螺旋槳的案例
螺旋槳有什么作用？將偵察機的螺旋槳放在尾部，它的利弊是什么？
早期的飛機沒有合適的發(fā)動機，就只有靠高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳帶來動力，到了現(xiàn)在，渦輪發(fā)動機技術(shù)也更為成熟，大型運輸客機都是通過渦輪發(fā)動機提供動力，那為什么一些偵察機還沒有替換掉螺旋槳呢？
螺旋槳飛機
二戰(zhàn)時期飛機成為了最主要的戰(zhàn)斗武器，在戰(zhàn)爭發(fā)生前后都會派出飛機進行全面的搜索，發(fā)現(xiàn)敵人的時候，進行遠程機q掃射或投擲彈藥。那時候幾乎所有的飛機都是采用的螺旋槳提供動力，螺旋槳推動了飛機飛向天空。
二戰(zhàn)時候的戰(zhàn)斗機
螺旋槳旋轉(zhuǎn)的速度越快，那么飛行的速度也就越快，旋轉(zhuǎn)的動力變成能夠使飛機飛行的動力。在當時，想要在空中成功飛行的飛機要具備以下幾點：飛機的自重和尺寸不大、飛行速度也比較慢、飛行高度也比較低等，只有螺旋槳飛機符合全部的要求。在現(xiàn)代螺旋槳飛機仍然有著重要的作用。不管飛機的發(fā)動機如何改進，螺旋槳飛機都占有一席之地，現(xiàn)在用作飛行員訓練的初教機都是統(tǒng)一使用的螺旋槳飛機。
塞斯納飛機
早期飛機上的螺旋槳的槳葉角都是固定的，稱作定距螺旋槳，不過在飛行的時候很容易受到氣流的影響；而現(xiàn)在槳葉角的位置是可以進行調(diào)節(jié)的，也就是變距螺旋槳。但是，想要打造變距螺旋槳十分復(fù)雜，還需要花費大量成本，目前只用在一些功率大的飛機上。
螺旋槳的結(jié)構(gòu)作用
飛機上的螺旋槳是由槳葉和槳轂兩個部分組成。槳葉在高速旋轉(zhuǎn)下會產(chǎn)生動力，需要多片槳葉和槳轂才可以組成一個完整的螺旋槳。槳葉即葉、葉尖、前緣和后緣組成。早期飛機上的螺旋槳只有少數(shù)的槳葉，而現(xiàn)代經(jīng)過不停地改進，出現(xiàn)了多種槳葉的螺旋槳。
各種螺旋槳
飛機想要順利地向前飛行，就必須要有外力進行推動，而且外力還必須要大于飛機向前的阻力，同時在空中飛機移動的角度不同，就會飛向不同的方向。
展開 中國全球最大螺旋槳成功問世！附空氣螺旋槳理論及其應(yīng)用下載
值得注意的是，中國近年來在超巨型船用螺旋槳領(lǐng)域中取得了技術(shù)突破，不但打破了早年間西方的技術(shù)封鎖，甚至還實現(xiàn)了對原有先進國家的反超。根據(jù)目前中國最大型螺旋槳的規(guī)格來看，噸位甚至超過福特級的未來國產(chǎn)核動力航母已不再是遙不可及的幻夢。
▲中國大型船用螺旋槳已位居世界頂尖水平
螺旋槳的本質(zhì)是什么？有何特點
螺旋槳是一種常見的動力機械，其重要組成部分、槳葉會在空氣或水里按照特定規(guī)律和速度進行旋轉(zhuǎn)，常見于飛機和艦船。艦船螺旋槳包括輪轂、槳葉、葉根、隨邊、葉稍和導邊。會有兩個或多個槳葉與轂連接，而槳葉向后的一面就是其螺旋面。在圍繞軸承運轉(zhuǎn)時，螺旋槳必須要使其各剖面在升阻比較大的仰角工作，這樣才能讓拉力達到最大值，最終讓動力效率達到提升。因此，螺旋槳的槳葉角會從槳尖到根部逐漸加大，從這一點上看，螺旋槳類似可以扭轉(zhuǎn)的飛行器機翼。
▲螺旋槳是艦船動力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分
隨著艦船技術(shù)的發(fā)展，它們使用的螺旋槳也有了自己的特點，各國技術(shù)人員在均衡加工難度、成本、靜動平衡以及推進效率后，基本確定了三葉槳和五葉槳的發(fā)展模式（也有7槳葉和11槳葉的設(shè)計）。一些追求速度的特殊推進器一般采用三葉槳，而五葉槳則一般都用于大型艦船，例如美國尼米茲級航母的四個螺旋槳都各有五片槳葉。一般而言，槳葉越少，轉(zhuǎn)速就越高，此外螺旋槳本身直徑越大，拉力也就越大，這對于巨型艦船而言至關(guān)重要。
艦船的螺旋槳位于水線以下，因此它不但要克服水體阻力，而且還要具有很高的抗腐蝕性。隨著技術(shù)的發(fā)展，螺旋槳的制作材料也有了明顯變化。早年間的船用螺旋槳的主要材料是銅合金，當艦船噸位和動力得到迅速提升后，不銹鋼則逐步取代了銅合金，而馬氏體不銹鋼更是在今天得到了廣泛應(yīng)用。
展開 大型船舶螺旋槳生產(chǎn)技術(shù)再突破！螺旋槳關(guān)鍵工序數(shù)控加工
大型船舶的螺旋槳生產(chǎn)技術(shù)目前只有少數(shù)國家掌握，在相當長的時間里，是阻礙中國大型船舶發(fā)展的一個“攔路虎”。
大型船用螺旋槳一般包括輪轂、槳葉、葉根、隨邊、葉稍和導邊，超大型螺旋槳的制造涉及到鑄造技術(shù)（防止空泡產(chǎn)生）、機械加工技術(shù)等多項難點，特別是形狀復(fù)雜、精度要求較高的螺旋槳，要用到高端的多軸聯(lián)動機床設(shè)備。中船瓦錫蘭螺旋槳公司掌握了大型螺旋槳的制造技術(shù)并獲得突破。
今天介紹螺旋槳關(guān)鍵工序數(shù)控加工。
央視曾經(jīng)報道過遼寧號航母更換螺旋槳的資料，這表明我國在大型船舶螺旋槳精密焊接、制造、安裝等一體化的系統(tǒng)制造技術(shù)，已經(jīng)完全獲得突破。
視頻資料，建議WiFi觀看
大型船舶螺旋槳生產(chǎn)制造視頻
遼寧號航母的螺旋槳直徑至少在4.5米，總重也在400噸左右。這是一個考驗大國工業(yè)巨型構(gòu)件技術(shù)水準的領(lǐng)域，從某種程度上講，我國在大型船舶建造技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)獲得了質(zhì)的飛躍。
中國的大型螺旋槳突破，是從鎮(zhèn)江中船瓦錫蘭螺旋槳公司開始的。這家公司是由中國船舶工業(yè)集團公司和芬蘭瓦西蘭集團公司共同投資組建的中外合資企業(yè)，而且是中國同行業(yè)中規(guī)模最大之一。其研發(fā)的新型七軸五聯(lián)動數(shù)控機床為國產(chǎn)航母螺旋槳的制造打下基礎(chǔ)。這家企業(yè)花了長達三年多的時間，進行技術(shù)攻關(guān)。最終，中船瓦錫蘭螺旋槳公司掌握了大型螺旋槳的制造技術(shù)。
展開 案例分享 | 利用螺旋槳MSC Cradle和無限葉片數(shù)螺旋槳理論進行方向舵干涉時的性能仿真研究
螺旋槳與方向舵的干涉
利用CFD仿真進行船舶推進性能預(yù)測時，考慮船體與螺旋槳，方向舵的相互干涉是要點。用實際形狀的螺旋槳旋轉(zhuǎn)來進行考察雖然可行，但是計算負荷成為障礙。本研究中，基于計算負荷低，且已經(jīng)有實際應(yīng)用案例的無限葉片數(shù)螺旋槳理論[1,2,3]，在MSC Cradle上配置了簡易螺旋槳模型，在螺旋槳敞水性能分析的基礎(chǔ)上進一步實施了方向舵的干涉仿真并與實驗結(jié)果作了比較驗證。
[1] Kuniharu Nakatake. 1967. Report of the West-Japan Society of Naval Architects, 34th volume: p25-36
[2] Fumio Moriyama.1979. Report of the Japan Ship Technology Research Association. 16th volume, 6th issue: p361-376
[3] Takero Tamada, Jun Ando. 2015.
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淺談航空螺旋槳的發(fā)展歷程
本文轉(zhuǎn)載自：航瑞動力
淺談航空螺旋槳的發(fā)展歷程
1、螺旋槳的發(fā)展歷史
航空螺旋槳是一種將發(fā)動機輸出動力轉(zhuǎn)化成為推力/拉力的一種動力裝置。自1903年萊特兄弟發(fā)明“飛行者一號”至今，航空螺旋槳技術(shù)的發(fā)展就與飛機的發(fā)展密切相關(guān)。
圖1 通用航空飛機
圖2 典型無人機
螺旋槳技術(shù)的發(fā)展可追溯到我國古代的竹蜻蜓玩具。在16世紀Leonardo daVinci根據(jù)阿基米德螺旋面原理造出了產(chǎn)生升力的裝置。當然，早期的裝置僅僅體現(xiàn)出了螺旋槳的基本特征。
在19世界中葉，提出了螺旋槳的兩種基本理論：動量理論（1865年）及葉素理論（1878年）。動量理論揭示了流過槳盤的流體動量變化率和螺旋槳拉力之間的關(guān)系。葉素理論直接研究了流體和固體之間的局部相互作用，從而確定了槳葉和流體之間的氣動力。但是，兩種理論仍然不足以支撐螺旋槳的設(shè)計和性能分析。
圖3 動量理論示意圖
圖4 葉素理論示意圖
20世紀初，螺旋槳的設(shè)計均是按照經(jīng)驗設(shè)計的木質(zhì)螺旋槳。在1917年，F(xiàn). Durend通過大量的風洞試驗，總結(jié)數(shù)據(jù)，引入量綱分析的方法對螺旋槳氣動性能進行研究，提出了螺旋槳效率η是前進比λ、馬赫數(shù)Ma及雷諾數(shù)Re等參數(shù)的函數(shù)。總結(jié)出一套螺旋槳設(shè)計方法，所設(shè)計的螺旋槳槳效達到70%以上。
20世紀30年代是螺旋槳蓬勃發(fā)展的時期。冶金技術(shù)的發(fā)展以及采用了更先進的槳葉應(yīng)力分析技術(shù)和測試技術(shù)，鋁合金槳葉得到普遍應(yīng)用。螺旋槳的結(jié)構(gòu)形式也從定矩螺旋槳逐步發(fā)展到液壓恒速變距螺旋槳，槳距角的連續(xù)可調(diào)，使得螺旋槳的吸收功率和發(fā)動機的輸出功率之間很好的平衡，在各個飛行階段均能保持較高的槳效。
第二次世界大戰(zhàn)期間，飛機飛行速度以及發(fā)動機功率的大幅提升，推動了螺旋槳技術(shù)的進一步發(fā)展。
展開 什么是 “環(huán)形”螺旋槳，它能改變無人機的未來嗎？
螺旋槳的基本形狀自發(fā)明以來一直保持不變，但目前許多新型螺旋槳葉型設(shè)計也已出現(xiàn)，為了測試這些新型設(shè)計，工程師需要進行相關(guān)研究，其中一些應(yīng)用在提高直升機葉片和無人機的效率、減少噪聲方面的研究已經(jīng)完成了測試。
02
完美的螺旋槳并不存在
了解螺旋槳的幾何形狀必須針對特定的“工作包線”進行優(yōu)化，這關(guān)系到螺旋槳工作的流體或空氣的特性、轉(zhuǎn)速、前進速度和其他細節(jié)。在這個包線之外，螺旋槳可能會表現(xiàn)不佳。
迄今為止，還沒有人能夠找到一種在所有工作條件和尺度下都能實現(xiàn)低噪聲和高效率的螺旋槳幾何形狀。從目前稀少的成果來看，環(huán)形螺旋槳也不例外，其優(yōu)勢還未完全量化。
圖4. MIT 2017年專利的插圖。
5A為常規(guī)螺旋槳，5B為環(huán)形螺旋槳。
（圖片來源：US Patent US10836466B2 ）
如果我們將設(shè)計優(yōu)良的環(huán)面螺旋槳與設(shè)計不佳的傳統(tǒng)螺旋槳進行比較，會發(fā)現(xiàn)兩者的性能有顯著提高，但這種比較并不合理。設(shè)計優(yōu)良的環(huán)形螺旋槳可能在特定工作條件下具有優(yōu)勢，例如在稠密流體或特定的速度范圍內(nèi)。
展開 仿真驅(qū)動的螺旋槳最優(yōu)化方案
1、一件反經(jīng)驗的螺旋槳實測結(jié)果
最近，發(fā)生了一件有趣的事，筆者接到客戶關(guān)于多旋翼螺旋槳的測試反饋，在實測商業(yè)系列槳時觀察到一個有趣的現(xiàn)象，當無人機處于有風條件或低速巡航狀態(tài)時其巡航能力反而強于懸停狀態(tài)。這種反經(jīng)驗的現(xiàn)象看似奇怪，實際上卻恰恰反映了商業(yè)螺旋槳的固有特性，由于商業(yè)槳要面向大多數(shù)客戶，所以其性能必然處于中間狀態(tài)以適應(yīng)大多數(shù)場景，因此也就意味著常規(guī)應(yīng)用時，企業(yè)很難獲得螺旋槳的極限最優(yōu)狀態(tài)。針對特定的應(yīng)用場景，螺旋槳的定制優(yōu)化是無人機平臺性能提升的必經(jīng)之路。
螺旋槳，作為小型飛機、無人機、多旋翼機的重要動力部件，同飛機平臺性能密切相關(guān)。經(jīng)過上百年的發(fā)展，各類型航空類螺旋槳層出不窮，其性能也參差不齊。對于大多數(shù)無人機企業(yè)來說，開發(fā)新型號飛機時，只要和選定的發(fā)動機、電機相匹配，依靠經(jīng)驗確定大概的槳徑，槳距，然后選擇成熟廠家的系列產(chǎn)品槳即完成了螺旋槳的選型。然而螺旋槳和動力系統(tǒng)是無人機系統(tǒng)中極為重要的一環(huán)，其對整體效率的影響，甚至不弱于飛機機體的氣動影響。（有關(guān)動力系統(tǒng)優(yōu)化相關(guān)文章將于近期推出）
2、螺旋槳優(yōu)化商業(yè)方案
在傳統(tǒng)載人航空飛行器設(shè)計中，螺旋槳和動力系統(tǒng)的設(shè)計至關(guān)重要，通常針對特定型號飛機的飛行包線、發(fā)動機需要定制設(shè)計相應(yīng)的螺旋槳，這樣才可保證最優(yōu)效率和性能。然而對于大多數(shù)無人機公司來說，無論是成本還是技術(shù)能力上考慮，實現(xiàn)針對特定型號飛機的螺旋槳定制化設(shè)計、制造非常困難。
展開 基于改進體積力法的導管螺旋槳水動力性能數(shù)值研究
5.2基于改進體積力法的艇?導管螺旋槳耦合水動力性能
導管螺旋槳體積力模型的提出最終是為了提高搭配導管螺旋槳的航行器數(shù)值模擬的精度和效率，故本節(jié)將導管螺旋槳體積力模型與實體導管螺旋槳模型搭配回轉(zhuǎn)體后的仿真值進行了對比，以進一步研究艇后改進體積力法1和改進體積力法2的適用性。模擬時，組合體保持靜止，螺旋槳轉(zhuǎn)速恒定為1500r/min，通過改變來流速度計算不同工況下的水動力性能。槳推力、導管推力、回轉(zhuǎn)體阻力和質(zhì)量流量Q的性能曲線如圖12所示。圖中：實體導管槳表示實體導管螺旋槳模型搭配回轉(zhuǎn)體的工況；下標B表示艇后工況，以區(qū)別于敞水工況；下標1，2，G分別表示改進體積力法1、改進體積力法2和Goldstein分布方法。
由圖12可見，相較艇后實體導管螺旋槳工況，基于Goldstein分布方法、改進體積力法1和改進體積力法2的槳推力的平均相對誤差分別為?12%，1.3%和14.0%；基于改進體積力法1和改進體積力法2的導管推力、質(zhì)量流量Q，尤其是回轉(zhuǎn)體阻力fm，皆與艇后實體導管螺旋槳相應(yīng)的仿真值吻合較好，相對誤差僅約0.5%，與Goldstein分布方法相比精度提升較大。質(zhì)量流量模擬的準確性不僅影響著導管推力，還影響著回轉(zhuǎn)體尾部壓力場（回轉(zhuǎn)體阻力）。采用改進體積力法準確預(yù)報艇體?導管螺旋槳的耦合水動力可為模擬水下航行器的操縱性動態(tài)打下基礎(chǔ)。另外，由圖12（b）～圖12（d）可見，隨著來流速度逐漸增大，基于Goldstein分布方法的導管推力TD、回轉(zhuǎn)體阻力fm和質(zhì)量流量Q與實體螺旋槳模型間的誤差逐漸減小。這是因為當進速增大時，螺旋槳水動力螺距角減小，由體積力源所模擬的槳葉升力這一水動力效應(yīng)減弱，進而導致槳?導管耦合水動力效應(yīng)減弱，從而使得因模擬耦合效應(yīng)失真而產(chǎn)生的誤差也隨之減小。
展開 飛機的螺旋槳是怎樣產(chǎn)生拉力的呢？
早期飛機大多使用槳葉角固定不變的螺旋槳，它的結(jié)構(gòu)簡單，但不能適應(yīng)飛行速度變化。現(xiàn)代的螺旋槳飛機多采用槳葉角可調(diào)的變距螺旋槳，這種螺旋槳可根據(jù)飛行需要調(diào)整槳葉角，提高螺旋槳的工作效率。
由于螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時，槳根和槳尖的圓周速度不同，為了保持槳葉各部分都處于最佳氣動力狀態(tài)，所以把槳根的槳葉角設(shè)計成最大，依次遞減，槳尖的槳葉角最小。工作狀態(tài)的槳葉是一根懸壁梁受力態(tài)勢，為了增加槳根的強度，槳根的截面積設(shè)計為最大。一架飛機上槳葉數(shù)目根據(jù)發(fā)動機的功率而定，有2葉、3葉和4葉的，也有5葉、6葉的。
裝于飛機頭部的螺旋槳為拉力式螺旋槳，裝于飛機后部的螺旋槳為推力式螺旋槳，還有既裝有拉力式螺旋槳又裝有推力式螺旋槳的飛機。
第二次世界大戰(zhàn)以前的飛機，基本上是使用活塞式發(fā)動機作動力裝置驅(qū)動螺旋槳。近代在渦輪噴氣發(fā)動機的基礎(chǔ)上研制出了渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪槳扇發(fā)動機。用這兩種發(fā)動機驅(qū)動螺旋槳使螺旋槳的工作效率大大提高，同時也提高了飛機的性能。
螺旋槳飛機最大飛行速度在700千米/小時左右，如果飛行速度再提高，飛行中產(chǎn)生的激波阻力是螺旋槳飛機無法克服的。
文章來源：紅星云無人機科技
展開 中國巨型螺旋槳問世：0噸巨葉應(yīng)用領(lǐng)域揭曉！
“中國巨型螺旋槳問世：0噸巨葉應(yīng)用領(lǐng)域揭曉！”這是一項令全球航空領(lǐng)域為之震撼的重大突破。隨著科技的不斷進步，人類對于飛行器的需求也日益增長，而螺旋槳作為飛行器重要的動力源之一，其性能的提升一直是研究者們追求的目標。
中國的科學家們，憑借著堅韌不拔的精神和無與倫比的創(chuàng)新力，終于在巨型風力發(fā)電領(lǐng)域取得了突破性的進展。這種體積龐大、重達數(shù)噸的巨型螺旋槳，正憑借其獨特的設(shè)計和巨大的推力，被運用于各個領(lǐng)域，不僅改變了飛行器的性能表現(xiàn)，還為生態(tài)環(huán)保提供了新的解決方案。
中國巨型螺旋槳的突破：制造技術(shù)與性能優(yōu)勢
中國在巨型螺旋槳制造技術(shù)方面實現(xiàn)了重要突破。通過引進先進的制造設(shè)備和工藝，中國螺旋槳企業(yè)在制造工藝、模具設(shè)計和材料選擇等方面進行了全面升級。特別是在模具設(shè)計方面，中國企業(yè)采用了CAD/CAM技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)字化的設(shè)計和加工，大大提高了制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
中國螺旋槳企業(yè)在材料選擇上也進行了大膽嘗試，使用了高強度、耐磨、耐腐蝕的特種材料，使巨型螺旋槳的使用壽命和性能大幅提升。
中國巨型螺旋槳在性能方面具有明顯優(yōu)勢。一方面，中國巨型螺旋槳的尺寸更大，能夠適應(yīng)更廣泛的使用需求。從小型風力發(fā)電機到大型船舶，中國螺旋槳企業(yè)都可以根據(jù)客戶需求定制更大尺寸的巨型螺旋槳，滿足各個行業(yè)的要求。
另一方面，中國巨型螺旋槳的運行效率和節(jié)能性也大幅提升。通過對設(shè)計和制造工藝的不斷優(yōu)化，中國企業(yè)實現(xiàn)了巨型螺旋槳的動力輸出更為高效和穩(wěn)定，減少了不必要的能源浪費。
中國巨型螺旋槳還具備良好的可靠性和安全性。中國螺旋槳企業(yè)在制造過程中注重質(zhì)量控制，嚴格按照國際標準進行檢測和認證，確保產(chǎn)品的可靠性。
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引言
螺旋槳在高速運轉(zhuǎn)時, 其槳葉會對水流造成擾動, 從而形成渦旋渦振現(xiàn)象, 若螺旋槳的轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加, 其周圍水流的能量會從壓力能迅速轉(zhuǎn)換為動能, 使其動能升高, 壓強降低。當螺旋槳周圍流體的壓強降低到水的飽和蒸氣壓以下時, 將會出現(xiàn)空化現(xiàn)象[1-6]。空化現(xiàn)象產(chǎn)生的空化氣泡隨著水流進行運動, 當遇到高壓區(qū)或障礙物后會產(chǎn)生潰滅, 其特殊的內(nèi)爆特性使其潰滅時產(chǎn)生巨大的能量。空化氣泡的潰滅會對水下螺旋槳推進器產(chǎn)生一系列的危害, 比如導致螺旋槳加速腐蝕、加劇推進器的振動、提高水動力噪聲等。
溫亮軍[7]和齊江輝[8]等通過改變槳葉側(cè)斜、縱傾角以及槳葉剖面等參數(shù)來研究螺旋槳空化性能, 發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化設(shè)計槳葉剖面可以有效減少槳葉的空泡面積, 提高螺旋槳抗空化能力。李生[9]和彭云龍[10]等分別對帶有前置或后置定子的螺旋槳所建立的空化模型進行空化特性數(shù)值分析, 發(fā)現(xiàn)空化數(shù)小于3時, 空化區(qū)域?qū)⒖焖贁U散到整個槳葉面, 螺旋槳的推進效率逐漸降低。有學者利用大型空化水槽對螺旋槳空化噪聲的預(yù)測方法進行研究, 實驗驗證了標度法可有效預(yù)測螺旋槳空化噪聲[11-13]。Yilmaz等[14]利用自適應(yīng)網(wǎng)格法對名為The Princess Royal的船用螺旋槳葉尖渦空化起始和消失進行研究, 采用計算流體動力學(computational fluid dynamics, CFD)方法, 針對特定參數(shù)的螺旋槳進行空化試驗以驗證仿真數(shù)據(jù)的準確性, 但并未對空化起因與抑制空化方法進行深入研究。以上研究的出發(fā)點均基于研究螺旋槳參數(shù)特性來優(yōu)化水動力性能, 以達到抑制空化的目的, 抑制效果不理想。
展開 
普通雙葉螺旋槳的壓力波動及噪聲解析
由于無人機的推進器是螺旋槳，因此螺旋槳的性能直接影響無人機的空氣動力性能和噪音大小。隨著空中物流和飛行汽車的出現(xiàn)，未來將有許多無人機在城市上空飛行，因此螺旋槳噪音將在城市中給人們帶很大困擾，這也是飛行汽車等推行困難的原因之一。因此，很有必要降低螺旋槳產(chǎn)生的噪音。在無人機產(chǎn)生的噪音中，最大的是螺旋槳在切割空氣時產(chǎn)生的噪音，特別是在旋翼機中，通常需要高速旋轉(zhuǎn)多個螺旋槳，因此會產(chǎn)生非常大的噪音。過去的很多研究已經(jīng)調(diào)查了翼形對空氣動力性能和噪音的影響。近年來，麻省理工學院（MIT）的林肯研究所發(fā)表聲明稱，環(huán)形螺旋槳具有低噪音和高效率的特性(1)。同年，日本航天局JAXA也證實了其獨特技術(shù)開發(fā)的低噪音螺旋槳“Looprop”有很好的靜音效果(2)。Sharrow Marine公司已經(jīng)實現(xiàn)了船用環(huán)形螺旋槳的商業(yè)化，但無人機用環(huán)形螺旋槳目前仍在研究中。本研究關(guān)注普通的雙葉片螺旋槳，通過CFD數(shù)值計算和實驗，查明了螺旋槳葉片壁的壓力變化以及在不同轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的噪音大小。
２．螺旋槳形狀模型(3)
2.1 NACA 4-Digit翼型
本研究使用的螺旋槳如圖1所示。根據(jù)表1，螺旋槳的半徑R為0.15米，中心半徑R0為0.03米。螺旋槳有2片葉片，斷面翼型為NACA 6412。表2是從中心到葉片末端的局部剖面安裝角α和局部剖面弦長c的參數(shù)。
Fig. 1. Propeller model.
Table. 1 Design conditions.
展開 CAESES船用螺旋槳參數(shù)化建模淺析
2）螺旋槳逆向的定制化開發(fā)
由于不同用戶各自槳型不同，產(chǎn)品開發(fā)的側(cè)重點也不禁相同，所以沒有一個很好的通用逆向工具可以實現(xiàn)所有用戶的需要，用戶可以根據(jù)本身槳型做針對性的逆向工具開發(fā)，這些應(yīng)用已經(jīng)在部分用戶上取得了不錯的效果。
八、總結(jié)
以上就是對螺旋槳CAESES參數(shù)化的一個簡單總結(jié)與劃分，用戶可以選擇對應(yīng)合適的方式進行螺旋槳的參數(shù)化，希望可以對各位有所啟發(fā)。
分布式電推進飛行器高性能螺旋槳設(shè)計
如美國X-57全電飛機所采用的分布式螺旋槳就與傳統(tǒng)螺旋槳不同，它是作為一種特殊的增升裝置，以改善飛機滑跑起降狀態(tài)下的升力特性為目標進行設(shè)計，被稱為“高升力螺旋槳”。因此，需要進一步結(jié)合分布式電推進飛行器發(fā)展，探討新型高性能動力單元和分布式動力系統(tǒng)的設(shè)計思想和設(shè)計方法，為下一步開展創(chuàng)新性研究提供建議和指引。
圖1 X-57分布式電推進飛行器
2
主要內(nèi)容
以類X-57分布式電推進飛行器為研究對象，脫離了傳統(tǒng)螺旋槳僅僅追求高推進效率的思路，提出并發(fā)展了以單位能量下獲得螺旋槳/機翼綜合氣動效率最優(yōu)為目標的高性能螺旋槳優(yōu)化設(shè)計思路和方法。
文章首先對模擬螺旋槳旋轉(zhuǎn)運動的數(shù)值方法進行介紹和算例驗證，包括多重參考坐標系方法、面源法和葉素動量理論方法3種，保證螺旋槳數(shù)值模擬和數(shù)值設(shè)計的準確性和可靠性。其次，對所發(fā)展的如下圖所示高性能螺旋槳優(yōu)化設(shè)計方法框架和設(shè)計步驟進行介紹和分析，設(shè)計過程主要包括螺旋槳槳葉氣動載荷分布獲取，螺旋槳槳葉氣動載荷分布優(yōu)化設(shè)計，以及任意環(huán)量分布下的高性能螺旋槳槳葉快速反設(shè)計。
圖2 分布式電推進飛行器高性能螺旋槳混合設(shè)計
流程框架
之后，如下圖所示，以某最小誘導損失螺旋槳作為基準，通過等拉力約束條件下的螺旋槳氣動載荷分布優(yōu)化，獲得益于下游機翼升阻特性的氣動載荷分布結(jié)果，然后以此為目標，反設(shè)計得到不同幾何尺寸約束下的新型高性能螺旋槳。
展開 基于模板技術(shù)構(gòu)建船舶螺旋槳設(shè)計平臺
運用模板技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一關(guān)聯(lián)模型，集螺旋槳理論設(shè)計、螺旋槳快速建模、螺旋槳水動力性能分析及螺旋槳結(jié)構(gòu)強度分析于一體，形成基于流程和知識驅(qū)動的螺旋槳集成設(shè)計與分析一體化應(yīng)用平臺。
0 引言
隨著三維設(shè)計技術(shù)及其工具軟件的發(fā)展，螺旋槳三維幾何模型已建立起來，并通過相應(yīng)的分析軟件對其進行了仿真評估。但螺旋槳三維設(shè)計CAD系統(tǒng)與仿真分析CAE軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和信息集成問題還未得到有效解決，導致三維模型無法直接用于螺旋槳的工程分析。另外，螺旋槳設(shè)計的經(jīng)驗和知識都掌握在少數(shù)人手中，很難重復(fù)利用，易對企業(yè)造成很高的知識風險。螺旋槳設(shè)計工具相互孤立，不成體系，異常復(fù)雜的數(shù)據(jù)流主要依賴人工勞動，設(shè)計并行度低，管理難度大，嚴重影響了設(shè)計質(zhì)量和效率，使得設(shè)計過程很難實現(xiàn)關(guān)聯(lián)設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計。因此，螺旋槳設(shè)計平臺的建立勢在必行。
國際上的研究機構(gòu)基于以前發(fā)展的各種方法建立了有效的螺旋槳設(shè)計系統(tǒng)。20世紀90年代，美國泰勒水池就開展了螺旋槳優(yōu)化設(shè)計集成系統(tǒng)的研究。HydroComp.IN公司的HYDROCOMP系列軟件包括NavCAD，ProExpert和ProCAD三個模塊，分別用于解決船舶推進系統(tǒng)分析、螺旋槳設(shè)計和計算機輔助螺旋槳生產(chǎn)等領(lǐng)域的實際問題。美國AMI公司的VSAERO和USAERO軟件提供螺旋槳水動力分析，MARINTEK的AKPD/AKPA系統(tǒng)和MARIN的EXCALIBUR和PROCAL系統(tǒng)都是設(shè)計和分析螺旋槳的集成系統(tǒng)。
國內(nèi)的科研院所和船廠利用ISIGHT和數(shù)據(jù)庫等方式建立了初步的螺旋槳集成設(shè)計系統(tǒng)，但目前僅限于三維幾何模型的建立和水動力分析，沒有考慮結(jié)構(gòu)強度校核等方面，而且集成度不高，不能根據(jù)經(jīng)驗和知識進行設(shè)計，同時，流程的管控也不理想，沒有專門的數(shù)據(jù)管理模塊，致使數(shù)據(jù)無法向下游傳遞。
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