導讀：一款成熟的活塞式航空發動機，如果要在飛行包線內發揮最優的動力輸出性能，還需要匹配的螺旋槳。除了發動機的功率輸出特性，還需要了解螺旋槳的功率吸收特性，并以發動機的外特性曲線和螺旋槳的推進特性曲線為基礎，得出該活塞發動機匹配螺旋槳的最佳方法。了解槳發匹配相關的試驗與仿真技術，有助于槳發匹配的研究與推進。

航空螺旋槳匹配試驗技術

螺旋槳在設計完成后，需要進行螺旋槳的性能試驗及槳發匹配試驗。通過螺旋槳性能試驗，可以得到螺旋槳在不同轉速下的拉力、扭矩及功率等數據，初步了解螺旋槳的特性。通過槳發匹配試驗可以評估螺旋槳與發動機整體的性能，實現動力的最優匹配。

螺旋槳性能試驗的動力驅動裝置可以是發動機，也可以是電機，控制螺旋槳的轉速，通過拉壓傳感器和扭矩傳感器測出每個轉速下螺旋槳的拉力和扭矩。

螺旋槳與發動機動力匹配試驗，是將螺旋槳安裝在所要匹配的發動機上，在地面靜態、高空臺或者風洞中來測得螺旋槳的性能數據。槳發匹配的目標是使螺旋槳在飛機常用工況下發揮最大槳效，巡航時需考慮低油耗性。如定距槳的匹配，需考慮槳的工作環境是高空還是低空，主要用于起飛爬升狀態還是巡航狀態，以避免螺旋槳在常用工況下過重或過輕。用于高空作業的螺旋槳，在沒有高空臺及風洞試驗條件下，需要根據螺旋槳功率系數、推力系數、進距比、效率等氣動特性數據來進行相應的高度和速度下的匹配計算。

    

航空螺旋槳仿真技術

航空螺旋槳的三維仿真技術主要有氣動流體仿真（CFD）、結構仿真（CAE）、流固耦合仿真。CFD可以模擬復雜的非線性流動，全面考慮影響螺旋槳效率的各種因素，通過對螺旋槳周圍的流場進行分析計算，得到螺旋槳的氣動特性數據。

螺旋槳槳葉在氣動力及離心力的作用下會發生變形，另外空氣的壓力脈動及發動機輸出軸會造成螺旋槳振動。螺旋槳設計中不僅要分析其強度，還需要了解其動力特性，尤其是槳葉-槳轂-槳軸耦合動力特性。CAE可以求解其模態，并對其在相同激勵工況下的振動頻率響應進行分析。復合材料在槳葉上的應用，使得槳葉的比強度和比剛度大大提高，但復合材料的各向異性，使其力學性能的研究比金屬槳葉復雜的多，需使用CAE來研究槳葉纖維鋪層與強度的關系及復材的失效過程。

螺旋槳槳葉的仿真，還需要考慮流固耦合，螺旋槳流場的氣動力影響槳葉結構的變形，而槳葉的變形又會引氣流場的變化，反復作用，形成兩個不同物理場之間的耦合作用。建立 CFD/CSD 耦合方法，成為螺旋槳數值模擬研究的重點。

總結

活塞式發動機的非航空領域的試驗仿真技術已經非常完善，只需結合已有的成熟技術與航空發動機的應用特點，進行適當的側重與優化。螺旋槳的零部件組成相對活塞發動機更趨簡單，但其材料的復合性、運動特性的多變性使得仿真分析難度更高。利用先進的仿真模擬技術，開展高效的槳發匹配分析將是我們今后重點研究的工作。