飞机螺旋桨设计任务书

螺旋桨的材料课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解螺旋桨的基本概念，掌握其构造、分类及工作原理。

2. 使学生了解不同材料对螺旋桨性能的影响，掌握常见螺旋桨材料的特性。

3. 引导学生掌握螺旋桨材料选择的基本原则和方法。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析、解决实际问题的能力，能够针对不同场景选择合适的螺旋桨材料。

2. 提高学生的实验操作能力，通过实验观察、数据分析等方法，培养学生的科学探究精神。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对航空事业的热爱，培养其学习航空知识的兴趣。

2. 培养学生的团队协作意识，使其在小组讨论、实验过程中学会倾听、尊重他人意见。

3. 引导学生认识到材料选择在航空领域的重要性，培养其严谨、负责任的科学态度。

本课程针对初中年级学生，结合其认知特点，注重理论与实践相结合，以螺旋桨材料为核心，引导学生掌握相关知识点。

通过课程学习，使学生能够明确螺旋桨材料的选择原则，提高其解决实际问题的能力，同时培养其航空领域的兴趣和科学素养。

二、教学内容1. 螺旋桨的基本概念：螺旋桨的定义、构造、分类及工作原理。

教材章节：第二章 航空器的基本构造与原理，第三节 螺旋桨与尾翼2. 螺旋桨材料特性：金属、复合材料等不同材料的物理、化学性能及其在螺旋桨中的应用。

教材章节：第四章 航空器材料，第二节 常用航空材料3. 螺旋桨材料选择原则：根据不同使用环境、性能要求等因素，选择合适的螺旋桨材料。

教材章节：第四章 航空器材料，第三节 航空材料的选择与应用4. 实践操作：组织学生进行实验，观察不同材料螺旋桨的性能差异，培养学生实际操作能力。

教学安排：课程中段，安排2课时进行实验操作。

5. 案例分析：分析典型螺旋桨材料选择案例，使学生更好地理解理论知识在实际工程中的应用。

教学安排：课程后段，安排1课时进行案例分析。

教学内容安排注重科学性和系统性，结合课程目标，按照教材章节组织教学，理论与实践相结合，旨在帮助学生全面掌握螺旋桨材料相关知识。

螺旋桨设计毕业设计一、前言1.研究背景和意义螺旋桨是一种将旋转机械能转化为推力的装置，广泛应用于船舶、飞机、潜艇等领域。

螺旋桨的研究背景和意义如下：（1）.提高推进效率：螺旋桨的设计和性能直接影响到船舶、飞机等交通工具的推进效率。

通过研究螺旋桨的流场、水动力性能等，可以优化螺旋桨的设计，提高推进效率，降低能耗。

（2）.改善船舶操纵性：螺旋桨的设计和布局对船舶的操纵性有很大影响。

通过研究螺旋桨的水动力性能和流场分布，可以优化船舶的操纵性，提高船舶的航行安全性。

（3）.降低噪音和振动：螺旋桨在运转过程中会产生噪音和振动，对环境和人员造成不良影响。

通过研究螺旋桨的流场和水动力性能，可以采取相应的措施降低噪音和振动，提高交通工具的舒适性。

（4）.推动新技术的应用：随着计算流体力学（CFD）等新技术的发展，螺旋桨的设计和分析方法也在不断更新。

通过研究螺旋桨的设计和性能，可以推动新技术的应用，提高设计水平和效率。

2.研究目的和问题研究螺旋桨的目的主要包括提高推进效率、降低噪音和振动、改善船舶操纵性以及推动新技术的应用等。

以下是一些目前在螺旋桨研究中存在的问题：（1）.效率提升：尽管现代螺旋桨的设计已经取得了很大的进步，但在某些情况下，仍然存在效率低下的问题。

提高螺旋桨的效率可以降低能耗，减少对环境的影响。

（2）.噪音和振动：螺旋桨在运转过程中会产生噪音和振动，对环境和人员造成不良影响。

降低噪音和振动是螺旋桨研究中的一个重要问题。

（3）.空泡现象：在高航速下，螺旋桨周围的水流可能会产生空泡，从而导致推力下降、噪音增加以及螺旋桨的损坏。

如何有效地控制空泡现象是一个亟待解决的问题。

（4）.材料和制造工艺：螺旋桨在高速旋转和海水腐蚀的环境下工作，因此对材料和制造工艺的要求很高。

开发高性能材料和先进的制造工艺是提高螺旋桨性能的关键。

（5）.多学科优化：螺旋桨的设计涉及到流体力学、结构力学、材料科学等多个学科领域。

如何将这些学科知识有效地整合到螺旋桨的设计过程中，实现多学科优化，是一个具有挑战性的问题。

《直升机设计》课程设计姓名:齐伟学号:1101433070一、题目直升机旋翼桨毂（跷跷板式）设计二、任务1．选定桨毂结构型式，进行结构布置（主要是轴向铰）。

2．桨毂外载荷计算。

3．绘制桨毂装配工作图和零件（选1~2个主要零件）工作图。

4．零件强度计算。

5．编写桨毂设计说明书。

三、原始数据旋翼直径D 5.8m旋翼转速n 491rpm桨尖速度ΩR 150m/s桨叶弦长b 0.2m全机重量G 280kg桨叶重量m8.6kgb桨盘载荷102.41N/㎡桨叶实度0.0443旋翼旋转方向右旋（俯视）旋翼输入功率N 55H P四、桨毂结构参数桨毂预锥角δ 2.5°桨毂悬挂高度64mm挥舞调节系数0下限动角δ9°30′五、设计要求桨毂结构要合理，安全可靠，在满足强度要求的情况下，要尽量减轻桨毂的重量。

六、设计参数的计算与确定1、桨毂预锥角δ旋停状态下⎰Ω===Rl b e rdr R M N k Mg T tg N T 2)/(,/,δ δ=2.47º在水平飞行下，拉力大于旋停状态，所以预锥角取大。

取δ=2.5º2、当量挥舞铰外伸量e l假定12βΩ=1.1242Ω,当用铰接式旋翼代替，其挥舞一阶固有频率一致。

12βΩ=(1+e l e S /e I )2Ω , e I =⎰R l b e dr r R M 2)/( e S =⎰Rl b e rdr R M )/( 求得e l =0.433m3、桨毂悬挂高度h在预锥角δ=2.5º时，桨叶重心高h=Rsin2.5º/2=63.2mm在水平飞行状态，桨叶的锥度角变大，所以h 取大取h=64mm七、桨毂外载荷计算桨毂承受由桨叶传来的各种载荷（挥舞面的载荷、旋转面的载荷、铰链力矩）。

在直升机各种工作状态，载荷情况各不相同。

根据直升机强度规范，选用直升机在使用中会发生的并决定结构元件或整机最严重的工作状态的载荷作为桨毂静强度计算的载荷。

计算机辅助飞机设计实验五：桨叶设计一、实验要求1、掌握三维设计的基本方法和思路；2、通过复杂三维实体的造型练习，综合掌握零件设计模块、曲面设计模块、工程分析模块的主要功能和具体操作；3、切实体会CATA软件在计算机辅助飞机设计方面的强大功能。

二、实验内容1、绘制基本的翼型轮廓⑴选择菜单Start / Mechanical Design / Part Design，进入零件设计平台。

利用【Reference Element】工具栏中的按钮，生成表5-1所示的33个点，X坐标和Z坐标在表中取，Y 坐标全部取为“0”。

生成的点如图5-1所示。

表5-1 基本翼型数据X（mm）上面点的Z坐标（mm）下面点的Z坐标（mm）0 3.51.25 5.45 1.932.5 6.5 1.475 7.9 0.937.5 8.85 0.6310 9.6 0.4215 10.68 0.1520 11.36 0.0330 11.7 040 11.4 050 10.52 060 9.15 070 7.35 080 5.22 090 2.8 095 1.49 0100 0.12 0图5-1 生成的点⑵选择菜单Start / Shape / Generative Shape Design，进入基本曲面设计平台。

单击【Wireframe】工具栏上的按钮，然后从点（0，0，3.5）开始，到（100，0，0.12）结束，顺时针依次选择上部的17个点，单击按钮，即生成样条曲线1。

然后同样连接从点（0，0，3.5）到点（100，0，0）结束，顺时针选择下部的17个点，生成样条曲线2，如图5-2所示。

图5-2 生成的翼型样条曲线⑶选择【Reference Element】工具栏中的按钮，会出现如图5-3所示的对话框，在【Line Type】下拉列表中选择“Point-Point”生成方式，然后依次选择点（100，0，0.12）和点（100，0，0），单击按钮，即生成了连接两点的线段1。

MAU型螺旋桨设计计算书1．船体的主要参数船体总长L OA=150m设计水线长L WL=144m垂线间长L PP=141m型宽B=22m型深D=11m设计吃水T=5.5m方形系数C b=0.84菱形系数C p=0.849中剖面系数C m=0.69排水量△=14000t桨轴中心距基线距离Z P=2m船体有效马力曲线数据如下：2．主机参数型号N/A（两台）额定功率P S =1714hp转速N=775r/min齿轮箱的减速比i=5桨轴处转速n=155 r/min轴系传送效率ηS=0.97（中机型船）减速装置的效率ηG=0.97旋向双桨外旋3．推进因子的决定伴流分数ω=0.248推力减额分数t =0.196相对旋转效率ηR=1.004．船身效率计算ηH=(1-t)/(1-ω)=1.0695．收到马力计算储备功率取 10%收到马力P D =0.9* P S*ηG *ηS*ηR= 0.9*1714*0.97*0.97*1=1451.43hp 6．假定设计航速有效马力计算根据MAU4-40，MAU4-55，MAU4-70的Bp-δ图谱列下表计算。

据表中的计算结果可绘制P TE--Vs曲线，如下图1所示。

从P TE--Vs曲线P E曲线交点处可获得：MAU4-40 Vs= 11.83KnMAU4-55 Vs= 11.73KnMAU4-70 Vs= 11.56Kn7．初步确定桨的要素8．空泡校核根据柏利尔商船界限线计算桨轴沉深 hs =T–ZP=3.5m计算t=15°C,则Pv=174kgf/m2取水温15度，Pa-大气压为：10330Kgf/m2P 0-Pv= Pa–Pv+ hsγ= 13743.5kgf/m29．确定螺旋桨的要素据上表计算结果，可得不发生空泡的最小盘面比以及所对应的最佳螺旋桨要素。

A E / A0 =0.40； MAU4-40桨；Vs =11.83Kn ； P / D =0.722 ； D =3.48m ；η0 =0.628N=155r/min强度校核根据2001年《钢制海船入籍建造规范》校核t0.25R 及t0.6R应不小于按下式计算之值：X K Y t -=Y=1.36A 1Ne/(ZbN) X=A 2GA d N 2D 3/(1010Zb) 计算功率: Ne=Ps ×ηS =1714×0.97=1662.58 HPD=3.48 m A d =A E /A O =0.4P/D=0.722 ε=10oG=7.5 g/cm 3 N=155 r/min b 0.66R =0.226DA d /(0.1Z)=0.78648b 0.25R =0.7212b 0.66R =0.5672 b 0.6R =0.9911b 0.66R =0.779510．确定设计的螺旋桨各切面厚度桨叶厚度查表8-4 MAU标准桨可得出各切面最大厚度为：t0.2R=141.3mm t0.3R=124.9mm t0.4R=108.6mm t0.5R=92.2mm t0.6R=75.9mm t0.7R=59.5mm t0.8R=43.2mm t0.9R=26.8mm11．螺距修正螺距比为：P/D=(P/D)0 =0.72212．重量及惯性矩计算采用船舶及海洋工程设计研究院公式：桨叶重：Gbl = 0.169γ·Zbmax(0.5t0.2+t0.6) (1－d/D) D=0.169·7500·4·0.7865·(0.5·0.141+0.076)·(1-0.18)·3.48 =1667kgf桨毂重：Gn = (0.88－0.6·d/ d) LKγ d 2=(0.88－0.6·0.236/0.6264) 0.470·7500·0.6264 2 = 904.5kgf螺旋桨重量：G = Gbl + Gn= 1667+904.5=2571.5kgf螺旋桨的惯性矩：Imp = 0.0948γ·Zbmax(0.5t0.2+t0.6) D3=0.0948·7500·4·0.7865(0.5·0.141+0.076) ·3.483=13810.3kgf·cm·s213．敞水性征曲线之确定由MAU4-40，P/D=0.7和P/D=0.8的敞水性征曲线内插得到MAU4-40，P/D=0.722的敞水性征曲线，其数据见下表。

ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０２０.０３.０１８轻型飞机螺旋桨选型与安装设计田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ꎮ１㊀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.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表１㊀发动机相关运行参数运行参数数值起飞功率/Ｗ７３５００额定功率/Ｗ６９０００最大转速/(ｒ ｍｉｎ－１)５８００最大连续转速/(ｒ ｍｉｎ－１)５５００巡航转速/(ｒ ｍｉｎ－１)５０００齿轮箱减速比２.４２８６有效方法是增大桨叶直径ꎬ但桨叶直径选取受到临界马赫数的限制ꎬ在飞机发动机大转速运行时ꎬ增大桨叶直径ꎬ桨尖合成速度会急剧增大ꎬ导致桨尖区域出现激波ꎬ并引起激波损失ꎬ使螺旋桨效率降低ꎬ同时螺旋桨的直径也受到与其他结构安装配合的限制ꎮ由于定距螺旋桨安装角是不变的ꎬ同转速下提供的拉力或推力是一样的ꎬ而飞机在不同飞行高度对拉力或推力的需求不同ꎬ因此需要根据飞行高度的变化ꎬ控制油门调整螺旋桨的转速ꎬ使得其在额定功率限定的范围内产生的拉力或推力可以满足飞机正常的飞行需求ꎮ同时螺旋桨安装角设计还要保证飞机在巡航状态下螺旋桨气动效率最高ꎬ以达到总体设计的经济性要求ꎮ在实际工程应用中ꎬ轻型飞机主要选择的是三叶螺旋桨与两叶螺旋桨ꎬ由于在相同的螺旋桨直径下三叶螺旋桨的气动效率大于两叶螺旋桨的气动效率ꎬ所以选择三叶螺旋桨作为飞机装机桨ꎮ发动机齿轮箱减速比为２.４２８６时ꎬ计算可得在起飞㊁爬升和巡航状态下螺旋桨转速分别为２３８８ꎬ２２６５和２０５９ｒ/ｍｉｎꎮ螺旋桨桨尖合成速度Ｖｔｉｐ为叶尖相对于气流的合成速度:Ｖｔｉｐ＝Ｖ２＋(πｎＤ)２(１)式中:Ｖ为飞机的飞行速度ꎬｍ/ｓꎻＤ为螺旋桨直径ꎬｍꎻｎ为螺旋桨转速ꎬｒ/ｓꎮ考虑到噪声的影响ꎬ通常取Ｖｔｉｐ为１５０~２００ｍ/ｓꎬ上限不超过２５０ｍ/ｓꎮ将发动机功率对应的转速ｎ㊁飞机飞行速度Ｖ代入式(１)可得螺旋桨转速与直径的匹配关系ꎬ计算可得功率㊁桨尖合成速度与螺旋桨直径的关系见表２ꎮ表２㊀功率、桨尖合成速度与螺旋桨直径关系㊀ｍＶｔｉｐ１５０ｍ/ｓ２００ｍ/ｓ２５０ｍ/ｓ最大功率１.２０１.６０２.００１００％额定功率１.２７１.６９２.１１７５％额定功率１.３９１.８５２.３２㊀㊀由表２可得ꎬＶｔｉｐ为２００ｍ/ｓ时对应的螺旋桨直径大于Ｖｔｉｐ为１５０ｍ/ｓ时对应的直径ꎮ通常情况下ꎬ螺旋桨的直径越大其气动效率越高ꎬ由此说明Ｖｔｉｐ为２００ｍ/ｓ时对应的螺旋桨气动效率较高ꎮ结合飞机一个飞行周期的典型推力需求情况可知ꎬ其在起飞阶段以最大功率起飞ꎬ但巡航阶段主要用７５％~１００％额定功率状态飞行ꎬ所以螺旋桨直径应选择１.６０~１.８５ｍ为最佳ꎮ结合螺旋桨直径与叶数以及总体结构限制要求ꎬ暂选某型直径为１.６８ｍ三叶螺旋桨作为该轻型飞机装机螺旋桨ꎮ２.２㊀螺旋桨气动效率选取由于初选的螺旋桨参数仅作为该轻型飞机螺旋桨选型的参考ꎬ因此在螺旋桨直径Ｄ的范围㊁转速ｎ㊁桨叶数Ｂ等暂定之后ꎬ需按照螺旋桨性能关系曲线选择螺旋桨气动效率ꎬ进而确定螺旋桨型号ꎮ可分别算出飞机在起飞㊁爬升㊁巡航等状态下的进距比Ｊ和功率系数Ｃｐꎬ在螺旋桨性能关系曲线图上找出对应的效率范围ꎬ看其能否满足飞机在起飞㊁爬升㊁巡航等状态下总体设计的要求ꎮ进距比Ｊ计算公式如下:Ｊ＝ＶｎＤ(２)由式(２)可以计算出在不同发动机功率下巡航和最大飞行速度Ｖ对应的进距比Ｊꎬ见表３ꎮ表３㊀进距比的要求Ｖ１９０ｋｍ/ｈ２２２ｋｍ/ｈ最大功率 ０.９２２１００％额定功率０.８３３０.９７３７５％额定功率０.９１６㊀㊀要使桨尖合成速度保持在亚音速ꎬ螺旋桨进距比Ｊ必须满足以下公式:Ｊ>πＭ/Ｍ２ｔｉｐ－Ｍ２(３)式中:Ｍ为飞行马赫数ꎬＭ＝Ｖ/ａꎬ其中ａ为设计巡航高度声速ꎬａ＝３３６ｍ/ｓꎻＭｔｉｐ为桨尖合成马赫数ꎬＭｔｉｐ＝Ｖｔｉｐ/ａꎮ经计算可得暂选的某型直径为１.６８ｍ的三叶螺旋桨满足式(３)的要求ꎮ螺旋桨功率系数Ｃｐ计算公式如下:Ｃｐ＝Ｐρｎ３Ｄ５(４)式中:ρ为空气密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎻＰ为发动机功率ꎬＷꎮ结合总体设计指标限制条件ꎬ由式(４)计算可得不同功率状态下螺旋桨功率系数ꎮ７５％额定功率对应的功率系数为０.０７８ꎬ１００％额定功率对应的功率系数为０.１０４ꎬ最大功率状态对应的功率系数为０.１１１ꎮ结合该型号的螺旋桨功率系数ꎬ绘制２８２０２０年第４９卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀螺旋桨功率系数㊁安装角和进距比关系如图１所示ꎮ图１㊀螺旋桨功率系数㊁安装角和进距比关系曲线㊀㊀由图１可以初步确定ꎬ该螺旋桨的安装角范围为２２.５ʎ~３０.０ʎꎮ一般厂家给出的螺旋桨气动效率数据都是自由流数据ꎬ然而在实际工程中由于机身的干扰会产生气流的阻滞作用ꎬ所以需要根据该轻型飞机总体设计数据ꎬ对厂家给出的螺旋桨自由流特性数据进行修正ꎬ修正公式如下:Ｊｅｆｆ＝(１－ｈ)Ｊ(５)其中:ｈ＝０.３２９ＳｃＤ２(６)式中:Ｊｅｆｆ为修正后的进距比ꎻＳｃ为机身最大迎风面积ꎮ该型号轻型飞机Ｓｃ＝０.８６ꎬ修正后得到某型号螺旋桨气动效率Ｅｔａ㊁安装角β与进距比Ｊｅｆｆ关系曲线如图２所示ꎮ图２㊀螺旋桨的效率㊁安装角与进距比关系曲线㊀㊀由图２可以看出ꎬ当０.８３ɤＪｅｆｆɤ０.９８时ꎬ对应的螺旋桨气动效率Ｅｔａ为０.７２~０.８１ꎬ满足总体设计要求ꎮ综合上述分析ꎬ该型１.６８ｍ直径三叶螺旋桨满足轻型飞机装机要求ꎮ３　螺旋桨安装设计由于定距螺旋桨桨叶角不可调ꎬ在飞机的起飞㊁爬升㊁巡航等阶段不能都获得较高的螺旋桨气动效率ꎬ因此在确定了螺旋桨型号后ꎬ应根据该轻型飞机总体设计数据ꎬ结合厂家给出的螺旋桨自由流特性数据确定螺旋桨安装角βꎬ使得在飞机飞行的各个阶段都获得较为满意的效率ꎮ螺旋桨安装角β应保证当进距比Ｊ在一定范围内时其效率曲线较为平稳ꎮ当０.８３ɤＪɤ０.９８时ꎬ由图２可知ꎬ安装角大于２２.５ʎ的效率曲线相对平缓ꎬ故暂定安装角大于２２.５ʎꎮ由于飞机主要工作在巡航状态下ꎬ因而安装角的设计应优先保证巡航状态下的螺旋桨气动效率最高ꎮ在巡航状态下ꎬＪ＝０.９１６ꎬ由图２可知ꎬ安装角β＝２５ʎ时对应的螺旋桨气动效率Ｅｔａ最高ꎬ为０.８１ꎬ因此暂定该螺旋桨的安装角度为２５ʎꎮ接下来验证在该安装角下ꎬ推进系统能否满足飞机在起飞㊁巡航㊁爬升等状态下的拉力要求ꎮ螺旋桨拉力系数ＣＴ计算公式如下:ＣＴ＝Ｔρｎ２Ｄ４(７)式中:Ｔ为拉力ꎬＮꎮ由厂家给出的螺旋桨特性数据可以绘制ＣＴ与Ｊ的关系ꎬ如图３所示ꎮ图３㊀螺旋桨拉力系数㊁安装角和进距比关系曲线㊀㊀根据起飞和巡航状态的总体设计参数要求ꎬ结合式(３)可以计算得到对应飞行状态下的进距比分别为０.３３２和０.９１６ꎮ结合图３可以得到对应的拉力系数分别为０.１３１和０.０７７ꎮ由式(７)可得Ｔ＝ＣＴρｎ２Ｄ４(８)将读取的拉力系数代入式(８)ꎬ结合总体设计数据可以求出对应飞行状态下的拉力分别为２０２４.７Ｎ和１０７４.１Ｎꎬ满足总体设计指标ꎮ由上述分析可以得出β＝２５ʎ时可满足总体设计数据的要求ꎬ因此２５ʎ为理论最佳安装角ꎮ以该理论最佳安装角进行装机试验来确定实际安装角ꎮ如果上述计算分析结果不能令人满意ꎬ也可通过优化Ｄ和β来调整Ｅｔａꎬ使得螺旋桨满足飞机在不同飞行状态下的螺旋桨气动效率和拉力需求ꎮ若是由于螺旋桨选型受到限制ꎬ即总体设计对质量㊁直径有特别的限制要求时ꎬ也可与厂商协调ꎬ重新设计新桨ꎮ３８ ２０２０年第３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀田钧:轻型飞机螺旋桨选型与安装设计４㊀选型流程研究根据以上螺旋桨选型与安装设计分析ꎬ本文总结并提出了一种轻型飞机螺旋桨的选型流程ꎬ即首先通过螺旋桨转速情况以及飞机的总体设计要求确定螺旋桨的直径ꎬ再通过直径倒推螺旋桨桨叶数需求ꎬ最后在直径和桨叶数确定之后ꎬ结合成本㊁采购㊁售后等因素选择一款合适的螺旋桨或新研螺旋桨ꎻ根据螺旋桨设计生产厂商提供的性能关系曲线ꎬ与总体拉力需求进行对比ꎬ则可确定螺旋桨的理论最佳安装角ꎻ在理论最佳安装角确定后ꎬ开展地面台架试验㊁装机地面试验和试飞试验ꎬ根据适航条款要求与发动机限制条款要求对螺旋桨安装角进行修正ꎬ以确定螺旋桨的实际安装角ꎮ流程示意图如图４所示ꎮ图４㊀定距桨飞机螺旋桨选型与安装设计流程㊀㊀此设计流程为轻型飞机平台与螺旋桨的功率匹配分析提供了有效方案ꎮ５㊀结束语飞机的部件系统设计是一个复杂的系统工程ꎬ螺旋桨选型设计需结合飞机的类型㊁用途和性能指标等限制条件ꎬ选型或设计出与之相匹配的性能良好的螺旋桨ꎬ以提升飞机经济性ꎮ本文给出了螺旋桨选型设计的一些共性技术ꎬ亦分析了选型设计上的一些难点ꎬ可为轻型飞机的螺旋桨选型与安装设计提供一定的技术参考ꎮ目前该流程已在ＡＧ５０轻型运动飞机型号设计中获得应用ꎬ与该类型的飞机飞行试验分析结果相符ꎮ参考文献:[１]㊀赵婷ꎬ秦超ꎬ孟维宇.轻型通用飞机发动机功率估算方法[Ｊ].航空工程进展ꎬ２０１６ꎬ７(１):３８－４３.[２]㊀史明双.四座轻型飞机概念设计研究[Ｄ].南京:南京航空航天大学ꎬ２０１６.[３]㊀飞机设计手册总编委会.飞机设计手册第１３册[Ｍ].北京:航空工业出版社ꎬ２００６:３７７－４０７.[４]㊀刘沛清.空气螺旋桨理论及其应用[Ｍ].北京:北京航空航天大学出版社ꎬ２００６:２４－６０.[５]㊀唐梓杰ꎬ丁水汀ꎬ杜发荣.航空二冲程活塞发动机与定距螺旋桨的匹配研究[Ｊ].航空动力学报ꎬ２０１０(２):３７９－３８３. [６]㊀雷鸣ꎬ郭永恒.基于Ｆｏｕｒｉｅｒ分析的螺旋桨特性研究[Ｊ].航空计算技术ꎬ２００９ꎬ３９(３):５２－５５.[７]㊀史永运ꎬ钟易成ꎬ邓君湘ꎬ等.涡轮螺旋桨动力飞机桨发匹配性能仿真研究[Ｊ].机械制造与自动化ꎬ２０１９(４):１１６－１２０. [８]㊀张以良ꎬ熊鹰ꎬ时立攀.一种螺旋桨参数化建模方法[Ｊ].舰船科学技术ꎬ２０１５(１):３４－３８.[９]㊀项松.电动飞机螺旋桨气动性能计算与试验[Ｃ]//２０１９年(第四届)中国航空科学技术大会论文集.沈阳:中国航空学会ꎬ２０１９:１１３９－１１４３.[１０]王国强ꎬ胡寿根ꎬ杨晨俊.螺旋桨性能计算及设计的升力面方法[Ｊ].上海交通大学学报ꎬ１９８８(２):６１－７３ꎬ１１４. [１１]陈怀荣ꎬ王曦.基于部件特性的螺旋桨数学模型通用建模算法[Ｊ].推进技术ꎬ２０１９ꎬ４０(８):１６８１－１６９２.[１２]邓志伟ꎬ黄向华ꎬ田超.涡桨发动机螺旋桨实时建模技术[Ｊ].航空动力学报ꎬ２０１４ꎬ２９(２):４３４－４４０.ＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｌｉｇｈｔａｉｒｃｒａｆｔｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎＴｉａｎＪｕｎꎬＺｈｅｎｇＬｉｊｉｕꎬＬｏｎｇＦｅｉꎬＷａｎｇＧｅｎｈｕｉ(ＣｈｉｎａＳｐｅｃｉａｌＡｉｒｃｒａｆｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＨｕｂｅｉＪｉｎｇｍｅｎꎬ４４８０３５ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆａｌｉｇｈｔａｉｒｃｒａｆｔｐｒｏｐｅｌｌｅｒꎬｉｔａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｂｌａｄｅｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅａｉｒｃｒａｆｔꎬｄｅｔｅｒ￣ｍｉｎｅｓｔｈｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｅｌｅｃｔｅｄｍｏｄｅｌｉｔｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｄａｔａｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｅｎｇｉｎｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬａｎｄｏｂｔａｉｎｓｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｇｌｅ.Ｔｈｅｉｎ￣ｓｔａｌｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄａｔｔｈｅｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｇｌｅｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅａｃｔｕａｌｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｇｌｅ.Ｔｈｉｓｐｒｏｃｅｓｓｈａｓｎｏｗｂｅｅｎａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆａｌｉｇｈｔａｉｒｃｒａｆｔ.Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｇｕｉｄｅｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃ￣ｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｌｉｇｈｔａｉｒｃｒａｆｔꎻｆｉｘｅｄｐｉｔｃｈｐｒｏｐｅｌｌｅｒꎻｃｏｍｐｏｎｅｎｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎻｓｅｌｅｃｔｉｏｎꎻｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｇｌｅ ４８２０２０年第４９卷㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。

某沿海单桨散货船螺旋桨设计计算说明书姓名：胡建学班级：20120115学号：2012011503日期：2014年12月8日1.已知船体的主要参数船长 L = 118.00 米型宽 B = 9.70 米设计吃水 T = 7.20 米排水量 △ = 5558.2 吨方型系数 C B = 0.658桨轴中心距基线高度 Zp = 3.00 米由模型试验提供的船体有效马力曲线数据如下：航速V （kn ） 13 14 15 16有效马力PE （hp ） 2160 2420 3005 40452.主机参数型号 6ESDZ58/100 柴油机 额定功率 Ps = 5400 hp额定转速 N = 165 rpm转向 右旋传递效率 ηs=0.983.相关推进因子伴流分数 w = 0.279推力减额分数 t = 0.223相对旋转效率 ηR = 1.0船身效率 0777.111=--=wt H η4.可以达到最大航速的计算采用MAU 四叶桨图谱进行计算。

取功率储备10%，轴系效率ηs = 0.98螺旋桨敞水收到马力：P D = 5400×0.9×0.98×1.0=4762.8hp根据MAU4-40、MAU4-55、MAU4-70的Bp --δ图谱列表计算：项 目单位 数 值 假定航速Vkn 13 14 15 16 V A =(1-w)Vkn 9.373 10.049 10.815 11.536 Bp=NP D 0.5/V A 2.542.337 35.212 29.570 25.171 Bp 6.5075.934 5.438 5.017 MAU 4-40 δ 75.5071.84 65.28 60.32 P/D 0.6560.678 0.689 0.738 ηO 0.552 0.573 0.5950.628 P TE =P D ·ηH ·ηO hp 2833.344 2941.134 3054.0573223.442 MAU 4-55 δ 76.22 70.27 64.4358.94 P/D 0.683 0.704 0.7290.768 ηO 0.538 0.557 0.5810.603 P TE =P D ·ηH ·ηO hp 2761.148 2859.008 2982.1973095.120 MAU 4-70 δ 73.42 68.26 62.1857.88 P/D 0.708 0.724 0.7580.796 ηO 0.514 0.537 0.5680.586 P TE =P D ·ηH ·ηO hp 2638.295 2756.3512915.470 3007.120据上表的计算结果可绘制PT E 、δ、P/D 及ηO 对V 的曲线，如下图所示。

第一章引言杂货船一般没有固定的航线和船期，而是根据货源情况和需要航行于个港口之间，杂货批量远不及石油、矿砂那样多，除杂货外，也可载运散装杂货或大件货物等。

杂货船有航行于内河的小船，也有从事远洋国际贸易的两万吨载重吨以上的大船。

国际上普通货船在载重量通常在一万至两万吨。

杂货船不追求高速，而注重经济性和安全性，要求尽量多装货，提高装卸效率，减少船员人数和保证航行效率，减少船员人数和保证航行、货物安全。

杂货船是干货船的一种，装载各种包装、桶装、箱装、袋装和成捆等件杂货的运输船舶，又成为普通货船。

杂货船应用广泛，吨位术在世界商船队中居首位。

干货船，又称普通货船，是以运载干燥货物为主，也可装运桶装液体的货船，是最常见的货船，专门用来装运成包、成堆、成扎成箱的干货。

为避免受压，该货船有两至三层全通甲板，根据船的大小设有三至六个货舱，甲板上带有舱口未闭的货舱口，货舱口特别大，上面有水密舱口盖，一般能自动启闭。

配有完整的起货设备。

货舱口两端有吊杆装置，还有回转式起吊吊车，机舱设在船的中部或尾部。

前一种布置有利于调整船舶的纵倾，后一种布置可增大载货容积，但空载时有较大尾倾。

杂货船底部多为双层底结构，能防止船底破损时海水进入货舱，并可增加船体的纵向强度，双层底内空间可用作清水舱和燃料舱，也可做压载舱以调节船的重心。

本文是按照设计任务书的要求所进行的关于货船的设计，在设计过程中查阅了大量的资料和数据，并得到专业老师的指导和同学的帮助，在这里我向他们致以最诚挚的谢意。

由于本人的能力有限，在设计中不可避免的会出现一些错误，还望老师给予批评和指正。

第二章全船说明书2.1 总体部分2.1.1 概述小型沿海货船具有货物周转快，运输方便灵活，适合沿海短距离运输等特点。

可以进入条件简陋或水深限制的小型港口，码头。

还可以进入内河进行运输，是连接内陆沿江，沿海地区与沿海地区一种纽带。

2.1.2 主要数据2.1.2.1 主尺度总长L oa65.37m垂线间长L pp60.0m型宽 B 10.9m型深 D 5.35m设计吃水 4.2m排水量1869t2.1.2.2 主要船型系数长宽比Lpp/B 5.58长深比Lpp/D 11.2宽深比B/D 2.04宽度吃水比B/T 2.6方形系数Cb 0.662中剖面系数Cm 0.951水线面系数Cww 0.774棱形系数Cp 0.6952.1.2.3 载重量设计吃水4.2m，海水密度1.025t/m3时，载重量约1100t。

船舶推进课程设计任务书“信海11号”1.前言本船阻力委托七零八研究所五室进行船模拖曳试验,并根据试验结果得出阻力曲线。

实验时分别对m d 4.3=和m d 5.3=两种吃水情况来进行。

虽然在船舶试验过程中将本船的附体部分（舵、轴支架、舭龙骨等）也装在试验模型上，但考虑本船建造的表面粗糙度及螺旋桨等影响在换算本船阻力时再相应增加15%。

本船主机最大持续功率Kw 10802⨯额定转速为750转/分，考虑本船主机的经济性和长期使用后主机功率折损。

在船速计算中按%8510802⨯⨯Kw 来考虑。

螺旋桨转速为300转/分。

2.船体主要参数水线长 wl L70.36 m 垂线间长 pp L68.40 m 型宽 B15.80 m 型深 D4.80 m 设计吃水 d3.40 m 桨轴中心高1.30 m 排水量 Δ 2510 t本船的 D B =3.292; d D =1.412; BL pp =4.329 ; d B =4.647 3.主机主要参数型 号 8230ZC 二台额定功率 s P =1080kw (1469hp)额定转速 N=750r/min减速比 2.5传送效率 M η=0.954.推进因子伴流分数 ω=0.165； 推力减额 t=0.165船身效率 ηH =1； 相对旋转效率 ηR =15.阻力计算本船曾在七零八所水池进行船模阻力试验，表中数值为吃水3.4m 和3.5m 时船6．设计任务①船海1班及2班单号按d=3.4m，设计叶数为4叶的MAU型螺旋桨；船海3班及2班双号按d=3.5m，设计叶数为4叶的MAU型螺旋桨。

②完成所设计螺旋桨的设计计算书。

③绘制螺旋桨工作总图（2#图纸）。

④撰写设计总结。

⑤所有设计文件应具备电子文挡和纸质文挡各一份，纸质文挡应按封面、目录、计算书、工作总图、设计总结顺序装订成册。

⑥设计时间为1周，所有设计文件必须在16周星期五下午5点前交到指导教师处。

7．设计参考书①《船舶原理》盛振邦上海交通大学出版社② MAU型螺旋桨系列图谱人民交通出版社③《船舶推进》胡志安人民交通出版社8．纪律要求设计期间，所有同学应按正常的上下课时间进行作息，不得无故缺席。