桨叶的几何参数

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。在螺旋桨半径r1和r2(r1<r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β=α+φ。空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J=V/nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算：T=Ctρn2D4P=Cpρn3D5η=J·Ct/Cp式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米/小时，发动转速为6500转/分时，η≈32%。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。

科普垂直起降固定翼无人机螺旋桨简介☆导语小编曾向几位研发同学提出一个问题：“无人机上，看似简单，实则学问非常大的部件是什么？”几人统一回复：“螺旋桨”。

从小编非专业的角度看，谈论各种机型，实际是在谈论螺旋桨布局。

特别是针对垂直起降固定翼无人机，螺旋桨如果安装错误，连起飞都是问题。

CW-007大鹏无人机，通过颜色区分螺旋桨，防止误插螺旋桨如何分类、如何选择、如何布局更优……小编邀约了研发部门的小帅哥，为大家解读。

文章较长（超4000字），图片较多，非专业人士（比如小编）直接劝退……螺旋桨是指把发动机或电机的旋转轴功率转化为推进力的装置。

在无人机系统中，属于动力系统的一部分，螺旋桨的性能，以及螺旋桨与发动机或电机的适配性直接影响到无人机的飞行性能。

本文将从螺旋桨工作的原理、几何参数、分类、性能指标等方面，介绍垂直起降固定翼无人机螺旋桨。

一、螺旋桨工作原理1、从动量角度分析螺旋桨的旋转平面称为桨盘面，螺旋桨对流过桨盘面的空气做功，空气流经桨盘面后动量增加，加速的空气会对螺旋桨产生反作用力，这个反作用力就是螺旋桨的推力。

2、从空气动力学角度分析螺旋桨可视为一个旋转的机翼，气动原理与机翼相同。

螺旋桨垂直于桨径方向的剖面是一个翼型，称为螺旋桨叶素。

每一个叶素均会产生气动力，所有叶素的合力即为螺旋桨的产生气动力，该气动力沿飞行方向的分力即为螺旋桨的推力，沿旋转方向的分力对旋转中心的力矩即为螺旋桨的扭矩。

二、螺旋桨几何参数1、螺旋桨直径D螺旋桨直径是指桨尖所画圆的直径。

一般而言，螺旋桨的直径需要通过发动机功率、转速、无人机飞行速度、桨叶数目以及螺距综合确定，螺旋桨直径的单位一般是英寸。

2、桨叶数目N B桨叶数目也是螺旋桨的一个重要参数，2叶桨、3叶桨和6叶桨是最常见的螺旋桨。

无人机的螺旋桨一般是2叶桨和3叶桨，例如大鹏系列无人机采用的都是2叶桨，我国的彩虹系列无人采用的是3叶桨。

螺旋桨的桨叶数目越多，螺旋桨的可吸收的最大功率越大，但是螺旋桨的效率越低，另外随着桨叶数目的增加，螺旋桨的重量也会随之增加。

螺旋桨的几何特征鱼雷螺旋桨位于鱼雷的尾部，由发动机带动以产生推力，利用该推力克服鱼雷运动时的阻力，使鱼雷以既定的速度航行。

不难理解，为了经商鱼雷的速度，不仅要求鱼雷具有阻力最小的雷体外形，还须要配置效率较高的螺旋桨，才能获得较好的推进效果。

螺旋桨通过推进轴直接由发动机驱动，当螺旋桨旋转时，将水流推向鱼雷后方。

根据作用与反作用原理，水便对螺旋桨产生反作用力，该反作用力即称为螺旋桨的推力。

我们研究螺旋桨的几何特征时，首先要对螺旋面有所了解。

设有一水平线AB（图8-1），匀速地绕线EE 旋转，同时又以均匀速度向上移动，则线AB上每一个点就形成一条螺旋线，由这些螺旋线所组成的面叫做螺旋面。

线段AB称为螺旋面的母线，它可以是直线或曲线。

展开了的螺旋线与圆柱体底线间的角度称为螺旋角，以表示，其值可按下式求得（8-1）式中H为螺距。

图8-1 螺旋面的形成当母线的圆周运动和直线运动均为匀速运动时，所得到的螺旋面称为等螺距螺旋面。

其螺旋线的展开图形如图8-1所示，不同半径处具有相同的螺距。

图8-2a 径向变螺距螺旋面螺旋线的展开图螺旋面也可以由不同螺距的螺旋线组成。

例如母线AB以均匀的速度绕EE轴线旋转。

也以均匀速度直线上升，只是在不同的半径上具有不同的上升速度，则得到径向变螺距螺旋面，不同的半径处螺距是不同的，其螺旋线的展开图如图8-2（a）所示。

假若母线的旋转运动和前进运动不是均匀的．或者其中任一种运动不是均匀的，则得到轴向变螺距螺旋面，其螺旋线的展开图如图8-2（b）所示。

图8-2b 轴向变螺距螺旋面螺旋线的展开图螺旋桨的结构参数图8-3 螺旋桨的结构参数螺旋桨的结构参数如图8-3所示。

螺旋桨与推进轴联接的部分称为桨毂以一定的角度联按于轮毅上。

鱼雷的桨叶一般为2-7片。

叶片数主要决定于螺旋桨推力的大小。

桨叶与轮毅的联接处称为叶根。

桨叶的自由端称为叶梢。

当螺旋桨开始工作时，叶片首先拨动水的一边称为导边，而水流从叶片脱离的一边称为随边。

第二章 螺旋桨几何形体与制造工艺
本章主要内容

§ 2-1 螺旋桨的外形和名称 § 2-2 螺旋桨制图 § 2-3 螺旋桨制造工艺


§ 2-1 螺旋桨的外形和名称
x
ε ε
x
转向 梢圆
叶面参考线 叶面 随边 叶背 桨叶 导边 侧投影轮廓
桨 直 径
叶根
t0 lk
DK
螺
Z O
D
r
旋
Z
d
O
y
桨毂
毂帽
叶根
9
10
11
12
（2）关于叶梢附近切面随边处的厚度
4
0. 8 0R
8 .0
0. 90 9 R 5R
D (m )
直径
7 .0 6 .0 5 .0 4 .0 3 .0 t 2 .0
0 .9 R
3
r 1( m m )
0.
2 r1 1
0 1 2 3 D (m ) 4 5
1 .0 3 4 5 6 t 7
0 .9 R
E
E
与盘面积A 之比称为伸张面比，即
0


伸张面比 = A ／A
E
0
展开面积 : 各桨叶展开轮廓所包含面积之总和
称为展开面积，以 A 表示。展开面积 A 与盘面
D D
积A 之比称为展开面比，即
0

展开面比＝A ／A
D
0
§ 2-2 螺旋桨制图
总图上一般有桨叶的伸张轮廓、投射轮 廓、展开轮廓及侧投影轮廓。 1. 投影原理 图2-13(a)所示，是将一机翼形切面的 螺 旋桨水平放置且叶面向下的情形。
叶梢（端）
(a ) (b )