平流层飞艇螺旋桨初步设计方法

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1、2011年第2期导弹与航天运载技术No．22011总第312期MIssILEsANDSPACEVEHICLEsSumNo．312文章编号：1004-7182(2011)02_000l拼平流层飞艇螺旋桨初步设计方法雷光新，刘巍，杨涛，唐乾刚(国防科学技术大学航天与材料工程学院，长沙，410073)摘要：为设计出适用于平流层飞艇的螺旋桨，在叶素理论的假设下，通过分析叶素效率确定设计参数的取值范围，给出了平流层飞艇螺旋桨的初步设计流程。研究发现，在其他条件不变的情况下，提高桨叶拉力的方法有提高叶梢的周向速度或增加桨叶宽度；提高桨叶效率的方法

2、包括降低叶梢的周向速度或增加桨叶的宽度。关键词：平流层飞艇；螺旋桨；叶素理论中图分类号：V228．5文献标识码：APrimaryDesignMethodofStratosphereAirshipPropenerkiGuallgxiIl，LiuWei，YaIlgTao，TallgQiaIlgaIlg(CollegeofAerospace锄dMaterialEn百ne甜ng，NationalUniVersi睁ofDefenseTectlllology，Ch粕gsha，410073)Abstract：InordertodesigrIprop

3、ellerfors廿atosphereairShip’山ebladeelementemciencyisaIlalyzedtof．ⅨtlIe啪geofdesignpar锄etersbasedonbladeelement山eory'蛐daflowoftheprimarydesignfbrsn．atosphereairsllippmpellerisgiVen．Itisfoundthattllepull0fthepIDpellerbladec蛆beerIlargedei山er血．oughincreasingtIlecircu时brential

4、velocityatme邱ofmebladeorwideIlingtheblade，aIld踊ciencyof山ebladecanbeiIllpmvede“herthroughdecreasingthecircumferendalVeloci哆atmedpofthebladeorwideIlingtlleblade．KeyWords：S仃atosphereairsllip；Propeller；B1adeelementmeory0引言平流层飞艇一般是指能够长期定点驻留于平流层(距地面约20km)的无人飞艇，可用于搭载各种侦察、预警、通信

5、等电子设备，对于军用与民用都具有很大的实际意义Il】。平流层飞艇的动力系统适合采用电动机带动螺旋桨【2】，由于平流层空气密度较小，而且飞艇飞行速度较慢。螺旋桨叶素的雷诺数较小，使叶素翼型升阻比较低，进而降低了螺旋桨效率。为设计出适用于平流层飞艇的螺旋桨，本文在叶素理论的假设下，通过分析叶素效率确定设计参数的取值范围，给出了平流层飞艇螺旋桨的初步设计流程。采用本文提出的设计方法，可快速设计平流层飞艇螺旋桨桨叶，为详细设计奠定基础。1螺旋桨桨叶拉力与效率叶素理论将桨叶分为有限个微小段(称为叶素)，根据翼型理论得到每一个叶素上的气动力，并认

6、为绕收稿日期：2009．12．25：修回日期：20lm03．05作者简介：雷光新(1969．)，男，讲师，研究方向为无人飞行器设计过每个叶素的气流是二维的，因此叶素之间互不影响，最后沿径向求桨叶上的总气动力‘31。设螺旋桨前进速度为％：螺旋桨单位时间转速为n。，叶素径向位置为r，叶素弦长为6，叶素安装角为d，则安装平面内的气流周向速度为V=2矾，(1)空气相对于叶素的几何合成速度为y=√略+V2(2)几何合成速度与旋转平面之间的夹角为缈=arct柚(％，V)(3)气流相对于叶素的攻角为口=万一妒(4)叶素受力如图l所示。设环境密度与动

7、力粘度分别为p与∥(在标准大气环境下，二者是高度^的函数)，则叶素雷诺数为m=∥畅，口(5)2导弹与航天运载技术2011年在确定了翼型、攻角与雷诺数后，可采用开放的专用翼型设计软件XFoIL计算翼型升力系数cL与阻力系数cD，该软件的计算结果与实验结果具有较好的一致性‘钔。图1叶素受力示意图作用于叶素上的升力与阻力分别为此=∥2舭，2(6)dD=∥2cD6d，，2(7)叶素阻升角为y=一(警=眦咖争(8)在叶素上的总气动力为dR=面厮=血，cosy(9)叶素的拉力与环向力分别为仆衄cosc州=躲，甓笋dV㈣水慨in(州=裟·警dV(1

8、1)叶素的有效功率与吸收功率分别为此=Kdr(12)峨=2矶小=V担(13)则叶素效率为，7：里：j!型L(14)d匕tan(矿+"单个螺旋桨桨叶总拉力为正：卫P竺型型yzcT6dv(15)3．47m。^ocosy‘。为