轻型飞机螺旋桨选型与安装设计

田 钧，郑里鹫，龙 飞，王根辉

中国特种飞行器研究所，湖北 荆门448035

基金项目：工信部民机科研项目（MJ-2015-F-035）；航空工业联合基金资助项目（6141B05040504）

作者简介：田钧(1988—)，男，工程师，主要研究方向为飞行器动力系统总体设计与试验，j77362871@163.com.

摘要：以某轻型飞机螺旋桨的选型与安装角选取设计为背景，以该飞机的总体设计要求为依据，对所需螺旋桨的直径和桨叶数进行分析，并基于该分析结果对螺旋桨进行选型。基于所选型号的螺旋桨性能特性数据，结合发动机性能参数求取螺旋桨理论最佳安装角，利用该安装角进行装机试验来确定实际安装角。根据实际工作总结提出了一套轻型飞机的螺旋桨选型与安装设计流程，目前该流程已在某轻型飞机设计中获得应用，可为螺旋桨的选型与安装提供一种有效的技术指导。

关键词：轻型飞机；定距螺旋桨；部件特性；选型；安装角

中图分类号：V271.7   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)03-0081-04

定距螺旋桨是指使用过程中桨叶安装角固定的螺旋桨，其具有结构简单、质量轻、成本低、维修简单等特点，主要应用于小功率的轻型和超轻型飞机［1-2］。定距螺旋桨桨叶固定不能变距，在飞机的起飞、爬升、巡航等不同阶段，桨叶角不能随发动机功率的变化而增大或减小，造成螺旋桨吸收的功率与发动机输出的功率在恒速下不能良好协调匹配，螺旋桨在不同飞行状态下均不能具有较高的气动效率［3-4］。对于螺旋桨的选型，需要根据厂商提供的性能曲线与飞机进行匹配选取，在选取安装角时应兼顾各方需求，使飞机在不同飞行阶段都能获得可接受的螺旋桨气动效率，尤其是应满足起飞阶段与巡航阶段的拉/推力需求［5-6］。

目前，世界范围内轻型飞机定距螺旋桨的制造商主要有SENSENICH、WARPDRIVE、NEUFORM、WOODCOMP、IDROVARIO、POWERFIN和斯塔娜等公司。如何对螺旋桨进行有效的选型与安装，实现螺旋桨与发动机的良好匹配并获得较高的效率，是飞机总体设计中的重要环节。目前，国内外定距螺旋桨主要应用在通用航空器上，尤其是以轻型运动航空器（LSA）和超轻型运动航空器（ULA）应用最多，这类飞行器主要安装的发动机类型为活塞发动机［7-9］。由于该类飞机螺旋桨设计生产厂商较多，因此飞机设计和制造公司在螺旋桨选型与安装设计的时候，往往直接参照已有机型的螺旋桨尺寸和安装角度进行选型和安装设计，忽略了对螺旋桨最佳直径的选取，螺旋桨安装角也仅通过地面试验摸索出来，缺乏有效的选型方案，造成飞机油耗增加、噪声增大或拉/推力不足［10-12］。

    本文以某轻型飞机的螺旋桨选型与安装设计为依据，提出一套轻型飞机螺旋桨选型与安装设计方案，该方案可为飞机设计师在轻型飞机螺旋桨选型与安装设计时提供有效的技术参考。