力随之增大，效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。此外还要考虑螺旋桨桨尖气流速度不应过大(<0.7音速)，否则可能出现激波，导致效率降低。 桨叶数目(B) 可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正比。超轻型飞机一般采用结构简单的双叶桨。只是在螺旋桨直径受到限制时，采用增加桨叶数目的方法使螺旋桨与发动机获得良好的配合。 实度(σ) 桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR2)的比值。它的影响与桨叶数目的影响相似。随实度增加拉力系数和功率系数增大。 桨叶角(β) 桨叶角随半径变化，其变化规律是影响桨工作性能最主要的因素。习惯上，以70%直径处桨叶角值为该桨桨叶角的名称值。螺距：它是桨叶角的另一种表示方法。 几何螺距(H) 桨叶剖面迎角为零时，桨叶旋转一周所前进的距离。它反映了桨叶角的大小，更直接指出螺旋桨的工作特性。桨叶各剖面的几何螺矩可能是不相等的。习惯上以70%直径处的几何螺矩做名称值。国外可按照直径和螺距订购螺旋桨。如64/34，表示该桨直径为60英寸，几何螺矩为34英寸。
【夹芯】夹芯材料简介 一、原理 自二十世纪四十年代低密度的夹芯材料就已用于复合材料，它可提高弯曲强度、降低重量。具有相同负荷能力的夹层结构要比实体层状结构轻好几倍。夹芯材料能够降低单位体积的成本、削弱噪音与震动、增加耐热、抗疲劳和防火性能等。夹芯材料的作用机理是将剪切力从表皮层传向内层，使两个表皮层在静态和动态载荷下都能保持稳定，并且吸收冲击能来提供抗破坏性能。 二、分类 用于复合材料夹层结构的夹芯材料主要有：硬质泡沫、蜂窝和轻木三类。 ①硬质泡沫主要有聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、聚醚酰亚胺（PEI）和 丙烯腈-苯乙烯（SAN或AS）、聚甲基丙烯酰亚胺PMI）、发泡聚酯PET）等。 ②蜂窝夹芯材料有玻璃布蜂窝、NOMEX蜂窝、棉布蜂窝、铝蜂窝等。蜂窝夹 层结构的强度高，刚性好，但蜂窝为开孔结构，与上下面板的粘接面积小，粘接效果一般没有泡沫好。 ③轻木夹芯材料是一种天然产品，市场常见的轻木夹芯主要产自南美洲的种植 园，由于气候原因，轻木在当地生长速度特别快，所以比普通木材轻很多，且其纤维具有良好的强度和韧性，特别适合用于复合材料夹层结构。 三、应用领域 夹芯材料的应用领域广阔，涉及能源、航空航天、船舶、交通运输、建筑等领域。航空航天
飞机的主要部件，如机身，机翼和尾翼可采用PVC泡沫夹芯材料复合结构，同时使用丁二烯。在生产中不必进行高压高温处理。飞机的重量得以减轻。直升飞机最新一代复合螺旋桨叶采用密度较低、可耐大多数溶剂且可经受高压蒸煮温度和压力的PMI泡沫夹芯材料。它采用传统预浸工艺制造。这种新型复合螺旋桨 叶的寿命可达10000h/L，是先前金属桨叶寿命的十倍。今天超轻型竞赛飞机、飞机模型和现代"超级风车”的桨叶都使用了轻质木质夹芯材料。 船舶 常规的交联PVC泡沫己在船舶中广泛应用。瑞士海军的护卫舰使用了28、 13.5、0.09m片状构造的丁二烯蜂窝夹芯材料。聚氨酯（PU）发泡夹芯材料也常用于船舶的建造。80人勺/露3高密度泡沫可应用于承载部件如船舷等；80〜120kg/m3的泡沫专门用作甲板和上部构造的芯材。硬质PU泡沫广泛用于水槽、绝缘板、结构性填料和充空填料。大型冷藏拖网鱼船很多是整体成型的夹芯构，用玻璃布制作内外蒙皮，夹芯材料的厚度为100mm。该类船具有轻质、高强、耐海水腐蚀、抗微生物附着以及吸收撞击能。很多游艇的船底、表面使用了标准的轻质木，以保证最大的剪切和挤压强度；船前部和甲板使用了密度较低的轻质木；隔壁面板室内地板和家具也使用了轻质木夹芯材料。 在多杂物（浮木等）漂浮的巴拿马运河中营运的快速渡轮，其抗破坏能力应是首先考虑的，其次是总重量轻以保证渡轮的速度。由于这些原因，一种线型PVC 泡沫芯材被选作船壳底材，另一类型的PVC泡沫芯材作船壳侧面材料和舷侧突出部。部件使用玻纤增强表皮层和真空袋膜工艺；甲板和船舱侧面使用横纹轻质木夹芯材料，其表面用交联环氧树脂/玻纤板材做舱房表皮层，以保证渡轮达到ABS 标准。 交通运输 交联的PVC夹芯材料在铁路运输中得到广泛应用，并用于公共汽车和有轨电
工程材料的分类与选用 ————大飞机对材料的选用工程材料有各种不同的分类方法;一般都将工程材料按化学成分分为: 金属材料Metals materials； 陶瓷材料 Ceramics materials； 高分子材料High polymer materials； 复合材料Composites materials； 功能材料Functional materials; 大型运输类飞机在国内外都有巨大的市场需求,对我国国民经济发展和科技进步有重大带动作用;发展我国大型飞机产业,研究生产具有自主知识产权和为市场所接受的大型运输类飞机,并在商业竞争中取得成功,实现航空工业产业大发展,是国家的意志,也是提高综合国力的必然要求;对飞机结构设计而言,除了安全因素之外,减轻结构重量是另一主要技术要求;飞机结构重量占全机重量之比值是衡量飞机结构设计先进性的最重要指标;大型飞机讲求安全性、经济性、舒适性、环保性;合理的结构选材方案不仅是大型飞机能否获得商业成功的技术保障,而且将有利于提升先进结构材料的研究水平和应用水平; 一、金属材料Metals materials 金属材料是最重要的工程材料,包括金属和以金属为基的合金;工业上把金属和其合金分为两大部分： 黑色金属材料：铁和以铁为基的合金钢、铸铁和铁合金； 有色金属材料：黑色金属以外的所有金属及其合金; 应用最广的是黑色金属;以铁为基的合金材料占整个结构材料和工具材料90％以上;黑色金属材料的工程性能比较优越,价格也较便宜,是最重要的工程金属材料;有色金属按照性能和特点可分为：轻金属、易熔金属、难熔金属、贵金属、稀土金属和碱土金属;它们是重要的有特殊用途的材料;有色金属中广泛应用于飞机工程中的有铝合金和钛合金; 1、黑色金属 含碳量小于％的合金称为钢,含碳量大于％的合金称为铸铁; 1钢及其合金的分类 钢的力学性能决定于钢的成分和金相组织;钢中碳的含量对钢的性质有决定性影响; 在工程中更通用的分类为： 1按化学成分分类;可分为碳素钢、低合金钢和合金钢; 2按主要质量等级分类： ①普通碳素钢、优质碳素钢和特殊质量碳素钢； ②普通低合金钢、优质低合金钢和特殊质量低合金钢； ③普通合金钢、优质合金钢和特殊质量合金钢; 2工程中常用钢及其合金的性能和特点 1碳素结构钢;
复合材料水翼水动力与结构强度特性数值研究 陈倩;张汉哲;吴钦;傅晓英;张晶;王国玉 【摘要】针对复合材料水翼存在的流固耦合求解问题,结合其自身特有属性,对复合材料水翼结构变形特性进行了数值仿真计算研究.研究建立了复合材料水翼流固耦合数值计算模型,并将数值计算结果与Zarruk等的实验结果进行对比,验证模型的正确性,得出复合材料水翼尖端扭转角随雷诺数的增加而增加的研究结论.基于数值计算模型,系统地研究了不同铺层角对复合材料水翼水动力特性及强度特性的影响,结果表明:不同铺层角复合材料水翼的尖端扭转角,随铺层角的增大而减小,而其尖端位移量随铺层角的增大先减小后增大.为了削弱工程常数的影响对复合材料水翼变形的影响,研究提出了无量纲扭转角和无量纲位移量,进一步探究复合材料水翼结构的弯扭耦合作用对其变形特性的影响.最后利用蔡-吴失效准则进行复合材料水翼强度特性的判断和分析,结果表明:不同铺层角复合材料水翼的蔡-吴系数,随铺层角的增大呈现先减小后增大的趋势,其中0?铺层时的复合材料水翼蔡-吴系数最小,50?铺层时的复合材料水翼的蔡-吴系数最大. 【期刊名称】《力学学报》 【年(卷),期】2019(051)005 【总页数】13页(P1350-1362) 【关键词】复合材料水翼;铺层角度;流固耦合;强度特性 【作者】陈倩;张汉哲;吴钦;傅晓英;张晶;王国玉
【作者单位】北京理工大学,北京100081;北京理工大学,北京100081;北京理工大学,北京100081;四川大学,成都610000;北京理工大学,北京100081;北京理工大学,北京100081 【正文语种】中文 【中图分类】TK72 引言 水力机械作为重要的工业装备，在水电开发、农业灌溉、海洋运输等领域起着重要的作用[1,2].在传统水力机械设计中多采用金属材料制造叶片，由于其固有频率低、振动模态复杂，流动容易引起结构振动甚至导致共振[3]，水力机械的安全高效稳 定运行一直是困扰行业发展的关键问题.同时，在船舶工程领域，复杂的海洋环境 及空化[4-5]现象会造成水力机械的严重腐蚀[6]，致使其使用寿命降低.近年来，由于先进复合材料具有良好的适应性、减重效果显著、抗腐蚀性强等特点[7]，被广 泛应用于螺旋桨[8-9]、喷水推进器等水力机械设备中[10-12]，为提高水力机械安全稳定性以及拓宽运行高效区提供了重要契机. 复合材料最早应用于航空航天等领域，主要用来提高结构的综合性能[13].从神舟 一号到神舟九号，从无人到载人，飞船推进分系统的主承力构件主要采用哈尔滨玻璃钢研究院制造的碳纤维复合材料[14]，同时空客A380 和波音B757 设计的民航客机中采用先进复合材料分别占飞机总体重量的25%和50%.复合材料不仅具有显著的减重效果，在气动力学的研究中也体现出良好的气动性能.Ganguli 和Chopra[15]，Soykasap 和Hodges[16]将气动弹性剪裁技术应用于复合材料直升机和旋翼叶片设计过程，有效提高了结构稳定性，减小了叶片动载荷及其振 动.1995 年美国国防部基于16% 的F/A-18 机翼模型风洞试验表明，自适应机翼
航空职业教育“十三五”规划教材 无人机应用技术专业系列 空气动力学与飞行原理 第5章螺旋桨与旋翼
第5章螺旋桨与旋翼 5.1螺旋桨的性能 5.2直升机空气动力学基础和飞行原理 5.3旋翼无人机
5.1.1概述 1.螺旋桨 螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可有两片或更多的桨叶与桨毂相连，桨叶的内侧为螺旋面或近似螺旋面。 喷气发动机出现以前，所有带动力的航空器无不以螺旋桨作为产生推动力的装置，螺旋桨至今仍用于装活塞式发动机和涡轮螺旋桨发动机的亚声速飞机。直升机旋翼和尾桨也是一种螺旋桨。 螺旋桨 喷气式飞机
5.1.2原理 螺旋桨旋转时，桨叶不断把大量空气（推进介质）向后推去，在桨叶上产生一向前的力，即推进力。一般情况下，螺旋桨除旋转外还有前进速度。如截取一小段桨叶来看，很像一小段机翼，其相对气流速度由前进速度和旋转速度合成。桨叶上的气动力在前进方向的分力构成拉力。在旋转面内的分量形成阻止螺旋桨旋转的力矩，由发动机的力矩来平衡。桨叶剖面弦（相当于翼弦）与旋转平面的夹角称为桨叶安装角。 螺旋桨旋转一圈，以桨叶安装角为导引向前推进的距离称为桨距。实际上桨叶上每一剖面的前进速度都是相同的，但圆周速度则与该剖面距转轴的距离（半径）成正比，所以各剖面相对气流与旋转平面的夹角随着离转轴的距离增大而逐步减小。为了使桨叶每个剖面与相对气流都保持在有利的迎角范围内，各剖面的安装角也随着与转轴的距离增大而减小。这就是每片桨叶都有扭转的原因。
5.1.2原理 螺旋桨效率以螺旋桨的输出功率与输入功率之比表示。输出功率为螺旋桨的拉力与飞行速度的乘积。输入功率为发动机带动螺旋桨旋转的功率。 在飞机起飞滑跑前，由于前进速度为零，所以螺旋桨效率也是零，发动机的功率全部用于增加空气的动能。 随着前进速度的增加，螺旋桨效率不断增大，速度在200～700km/h 范围内效率较高，飞行速度再增大，由于压缩效应桨尖出现波阻，效率急剧下降。螺旋桨在飞行中的最高效率可达85%～90%。螺旋桨的直径比喷气发动机大得多，作为推进介质的空气流量较大，在发动机功率相同时，螺旋桨后面的空气速度低，产生的推力较大，这对起飞（需要大推力）非常有利。