螺旋浆飞机的螺旋浆制作 图还有相关的一些数据 如角度

飞机螺旋浆制作

2011-08-22 20:55

空气螺旋桨把发动机旋转作功形式转变为直线作功形式；把发动机的功率转变为拉动飞机前进的有效功率。它的工作效率及与发动机有配合程度，直接影响模型飞机的性能。在航模竞技比赛中，出于追求动力组极限水平的需要，对螺旋桨的要求更为“苛刻”；因此以“量体裁衣”手工方式制作螺旋桨的好处显而易见。航模初学者能够扎实地掌握这一手艺很有必要。一个直径（D)200mm、几何桨距（H）<?xml:namespace prefix = st1 /><?xml:namespace prefix = st1 />120mm的两叶等距螺旋桨（适用于装有1.5cc压燃式发动机或2.5cc电热式发动机的特技模型飞机）为例，介绍削制螺旋桨的方法。一、螺旋桨的一些基础概念大旦当我们把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼时，就能借助已知的空气动力学常识，直观地理解螺旋桨的基本工作原理。1．桨距、动力桨距和几何桨距桨距：从广义而言，可以理解为螺旋桨旋转一周沿桨轴方向所通过的直线距离。习惯上螺旋桨70%半径处的桨距值为“称呼值”，它具有标示意义。动力浆距（Hg）：桨叶旋转一周模型飞机所通过的距离（见图1）。设计螺旋桨时首先要确定动力桨距值。几何桨距：（H）：桨叶弦线迎角为零时，螺旋桨旋转一周所前进的距离（也见图1）。它体现了桨叶角的实际大小，是“看得见、摸得着”的实际参数。航模图纸上一般都标出几何桨距，是消制螺旋桨的主要依据。2．动力桨距和几何桨距的关系由于螺旋桨工作在接近于有利迎角下，与零度迎角之间的角差的存在，因此动力桨距值必然小于几何桨距值。几何桨距和动力桨距的关系是：几何桨距（H）= 1.1 ~ 1.3倍动力桨距（Hg）。也就是说，设计模型飞机时，动力桨距确定后，可以通过上述公式概略估算出螺旋桨的几何桨距。3．通常使用的螺旋桨是各段几何桨距值相等的所谓等距桨。它的优点是设计、制作比较容易；缺点是工作效率劣于不等距桨。由于不等距桨各段的几何桨距值和桨角均不一样，尽管其效率高，但制作的难度大。故初学者从削等距桨起步较为稳妥。4．桨叶角（β）：桨叶角是指桨叶剖面弦轮历线与旋转平面之间的夹角。5．几何桨距和桨叶角的关系几何桨距和桨叶角直接关联，是同一个问题的两种表达方式。几何桨距强调的是总体，桨叶角强调的是局部。就等距螺旋桨而言，桨叶角随其在螺旋桨半径方向上所处位置的不同而异；随着由桨根到桨尖方向的逐渐位移，桨叶角渐渐有规律地减小。（图2）二．螺旋桨的外形特征螺旋桨外形特征的形成，是基本原理、使用要求和材料三个因素相统一的结果。信托这些特征在脑子里建立起螺旋桨的“思维模型”，会使实际 *** 作有的放矢。1．桨叶的剖面由于桨叶弦长很小，剖面很薄，航模爱好者以往对螺旋桨剖面形状的研究较少，大多根据粗略感觉和“两个桨叶对称”原则一带而过。但为了追求高效率，有必要对螺旋桨剖面进行探讨。螺旋桨工作效率最高和一段在60% ~ 80%半径处。这一段一般为桨叶的最宽处，桨叶厚度约为弦长的滚桐扰12%。桨尖的弦长比较小，厚度约为10%。故靠近桨尖部分应注重减小阻力。桨根部分的线速度小，工作效率低，这部分桨叶剖面主要应服从保持强度和刚度的需要。图3为螺旋桨的几个典型剖面。图4为桨叶最宽处我桨尖的剖面（笔者设计；坐标见表1、表2）。其最高点在35%弦长处。从理论上考虑，最高点应在25%左右为佳；而从工艺上看，最高点太靠前可能使桨叶中段的最大垂直厚度超过桨根厚度，形成凸起，使桨的外形不合理。35%是综合权衡的结果。2．桨叶角的变化规律决定了桨叶呈一扭曲的片状：下弧表面大部分为一次曲面；上弧大部分为二次曲面。桨毂上下弧和桨尖端面为平面（图5）。3．为了结构强度的合理化，桨根处的剖面最厚，随着向桨尖处位移而逐渐减薄。把握住桨根处上弧最高点线和下弧靠近桨根处后缘线的位置和走向（见图5）是关键。上弧最高点线太靠前会使桨根截面积减少，削弱强度；下弧后缘线靠后，不但降低了桨根强度，还使桨根处的桨距不能达到（小于）设计值。这两条线如划得合理，就基本能肖桨进出现“思圆行方”式的纰漏。三．削制螺旋桨的主要步骤制作螺旋桨的木材用桦木、榉木、色木或柞木等；其中最常用的是桦木。1．通过作图法（图6）求出前缘最大高度后加上约2毫米即为桨木厚度。这个螺旋桨的桨木是8×22×200（毫米）桦木。木材的纹理要顺直，把较平整的一面作为下弧，并在平整的工作台上铺一细砂纸进一步磨平作为基准面。2．在钻台上用直径Φ5的钻头在桨木上弧中心点打孔（图7 - 1）。做一划中心线的辅助工具（图8），把它穿在已穿过桨木中心孔的5mm钻头柄上，紧贴桨木上弧。用大头钉穿过两端的小孔在桨木上扎两个小记号（图7 – 2）；再借助记号划出中心线（图7 – 3）。3．依照正面样板，在桨木上弧画出桨的正面（俯视）投影（图7 – 4）。为了做到螺旋桨完成后两个桨叶长度完全相等，最好在桨在之外另延长5毫米；待桨削好，涂敷涂料前重新用正面样板在下弧划上端面线，用手工锯沿线截断；再仔细把截面磨齐（插图中未画出这一步骤）。4．把划好线的桨木夹在台钳上，用手工锯沿线的外沿（距离尽量小）概略锯出桨的俯视投影轮廓；再用细木锉和钢锉进一步加工修整；最后用覆上细沙纸的砂纸板打磨到位，桨的正投影即完成（图7 – 5）。应仔细检查、切实做到两个桨叶投影面积完全一致，且所有边缘面和基准面垂直。5．在下弧划出靠近桨根部分的后缘线；在侧面概略划出前缘线（图7 – 6）。6．用手工锯在下弧面上锯出开口，用扁铲粗略地铲去就去除的部分；用细木锉修整后，用桨距规对桨叶角进行测量、修正（图9）；待接近设计值时，改用钢锉和砂纸板对桨叶角进行细加工，直到符合设计值。桨距规可以参照图10用有机玻璃自制。图7 – 7为桨叶下弧的保留部分和去除部分。 7．画出上弧靠近桨根处的最高点线。8．切削上弧：先用刻刀切削；最后的细加工过程与加工下弧的办法相同。（图7 – 7）随着加工进程形成新外形的同时，木材的内应力会随之发生一些变化，应注意检查和细修桨叶角。最后修出前缘外形。桨根处的前缘比较肥厚，具体处理办法是把这一处的下弧向上修圆滑，以减少阻力（参考图3、图5）。桨的后缘不能尖利，应保留0.2毫米厚度，以防拨螺旋桨启动发动机时划伤手指。上述8个步骤仅是按部就班的过程，还须对具体环节细化思考，周到处理。例如，有些加工程序可在两个桨叶上交替同步进行，既可防备万一失误而使前期更多工作量付之东流，也可减少已完成部分出现一些后期变化等。削好螺旋桨的关键在细节。“细节决定成败”；“细节之处见真章”。这两句话可作为完成上述8个步骤后的总结。

螺旋桨都会提供型值表，但是型值表都是展开轮廓数据，无法直接用于生成三维坐标点，因此：

把型值差枝表转化为三维坐标点，这个过程需要用到一组转化代码，

得到三维数据点之后，导入到SolidWorks，pro/e，或者UG

NX之后把每一个剖面上的点连成线，

然后再使用通过曲线组、扫掠等曲面困闹命令生成曲面就可以得到螺旋桨表面。

型值表向三维点阵转化的代码可以参汪庆罩考这个链接。

生成三维点阵的小程序代码

由于螺旋桨对水流的抽吸作用，造成桨盘处的水流加速，由伯努利定律可知，同一根流线上，水质点速度加快，必然会导致压力下降，从而造成船的粘压阻力增加。也就是桨产生的推一部分用于克服船体产生的附加阻力。

如果用伴流分数ω表征伴流与船速的比值，用推力减额t表征船体附加阻力与船体自身阻力的比值。那么，敞水桨与船后桨的差别就在于一个船身效率(1一t)／(1一ω)从中可以看出，伴流分数ω越大、推力减额t越小，则船身效率越高。

从螺旋桨图谱可以看出，横坐标的参数为√BP或BP。BP称为收到功率系数(或称为载荷系数)，其值为：BP=NPD0.5/VA2.5式中：N为螺旋桨转速；PD为螺旋桨敞水收到功率；VA为螺旋桨进速。

BP值越小，对应的螺旋桨敞水效率越高；反之，则螺旋桨效率越低。从个体因素来讲，N值和PD0.5/VA2.5值越小，BP值就越小。PD和VA参数有联动关系，在相对低速的范围内，PD值变大、BP值变小；在相对高速的范围内，PD值变大、BP值也变大。这取决于船的阻力特性。

实际船螺旋桨设计时，还要考虑以下的先决条件：螺旋桨直径有无限制、船舶航速的具体要求。

一般情况下，螺旋桨设计工况都对应船舶满载航行的状态，在该航行状态下，主机发出预定功率、螺旋桨效率达到最佳，船、机、桨匹配理想。但如果设计参数选择不当，就会造成螺旋桨产生“轻载”或“重载”的现象，“轻载”是指螺旋桨达到设计转速后，不能充分吸收主机的转矩，主机发不出预定功率；“重载”是指螺旋桨还未达到设计转速时，主机转矩已达到最大值，主机同样发不出预定功率。

螺旋桨设计产生“轻载”还是“重载”现象，主要取决于2个方面：(1)伴流分数ω、推力减额t取值是否正确。(2)船舶阻力计算的误差。

如选取的伴流分数ω大于船后实际值，则螺旋桨不能吸收预定的功率和发出要求的推力，从而无法达到预定的航速，螺旋桨处于“轻载”状态；反之螺旋桨处于“重载”状态。

如选取的推力减额t大于实际值，该情况类似于船舶轻载航行，螺旋桨达到额定转速后，不能吸收主机额定转矩，螺旋桨处于“轻载”状态；反之，螺旋桨处于“重载”状态。

船舶的纳盯改阻力大小，与船舶的尺度、线型等因素关系很大，同样一艘船，采用不同公式计算，阻力值可能有很大的区别。如阻力计算值大于实船阻力，则实船试航时，航速会大于预估速度，螺旋桨却处于“轻载”状态；反之，螺旋桨处于“重载”状态。

在桨的设计中，由于各参数的理论取值与实际值必然会有综合性的误差，螺旋桨不可避免地会产生“轻载”、“重载”现象。不论螺旋桨是“轻载”还是“重载”，都不能充分利用主机功率。相比较而言，螺旋桨“重载”时，主机工作在超负荷恶劣环境下，影响其使用寿命。

一般船舶在使用中都会有压载(空载)航行、满载航行、超载(船底积污或风浪原因)航行状态。对应船舶满载航行工况设计的螺旋桨，在超载航行时，就会“重载”。同时则誉考虑到主机因老化、磨损等原因，发出的额定功率也会逐渐降低。为了保证有一定的避免“重载”的安全裕度，需要有一个功率储备。作者根据自己的设计经验体会，在100%额定转速时，考虑功率储备后的设计功率推荐如下值：对于海船，85%～90%主机功洞判孰对于内河船，90%～95%主机功率。

如主机为高增压、大功率机型，功率储备取下限值，相对而言，该种机型的外特性曲线与推进特性曲线之间的间隙(潜在功率)小于常规机型。

---