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文章來源：航空學報CJA

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，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。經過上百年的發展，各類型航空類螺旋槳層出不窮，其性能也參差不齊。對于大多數無人機企業來說，開發新型號飛機時，只要和選定的發動機、電機相匹配，依靠經驗確定大概的槳徑，槳距，然后選擇成熟廠家的系列產品槳即完成了螺旋槳的選型。然而螺旋槳和動力系統是無人機系統中極為重要的一環，其對整體效率的影響，甚至不弱于飛機機體的氣動影響。

中船瓦錫蘭螺旋槳公司掌握了大型螺旋槳的制造技術并獲得突破。 今天介紹螺旋槳關鍵工序數控加工。 央視曾經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制造技術，已經完全獲得突破。

“中國巨型螺旋槳問世：0噸巨葉應用領域揭曉！”這是一項令全球航空領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。

螺旋槳的性能與徑向環量分布有關，吳家鳴等[8]的研究表明，Goldstein最佳環量分布不適用于導管螺旋槳。導管螺旋槳的水動力性模擬精度較普通螺旋槳低。Feng等[9]基于葉素理論，將采用CFD計算得到的槳盤面處當地速度場直接用于計算各半徑處葉片的推力和扭矩，獲得了與實體離散槳模型幾乎相同的流場分布情形。

適用場景：多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，在垂直起降、懸停作業、慢速飛行和快速飛行等綜合性能方面有較大的優勢。適用于山區空中交通運輸、農林工業航空作業、航空應急救援等場合。在軍事應用上，適合于武裝直升機應用場景。文章來源： 民用無人機產業

這類飛行器的螺旋槳必須在巡航以及垂直和過渡飛行模式下運行。一些設計使用一組電動高升力螺旋槳（HLP）來增加流量，以在低速飛行條件下增加升力，而其他設計可以為垂直或短距起飛和著陸（V/STOL）提供額外的推力。幾個概念旨在實現機身空氣動力學和戰略集成推進器之間的良好相互作用，實現迄今為止無法實現的性能優勢。這些螺旋槳必須結構良好，以應對復雜的飛行器過渡。

長徑比 間隙值/mm 104 128 0.5 0.416 所選前置定子和后置定子均為NACA翼形剖面結構(由美國國家航空咨詢委員會

▲最大型螺旋槳的用戶是巨型民用船舶 目前世界主流的大型螺旋槳拼接工藝是液壓無鍵連接，其原理是利用高壓油帶來的擴張力，將螺旋槳進行拼接，進而將槳軸和螺旋槳拼接在一起，這樣既不會對拼接處帶來損害，又能保證動力。

早期飛機大多使用槳葉角固定不變的螺旋槳，它的結構簡單，但不能適應飛行速度變化。現代的螺旋槳飛機多采用槳葉角可調的變距螺旋槳，這種螺旋槳可根據飛行需要調整槳葉角，提高螺旋槳的工作效率。 由于螺旋槳在旋轉時，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，所以把槳根的槳葉角設計成最大，依次遞減，槳尖的槳葉角最小。

1 問題描述 本教程介紹如何模擬船用螺旋槳在開放水域中的工作過程。螺旋槳置于一個如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個可變螺距螺旋槳，在前緣和尾緣處的槳轂和螺旋槳葉片之間有一個 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對螺旋槳的旋轉建模。

環形螺旋槳（toroidal propeller）（圖片來源： Glen Cooper/MIT） 螺旋槳技術的最新進展是“環形”（toroida）螺旋槳，即螺旋槳的形狀是環形的，葉片相互環繞。

對于虛擬盤體模型，當前可實現四種方法：體積力螺旋槳法，葉片單元法，1D動量法，用戶自定義法。作為虛擬盤體模型的一部分，體積力螺旋槳法對船舶螺旋槳的效應進行模擬。體積力螺旋槳法主要對船體和螺旋槳的流場相互作用進行仿真。螺旋槳引起的流態取決于船體周圍的流態。同樣，船體流受螺旋槳的影響。體積力螺旋槳法可用作DFBI（動態流體相互作用）模擬的一部分。

03 實體導管螺旋槳敞水推力驗證 對 No.19A+Ka4-70(P/D = 1) 導管螺旋槳進行數值模擬，將導管推力、螺旋槳推力等的仿真結果與試驗值進行對比以驗證計算方法的合理性。

本研究關注普通的雙葉片螺旋槳，通過CFD數值計算和實驗，查明了螺旋槳葉片壁的壓力變化以及在不同轉速下產生的噪音大小。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。

于是本案例計算點螺旋槳的性能參數如下，也就是當裝備的流動阻力等于螺旋槳的推力時，螺旋槳的工作點參數如下： 可以通過計算不同的來流速度（亦即裝備航行速度），獲得螺旋槳的性能曲線（橫坐標為J），縱坐標為KT，KQ和η0如下，當J=0.7，亦即裝備航行速度2.8m/s時，本案例的螺旋槳效率最高，此時推力（裝備航行阻力）734.3N，螺旋槳扭矩339N·m，輸入功率3.549kW

此外，CONVERGE包括了穩健的多相流、流固交互（FSI）和空化模型，這些都是三維評估和分析螺旋槳性能所必需的工具。 如何使用CONVERGE應用于螺旋槳分析呢？我們首先在波茨坦螺旋槳測試案例（Potsdam Propeller Test Case, PPTC）上驗證CONVERGE穩態和瞬態建模能力，其中螺旋槳是完全浸沒的。

1 問題描述 本教程介紹如何模擬船用螺旋槳在開放水域中的工作過程。螺旋槳置于一個如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個可變螺距螺旋槳，在前緣和尾緣處的槳轂和螺旋槳葉片之間有一個 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對螺旋槳的旋轉建模。

Research Methods研究方法01槳葉模型根據獲得的DTMB P4119螺旋槳的型值表，進行幾何建模。螺旋槳直徑為0.3048米，葉片數為3。完成標準尺寸的螺旋槳建模后，以螺旋槳中心為基準點，按比例縮小，縮放因子為0.657894。縮放后的直徑為D=0.2米。縮小比例的螺旋槳的主要特征如表1所示。