電動(dòng)飛行器畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）</p><p>　　論文（設(shè)計(jì)）題目：電動(dòng)飛行器的設(shè)計(jì)</p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　院 系 <

2、;/p><p>　　專(zhuān) 業(yè) </p><p>　　年 級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2013 年 5 月 20日</p><p><b>　　目 錄&l

3、t;/b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　第1章 緒論3</b></p><p>　　1.1 選題依據(jù)及研究意義3</p><p>　　1.2 問(wèn)題提出與初步解決3</

4、p><p>　　1.2.1 凸顯問(wèn)題3</p><p>　　1.2.2 初步解決4</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.1 國(guó)外現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4 技術(shù)支撐4</p><

5、p>　　1.5 市場(chǎng)前景5</p><p>　　第2章 電動(dòng)飛行器的初步設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1 電動(dòng)飛行器的總體設(shè)想6</p><p>　　2.2 電動(dòng)飛行器的工作原理6</p><p>　　2.3 電動(dòng)飛行器的初步設(shè)計(jì)參數(shù)7</p><p>　　2.4 本課題的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容9</p

6、><p>　　第3章 電動(dòng)飛行器螺旋槳的設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 螺旋槳的總體布置10</p><p>　　3.2 螺旋槳槳葉的設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2.1 螺旋槳的功率和效率分析10</p><p>　　3.2.2 螺旋槳槳葉的構(gòu)型分析12</p><p>　　3.

7、3.3 螺旋槳傾角的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3.4 螺旋槳拉力的計(jì)算15</p><p>　　3.3.5 螺旋槳的結(jié)構(gòu)分析18</p><p>　　3.3.6 螺旋槳槳葉材料的分析21</p><p>　　3.3.7螺旋槳槳葉的噴漆21</p><p>　　第4章 螺旋槳的函道設(shè)計(jì)23</p

8、><p>　　4.1 涵道的幾何形狀表示23</p><p>　　4.2 涵道的推力計(jì)算24</p><p>　　第5章 螺旋槳的支撐與傳動(dòng)25</p><p>　　5.1 螺旋槳的支撐機(jī)構(gòu)26</p><p>　　5.2 螺旋槳的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)27</p><p>　　5.2.1傳動(dòng)裝置的合理

9、布置28</p><p>　　5.2.2各級(jí)傳動(dòng)比的合理分配28</p><p>　　5.2.3傳動(dòng)比的具體分配29</p><p>　　5.2.4計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)29</p><p>　　5.2.5齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核30</p><p>　　5.2.6滾動(dòng)軸承的選擇與校核45</p>

10、;<p><b>　　第6章 結(jié)論47</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)48</b></p><p><b>　　致 謝50</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，私家車(chē)

11、越來(lái)越多的涌入普通家庭，但是交通阻塞擁擠日漸突出，在我國(guó)尤為凸顯，特別是不可持續(xù)發(fā)展能源過(guò)度利用，給環(huán)境帶來(lái)了很大的危害。面對(duì)這樣的問(wèn)題，采用將電動(dòng)汽車(chē)與直升飛機(jī)結(jié)合起來(lái)，也就是電動(dòng)飛行器，將可以緩解交通阻塞擁堵以及能源過(guò)度利用的不足。本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是螺旋槳的設(shè)計(jì)，包括螺旋槳的支撐機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、涵道的設(shè)計(jì)以及總體校核。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電動(dòng)飛行器；螺旋槳；傳動(dòng)；支撐</p><

12、p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Along with the social development, the private car more and more flows out into common family, but the traffic jam hustles gradually outstanding, at our country in

13、 order to highlight, especially can not keep on to develop energy excesssive make use of, brought environment very great harm.Face a problem like this, the adoption puts together dynamoelectric car and helicopter knot, i

14、s also a dynamoelectric aircraft, will be able to alleviate the traffic jam hug to block up and the energy excessivel</p><p>　　Key words：Dynamoelectric aircraft；Propeller；Spread；Prop up</p><p>&

15、lt;b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 選題依據(jù)及研究意義</p><p>　　2013年，黨的十八大制定了中國(guó)未來(lái)發(fā)展的藍(lán)圖，中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。在國(guó)際經(jīng)濟(jì)環(huán)境不穩(wěn)定、不確定因素較多的情況下，中國(guó)經(jīng)濟(jì)依然保持穩(wěn)定快速的發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)的重心已明顯的向亞太地區(qū)轉(zhuǎn)移，而中國(guó)作為亞洲經(jīng)濟(jì)的大國(guó)儼然成為引領(lǐng)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的火車(chē)頭。國(guó)家經(jīng)濟(jì)

16、的發(fā)展帶動(dòng)人民生活水平的提高，隨著人民收入的提高，追求健康的品質(zhì)生活也愈演愈烈，近年來(lái)的旅游業(yè)的發(fā)展就是最好的體現(xiàn)；國(guó)家實(shí)行的大小節(jié)假日，實(shí)際上就是為了發(fā)展旅游經(jīng)濟(jì)，而一個(gè)國(guó)家旅游行業(yè)的發(fā)展成為拉動(dòng)國(guó)家內(nèi)需的主要產(chǎn)業(yè)之一。國(guó)家旅游產(chǎn)業(yè)的興旺發(fā)展，不僅帶來(lái)了國(guó)內(nèi)游客的增加，而且也吸引了許多國(guó)外游客的中國(guó)之旅，然而光鮮的背后總存在著的許多問(wèn)題，在高峰期各大旅游勝地相當(dāng)擁堵。導(dǎo)致事故增加，嚴(yán)重影響游客心情。因而大力發(fā)展的近郊旅游也逐漸引起了國(guó)

17、家的關(guān)注。</p><p>　　另外我國(guó)目前積極實(shí)行城鄉(xiāng)一體化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是由城市帶動(dòng)周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)帶來(lái)家庭轎車(chē)的大幅度增加，盡管?chē)?guó)家道路交通也在大力發(fā)展，但是仍就滿(mǎn)足不了日益嚴(yán)重的交通擁擠與堵塞問(wèn)題，尤其是高峰期特別是大小節(jié)假日的擁擠與堵塞，已嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。</p><p>　　1.2 問(wèn)題提出與初步解決</p><p>　　近郊旅

18、游以及短距離的一日工作圈的現(xiàn)實(shí)狀況，人們采用的主要交通工具是小轎車(chē)，但是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，當(dāng)前的轎車(chē)已經(jīng)凸顯出許多問(wèn)題。面對(duì)顯現(xiàn)的問(wèn)題，提出了初步的解決。</p><p>　　1.2.1 凸顯問(wèn)題</p><p>　?。?）污染問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重，汽車(chē)尾氣排除的一氧化碳、一氧化氮、二氧化硫等有毒氣體嚴(yán)重威脅著人們的健康。二氧化碳的過(guò)量排放帶來(lái)了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)帶來(lái)全球表面變熱，海平面的上升給沿海

19、國(guó)家?guī)?lái)了嚴(yán)重的威脅。同時(shí)大量的汽車(chē)帶來(lái)的噪聲污染也相當(dāng)嚴(yán)重，給人們帶來(lái)了許多心理上的壓力和精神上的疾病。嚴(yán)重?fù)p害了社會(huì)的健康發(fā)展。</p><p>　　（2）現(xiàn)階段95%以上的汽車(chē)燃燒的是汽油，隨著汽車(chē)數(shù)量的不斷增加，石油的開(kāi)采也相當(dāng)厲害，能源的浪費(fèi)與短缺為未來(lái)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展埋下了禍根。同時(shí)這種資源的利用率相對(duì)于電能來(lái)說(shuō)也普遍的較低。而且國(guó)際油價(jià)價(jià)格波動(dòng)對(duì)能源生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)都造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。由于從短期看面臨許多不確定

20、因素，長(zhǎng)期看石油供需矛盾存在，中東北非局勢(shì)不定，能源的短缺嚴(yán)重違背了可持續(xù)發(fā)展這一戰(zhàn)略目標(biāo)。</p><p>　　1.2.2 初步解決</p><p>　　對(duì)于空間立體，存在地上、立交、高空，面對(duì)交通阻塞問(wèn)題，我們選擇空間立體的中間低空，發(fā)展空中走廊，面對(duì)能源的浪費(fèi)和短缺我們采用效率高的電能，蓄電池這一領(lǐng)域在世界上也已基本成熟，單位容量的電能也是相當(dāng)?shù)目捎^。綜上考慮，將電動(dòng)汽車(chē)與直升飛機(jī)結(jié)

21、合起來(lái)提出了電動(dòng)飛行器這一概念。該題目的優(yōu)點(diǎn)在于可持續(xù)性發(fā)展，蓄電池作為能量的來(lái)源污染較少，人既可以在路上行駛也可以在低空飛行，無(wú)實(shí)物阻礙，行程短，工作效率高，能源利用率也高。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　新型近距離交通工具的開(kāi)發(fā)和研究，國(guó)內(nèi)國(guó)外都有很多的形式，但都不是太近如人意。</p><p>　　1.3.1 國(guó)外現(xiàn)狀<

22、/p><p>　　國(guó)外對(duì)電動(dòng)飛行汽車(chē)有很多研究，但大都不盡如人意。美國(guó)專(zhuān)利號(hào)為#2,573,271–1951的設(shè)計(jì)由Adolph R.Perl提出，他設(shè)計(jì)了名為 Roadable aircraft 的汽車(chē)飛機(jī)，但是沒(méi)有制造出實(shí)物。而且國(guó)外飛行器的特點(diǎn)是能夠飛行但是能源主要是汽油。</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有涉及汽車(chē)飛機(jī)的資

23、料，通過(guò)查閱，發(fā)現(xiàn)南京航空航天大學(xué)一篇 2007 屆本科生畢業(yè)論文對(duì)汽車(chē)飛機(jī)模型做了部分探究，但是常規(guī)的布局讓其看起來(lái)更像是一架飛機(jī)，而且主翼沒(méi)有設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。然而國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)已初步成熟，特點(diǎn)是利用蓄電池作為電能輸出，但是不能飛行。</p><p><b>　　1.4 技術(shù)支撐</b></p><p>　　電動(dòng)汽車(chē)加上直升機(jī)螺旋槳對(duì)電動(dòng)飛行器的整體設(shè)計(jì)提供了可能。由

24、于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。電動(dòng)汽車(chē)在中國(guó)已初步成型。領(lǐng)域的發(fā)展為電動(dòng)飛行器電能的輸入提供了可靠依據(jù)。電能能源的問(wèn)題解決在于單位容量的儲(chǔ)能問(wèn)題。直升機(jī)在世界上得到了廣發(fā)的發(fā)展和研究，螺旋槳的技術(shù)也相當(dāng)成熟，為電動(dòng)汽車(chē)安裝螺旋槳也成為了可能，為此電動(dòng)飛行器在理論上是可以完成設(shè)計(jì)的。</p><p><b>　　1.5 市場(chǎng)前景</b></p><p>　

25、　從能源與環(huán)保的角度來(lái)說(shuō)，電動(dòng)飛行器已被世界汽車(chē)業(yè)公以為“未來(lái)汽車(chē)”。但從目前的技術(shù)發(fā)展水平來(lái)看，按現(xiàn)有技術(shù)正好可采用蓄電池作能源，即用電動(dòng)機(jī)來(lái)直接驅(qū)動(dòng)飛行。而此電動(dòng)飛行器的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)中高層收入家庭，發(fā)展方向也主要集中在中高層階段，由于考慮到能耗問(wèn)題以及技術(shù)的問(wèn)題其價(jià)格在100萬(wàn)左右。</p><p>　　第2章 電動(dòng)飛行器的初步設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 電動(dòng)飛行器的總體設(shè)想&

26、lt;/p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是在電動(dòng)汽車(chē)的基礎(chǔ)上，去掉發(fā)動(dòng)機(jī)改由電動(dòng)機(jī)并加裝螺旋槳，根據(jù)文獻(xiàn)資料，國(guó)外一款法拉利飛行跑車(chē)如圖2-1所示與本設(shè)計(jì)相似，這種飛行汽車(chē)是在價(jià)值大約20萬(wàn)英磅的法拉利599GTB跑車(chē)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，車(chē)身上裝有8個(gè)“風(fēng)扇”。在地面上行駛時(shí)，這些風(fēng)扇為汽車(chē)提供穩(wěn)定但并不是太強(qiáng)的推動(dòng)力。一旦升入空中，汽車(chē)就變得好象直升飛機(jī)一樣，可以俯沖，可以向前，還可以左右轉(zhuǎn)動(dòng)改變方向。目前這款汽車(chē)

27、還處于初期的設(shè)計(jì)階段，但實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)證實(shí)了法拉利這種奇妙的想法是確實(shí)可行的。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外類(lèi)似機(jī)械的研究，考慮到此電動(dòng)飛行器的整體美觀以及實(shí)現(xiàn)飛行的可能性。</p><p>　　如圖2-1 法拉利電動(dòng)飛行器模型</p><p>　　2.2 電動(dòng)飛行器的工作原理</p><p>　　電動(dòng)飛行器的是由8個(gè)獨(dú)立的電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。盡管是8個(gè)驅(qū)動(dòng)，但因?yàn)轱w行器具有六個(gè)坐標(biāo)輸出，所以

28、仍然是欠驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力不穩(wěn)定的系統(tǒng)。沿著任意給定方向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，飛行器如果沒(méi)有給予足夠多的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。而且前罩4個(gè)與后罩4個(gè)螺旋槳形成互補(bǔ)關(guān)系，那么該飛行器就是欠驅(qū)動(dòng)的，因此為了實(shí)現(xiàn)全部的運(yùn)動(dòng)控制目標(biāo)。必然存在旋轉(zhuǎn)力矩與平移系統(tǒng)的耦合。給出前后車(chē)罩各四個(gè)螺旋槳工作時(shí)的示意圖如圖2-2所示，可以看出每?jī)山M螺旋槳以相反的方向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)改變螺旋槳速度，就可以改變升力并產(chǎn)生各種動(dòng)作。同時(shí)增加或者減小四個(gè)螺旋槳的速度可以產(chǎn)生垂直運(yùn)動(dòng)。相反的改變相對(duì)的螺

29、旋槳的速度可以產(chǎn)生滾動(dòng)以及相應(yīng)的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。同理，俯仰運(yùn)動(dòng)和相應(yīng)的側(cè)向運(yùn)動(dòng)來(lái)自于另外的相對(duì)的螺旋槳速度的相反改變，偏航運(yùn)動(dòng)則更加復(fù)雜，因?yàn)樗鼇?lái)自于每對(duì)螺旋槳反力矩的差異。向上或向下的動(dòng)作是同時(shí)增加或減小所有四個(gè)螺旋槳來(lái)控制的，前后螺旋槳推力的差異產(chǎn)生俯仰力矩導(dǎo)致前后動(dòng)作的轉(zhuǎn)換。同理左右運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換時(shí)通過(guò)左右螺旋槳的推力來(lái)改變的。</p><p>　　如圖2-2 8個(gè)螺旋槳的工作過(guò)程示意圖</p>&l

30、t;p>　　2.3 電動(dòng)飛行器的初步設(shè)計(jì)參數(shù)</p><p>　　參照汽車(chē)設(shè)計(jì)師考慮機(jī)械布局所彌定的外形尺寸進(jìn)行大體輪廓設(shè)計(jì)，為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的各主要級(jí)別（主要乘用車(chē)）的常見(jiàn)尺寸范圍如表2-1。</p><p>　　表2-1 常見(jiàn)車(chē)型尺寸范圍</p><p>　　一般中小型乘用車(chē)長(zhǎng)4m左右；寬度主要影響乘坐空間和靈活性，但是車(chē)身太寬會(huì)降低在市區(qū)行走、停泊的方便性

31、，因此對(duì)于轎車(chē)來(lái)說(shuō)車(chē)寬2m是一個(gè)公認(rèn)的上限；車(chē)身高度直接影響重心（操控性）和空間，重心過(guò)高會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)安全性下降，大部分的室內(nèi)停車(chē)場(chǎng)都有高度限制，一般為1.8m；在車(chē)長(zhǎng)被確定后，軸距是影響乘坐空間最重要的因素，同時(shí)在行駛性能方面，長(zhǎng)軸距能提高直路巡航的穩(wěn)定性，但轉(zhuǎn)向靈活性下降，因此在穩(wěn)定性和靈活性之間必須作出取舍，取得適當(dāng)?shù)钠胶?；一般轎車(chē)的懸長(zhǎng)都不能太短，一來(lái)軸矩太長(zhǎng)會(huì)影響靈活性，二來(lái)要考慮機(jī)械零件的布局車(chē)，車(chē)長(zhǎng)=前懸+后懸+軸距；輪距直

32、接影響汽車(chē)的前后寬度比例，考慮空氣動(dòng)力學(xué)，一般轎車(chē)的前輪距比后輪略大（相差約10-50mm），即車(chē)身前半部比后半部略寬；離地距高低意味著重心高低，影響操控性，一般轎車(chē)的最低離地距為130mm-200mm，附合正常道路狀況的使用要求。初步繪制電動(dòng)飛行器長(zhǎng)4m，寬2m，高1.7m；質(zhì)量：2t，不能過(guò)重，只得比普通汽車(chē)稍重；飛行高度：≤300m，為了避開(kāi)高樓，緩解如今日益嚴(yán)重的交通壓力。而且如若太高，導(dǎo)致空氣稀薄，以免駕駛員受到不必要的傷害；

33、速度：≤300km/</p><p>　　2.4 本課題的具體設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　本課題根據(jù)電動(dòng)飛行器的方案的確定，對(duì)電動(dòng)飛行器螺旋槳這一塊做出具體的設(shè)計(jì)方案，主要包括螺旋槳槳葉的設(shè)計(jì)，螺旋槳的支撐機(jī)構(gòu)，螺旋槳的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，螺旋槳涵道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及螺旋槳材料的選擇等。并對(duì)設(shè)計(jì)做出最后的校核。</p><p>　　第3章 電動(dòng)飛行器螺旋槳的設(shè)計(jì)</p&g

34、t;<p>　　3.1 螺旋槳的總體布置</p><p>　　由于前后車(chē)罩各四個(gè)螺旋槳,由于飛行器總長(zhǎng)為4米，寬為2米，初步給出一個(gè)槳葉半徑為0.4米，旋轉(zhuǎn)時(shí)直徑可達(dá)0.8米，兩個(gè)并排總長(zhǎng)為1.6米，可暫時(shí)設(shè)計(jì)兩個(gè)并排的螺旋槳的距離為0.2米，最前端螺旋槳距離前車(chē)罩邊緣0.1米，最后端螺旋槳距離后車(chē)罩邊緣0.1米。具體位置如圖3-1所示。</p><p>　　如圖3-1 螺旋

35、槳安裝位置</p><p>　　根據(jù)螺旋槳安裝在飛行器基體內(nèi)，所以在構(gòu)型設(shè)計(jì)時(shí)就無(wú)需考慮旋翼與車(chē)身的距離。而旋翼系統(tǒng)與電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)位置的確定：主要根據(jù)主加速器形式和自動(dòng)傾斜器結(jié)構(gòu)及工作工作行程確定發(fā)動(dòng)機(jī)軸線(xiàn)與旋翼軸的相互關(guān)系，即確定交點(diǎn)位置和發(fā)動(dòng)機(jī)軸線(xiàn)與旋翼主軸的夾角。</p><p>　　3.2 螺旋槳槳葉的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1螺旋槳的功率和效率

36、分析</p><p><b>　?。?）螺旋槳的</b></p><p>　　螺旋槳拉力拉著飛機(jī)前進(jìn)，對(duì)飛機(jī)作功。 每秒種內(nèi)螺旋槳對(duì)飛機(jī)所作功的多少，主要是螺旋槳有效功率(可用功率)，用N槳來(lái)表示。其大小等于拉力與飛行速度的乘積。由于，所以：</p><p>　　(3-1)

37、 </p><p>　　代入數(shù)據(jù)得2073.62π160=2.08106（W）</p><p>　　其中ω是由電動(dòng)機(jī)的功率所決定的</p><p>　?。?）螺旋槳旋轉(zhuǎn)需用功率和功率系數(shù)</p><p>　　為了各槳葉的旋轉(zhuǎn)阻力，使螺旋槳按預(yù)定轉(zhuǎn)速作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)所必需的發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率，稱(chēng)為螺旋槳旋轉(zhuǎn)需用功

38、率，用N槳需表示。</p><p>　　(3-2) </p><p>　　式中一螺旋槳的功率系數(shù)，表示槳葉的形狀、槳葉角、槳葉迎角、槳葉數(shù)目和前進(jìn)比等對(duì)螺旋槳旋轉(zhuǎn)所需功率的影響;空氣密度（千克/米），n螺旋槳轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)，D螺旋槳直徑(米)</p><p><b>　

39、?。?）螺旋槳效率</b></p><p>　　螺旋槳是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，螺旋槳的作用是把發(fā)動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的功率(即發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率)，轉(zhuǎn)變成為拉飛機(jī)前進(jìn)的功率(即螺旋槳有效功率)。但是，螺旋槳并不能把發(fā)動(dòng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的功率百分之百地轉(zhuǎn)變成拉飛機(jī)前進(jìn)的功率。這是因?yàn)槁菪龢诠ぷ鲿r(shí)，要向后推動(dòng)空氣和扭轉(zhuǎn)空氣，使槳葉產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)阻力;對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，還可能要克服高速轉(zhuǎn)動(dòng)中的波阻等，這些都要消耗一部分發(fā)動(dòng)機(jī)功率，

40、螺旋旋槳拉飛機(jī)前進(jìn)的有效功率，總是比發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率要小。螺旋槳有效功率與發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率之比，叫螺旋槳效率，用η表示。即</p><p>　　(3-3) </p><p>　　式中:一一螺旋槳有效功率；一一發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率</p><p>　　螺旋槳等速旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率與螺旋槳旋轉(zhuǎn)所需功率相等。</p>

41、;<p><b>　　固螺旋槳效率等于：</b></p><p>　　===·=· (3-4) </p><p>　　通過(guò)驗(yàn)證得效率為0.91比普通的油用發(fā)動(dòng)機(jī)的效率要高很多，所以蓄電池作為電能的輸入時(shí)值得去考慮的。</p>&l

42、t;p>　　3.2.2 螺旋槳槳葉的構(gòu)型分析</p><p>　　槳葉的主要結(jié)構(gòu)有大梁、蒙皮、后段件和接頭。此外，還有槳尖罩、后緣調(diào)整片、前緣包片、平衡配重等。槳葉構(gòu)型由早期的木質(zhì)槳葉、混合式結(jié)構(gòu)槳葉，向金屬槳葉、金屬和復(fù)合材料混雜結(jié)構(gòu)槳葉和全復(fù)合材料槳葉發(fā)展，目前先進(jìn)的直升機(jī)大多采用復(fù)合材料槳葉。槳葉的構(gòu)型主要根據(jù)槳葉材料與大梁的形狀以及接頭形式來(lái)區(qū)分，進(jìn)行槳葉構(gòu)型設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮國(guó)內(nèi)槳葉研制的基礎(chǔ)和行業(yè)的

43、技術(shù)積累，合理選擇槳葉的。</p><p>　　槳葉通常由大梁、接頭、后段件及槳尖罩、后緣調(diào)整片、前緣包片、平衡配重等零組件組成。根據(jù)大梁的形狀和成形工藝不同，可分為空心擠壓梁槳葉，c形擠壓梁槳葉，管梁槳葉和多閉腔組合梁槳葉。本螺旋槳可優(yōu)選管梁槳葉管梁一般由合金鋼或欽合金擠壓成形，截面形狀根據(jù)槳葉整體構(gòu)型和承力的要求，可以是圓形或橢圓形。鋼的強(qiáng)度高，模量、沖擊韌性比較好，但比強(qiáng)度、比模量與鋁合金不相上下。槳葉的形

44、狀如圖3-2所示。</p><p>　?。╝）舊式槳葉 （b）普通槳葉</p><p>　?。╟）矩形槳葉 （d）馬刀型槳葉</p><p>　　圖3-2 螺旋槳葉的平面形狀</p><p>　　為了增大拉力和提高螺旋槳效率，槳葉的平面形狀逐漸改善是中間寬現(xiàn)在使用較多的螺旋槳兩頭窄其槳葉平形狀，高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，其槳葉有矩形或馬刀形槳

45、葉的切面形狀與翼型相似，前槳面的彎曲度較大，后槳面的彎曲度較小，相當(dāng)于機(jī)翼的上表面和下表面，槳葉的切面形狀又稱(chēng)葉型。結(jié)合所設(shè)計(jì)的電動(dòng)飛行器綜合分析，選取馬刀行槳葉。</p><p>　　3.2.3 螺旋槳傾角的設(shè)計(jì)</p><p>　　槳葉切面的相對(duì)氣流方向與槳旋方向之間的夾角，成為槳葉角，用表示，</p><p>　　槳葉迎角也就是槳葉切面合速度與槳旋方向之間的夾

46、角如圖3-3所示，槳葉迎角是隨槳葉角、飛行速度和切向速度改變而變化的。而選擇合適的安裝角可以更大的提高螺旋槳的功率并有效的減少材料的用量，因此安裝角的選取對(duì)螺旋槳的設(shè)計(jì)來(lái)也是很重要的。</p><p>　　圖3-3 螺旋槳的直徑旋轉(zhuǎn)面和將頁(yè)面</p><p>　?。?）槳葉迎角隨槳葉角的變化</p><p>　　當(dāng)槳葉速度和飛行速度都一定時(shí)，槳葉角增大，槳葉迎角也隨

47、之增大，槳葉角減小，槳葉迎角也隨之減小。如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 槳葉迎角隨槳葉角的變化</p><p>　?。?）槳葉迎角隨飛行速度的變化</p><p>　　在槳葉角和切向速度都不變的情況下，因前進(jìn)比（）隨之變大即合速度方向越偏離旋轉(zhuǎn)面，固槳葉迎角減小，當(dāng)飛行速度增加到某一個(gè)數(shù)值時(shí)槳葉迎角減小到零，若飛行速度繼續(xù)增大，例如飛機(jī)在俯沖時(shí)，槳葉

48、迎角繼續(xù)增大，當(dāng)飛行速度為零，槳葉迎角就增大到等于槳葉角。如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 槳葉迎角隨飛行速度的變化</p><p>　?。?）槳葉迎角隨切向速度的變化</p><p>　　在槳葉角和飛行速度不變的情況下，如果轉(zhuǎn)速增加則切向速度（n=2π）增大，前進(jìn)比減小，即合速度的方向靠近旋轉(zhuǎn)面，固槳葉迎角增大，同理，轉(zhuǎn)速減小，槳葉迎角也隨之減小。如

49、圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 槳葉迎角隨切向速度的變化</p><p>　?。?）槳的葉剖面傾角和來(lái)流角</p><p>　　槳葉的葉剖面傾角由無(wú)變形槳葉的剖面傾角，槳葉扭轉(zhuǎn)變形和操縱線(xiàn)系變形引起的傾角改變?nèi)糠纸M成·由于本旋翼吃行器的旋翼的操縱線(xiàn)系變形和槳葉扭轉(zhuǎn)變形比常規(guī)直升機(jī)旋翼小，故可忽略，所以槳葉上翼剖面的傾角為：。而無(wú)變形槳葉的剖

50、面傾角e,包括槳距操縱量·槳葉負(fù)扭度·揮舞調(diào)節(jié)和彈性扭轉(zhuǎn)變形量，因此 ：</p><p>　　(3-5) </p><p>　　葉剖面上的來(lái)流角取決于相對(duì)氣流速度的大小和方向，相對(duì)氣流速度包括垂直于旋轉(zhuǎn)平面的相對(duì)氣流速度和平行于旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的相對(duì)氣流速度，它們兩者又分別由來(lái)白旋翼的旋轉(zhuǎn)速度、時(shí)示器的時(shí)示速度、槳葉的誘導(dǎo)速度、槳葉的揮舞運(yùn)動(dòng)和彎曲變形

51、等運(yùn)動(dòng)引起的各個(gè)分量組成。其合速度為：，對(duì)于非定常狀態(tài)來(lái)流角。翼型的迎角等于安裝角與來(lái)流角的差值：，這樣就可以得到非定常狀態(tài)下的迎角。</p><p>　?。?）槳葉安裝角的選取</p><p>　　槳葉剖面的形狀就是翼型.任意半徑處槳葉劍面(翼型)的安裝角的定義是：典型弦線(xiàn)相對(duì)于構(gòu)造旋轉(zhuǎn)平面之傾角，這個(gè)角變?cè)谥鄙龣C(jī)空氣動(dòng)力學(xué)中具有特別重要的意義，一般來(lái)說(shuō)，角是沿徑向而變化的。由于常用旋翼

52、的槳葉剖面安裝角多呈</p><p>　　線(xiàn)性變化，因而引入槳葉一個(gè)“扭度”的概念：，即葉尖安裝角與葉角之差，通常于是，任意半徑處槳葉剖面的安裝角為：</p><p>　　(3-6) </p><p>　　3.2.4螺旋槳拉力的計(jì)算</p><p>　　（1）螺旋槳在旋轉(zhuǎn)中，槳葉與空氣發(fā)生相對(duì)運(yùn)

53、動(dòng)，空氣流過(guò)槳葉的前槳面，就象流過(guò)機(jī)翼上表面一樣，流管變細(xì)，流速加快，壓強(qiáng)降低;空氣流過(guò)槳葉的后槳面就象流過(guò)機(jī)翼下表面一樣，流管變粗，壓強(qiáng)升高。流進(jìn)槳葉前緣，氣流受到阻擋，流速減漫，壓強(qiáng)提高;流進(jìn)槳葉后緣，氣流分離，形成渦流區(qū)，壓強(qiáng)下降。這樣，在槳葉的前后表面和前后緣均形成壓強(qiáng)差。這種壓強(qiáng)和氣流作用于槳葉上的摩擦力綜合在一起，就構(gòu)成了槳葉的氣動(dòng)力(R)。槳葉的空氣動(dòng)力對(duì)螺旋槳的運(yùn)動(dòng)起著兩個(gè)作用：一是拉著螺旋槳和飛機(jī)前進(jìn)；二是阻礙螺旋槳旋

54、轉(zhuǎn)。因此，可將槳葉的空氣動(dòng)力(R)分解為兩個(gè)分力一是與槳軸平行，拉著螺旋槳和飛機(jī)前進(jìn)的拉力(P)；二是與槳軸垂直，阻礙螺旋槳旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)阻力(Q) ，由于螺旋槳葉的拉力(p1和p2)，其方向都相同，所以可將各個(gè)槳葉的拉力合成一個(gè)總的力，就是整個(gè)螺旋槳的拉力。至于各槳葉的旋轉(zhuǎn)阻力(Q1和Q2)，由于它們與槳軸都有一段距離，其方向又都與該槳葉的切向速度的方向相反，所以形成阻礙螺旋槳旋轉(zhuǎn)的力矩，此力矩稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)阻力力矩。這個(gè)力矩是由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸發(fā)出

55、的旋轉(zhuǎn)力矩來(lái)平衡。若發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸發(fā)出的力矩大于旋轉(zhuǎn)阻力力矩，螺旋槳的轉(zhuǎn)速就會(huì)增大</p><p>　　圖3-7 拉力與旋轉(zhuǎn)阻力的產(chǎn)生</p><p><b>　　螺旋槳的拉力公式：</b></p><p>　　(3-7) </p><p>　　螺旋槳拉力系數(shù)，表示槳

56、葉數(shù)目，槳葉形狀、槳葉迎角、槳槳葉合速度方向和表面質(zhì)量等因素對(duì)拉力的影響；一一空氣密度(千克/米)；n一一螺旋槳轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)；D一一螺旋槳直徑(米)。</p><p>　　（2）影響螺旋槳拉力和旋轉(zhuǎn)阻力力矩的因素從拉力公式可以看出，影響拉力的因素有空氣密度，螺旋槳轉(zhuǎn)速，螺旋槳直徑，拉力系數(shù)，而拉力系數(shù)又取決于螺旋槳葉的數(shù)目，槳葉的切面形狀、平面形狀、表面質(zhì)量、槳葉迎角和槳葉合速度的方向等因素。</p>

57、;<p>　　在油門(mén)位置保持不變的條件下，飛行速度增大，合速度的方向更加偏離旋轉(zhuǎn)面。此時(shí)，若按照合速度方向變化的程度，相應(yīng)地改變槳葉角，保持槳葉迎角不變。而合速度大小的變化不多，則槳葉空氣動(dòng)力的大小基本不變。但空氣動(dòng)力的方向更加偏離槳軸增加和拉力減小，旋轉(zhuǎn)阻力增大，還會(huì)迫使轉(zhuǎn)速減下來(lái)，對(duì)恒速螺旋槳來(lái)說(shuō)，在飛行速度例如過(guò)程中，槳葉角增加得慢而合速度的方向變得快一些因而槳葉迎角會(huì)逐漸減小之減小，它的一個(gè)分力。這即旋凳阻14葉的

58、空氣動(dòng)力也隨就可以保持轉(zhuǎn)速也就可以保持不變。但是。槳葉的空氣動(dòng)力減小了，拉力自然隨之減小。拉力隨飛行速度變化規(guī)律如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 拉力隨飛行速度的變化</p><p>　　從圖3-9（a），（b）中可以看到飛行速度增大，合速度的方向更加偏離旋轉(zhuǎn)面，相應(yīng)的改變槳葉角保持槳葉迎角不變，而合速度的大小變化不多，則槳葉空氣動(dòng)力大小基本不變，空氣動(dòng)力的方向更加偏離槳軸，

59、使旋轉(zhuǎn)阻力增加或者減小。</p><p>　　圖（c）槳葉空氣動(dòng)力減小拉力也隨之減小。</p><p>　　根據(jù)以上各因素對(duì)升力的影響，則設(shè)對(duì)于單槳空氣密度，重力常數(shù)g，翼角，翼寬為b，葉片數(shù)為n，翼最大半徑為，最小半徑為，角速度為，則升力計(jì)算公式為：</p><p>　　(3-8) </p><p

60、>　　（3）另外根據(jù)具體給出的電動(dòng)飛行器的重量為2t即2000kg即20000N，電動(dòng)飛行器達(dá)到平衡所需的升力為20000N。</p><p>　　螺旋槳的拉力計(jì)算公式：直徑（米）螺距（米）槳寬度（米）轉(zhuǎn)速平方（轉(zhuǎn)/秒）1大氣壓力（1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力）經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（0.00025）=拉力（克）由于升力系數(shù)為：</p><p>　　(3-9)

61、 </p><p>　　其系數(shù)與所選旋翼的相對(duì)厚度有關(guān)系，而現(xiàn)階段螺旋槳規(guī)格比較嚴(yán)格，不能隨便的設(shè)計(jì)和改造。我們選用的是通用比例的槳，精度較好，除高原地區(qū)大氣壓為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。其中螺距為0.45米。</p><p>　　按照2t即2000kg的飛行器總體重量，那么此螺旋槳提供的升力L≥20

62、00kg。</p><p>　　此設(shè)計(jì)中具體參數(shù)設(shè)計(jì)槳葉半徑為0.3m，電機(jī)轉(zhuǎn)速為9600轉(zhuǎn)/分，合160轉(zhuǎn)/秒。</p><p>　　那么L所提供的升力為:320.30.450.116016010.25=518.4公斤</p><p>　　四支則提供：4518.4=2073.6公斤=2.0736t>2t初步完成設(shè)計(jì)螺旋槳的要求。</p><

63、;p>　　3.2.5 螺旋槳結(jié)構(gòu)的分析</p><p>　　在分析質(zhì)量之前下面先對(duì)旋翼半徑，槳葉寬度，旋翼實(shí)度進(jìn)行適度的介紹和分析：</p><p><b>　?。?）旋翼半徑</b></p><p>　　旋冀旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉尖所劃圓圈的直徑叫做旋翼直徑。日前世界上的直升機(jī)旋翼D7-35米之間. 葉尖離槳轂中心的距離稱(chēng)旋典半徑R =D/2，任一

64、槳葉剖面距離槳轂中心的半徑則表示為。在槳葉=0.7 R處的剖面的空氣動(dòng)力特性很有代表性，叫做特征剖面，即為特征剖面半徑。</p><p><b>　?。?）槳葉寬度</b></p><p>　　槳葉剖面的弦長(zhǎng)就是該半徑處的槳葉寬度，用b表示，如圖3-10所示。該種平面形狀的槳葉。對(duì)于矩形槳葉，寬度洽徑向不變;對(duì)于梯形槳葉或共他槳葉.吞沿徑向改變。為了表征槳葉寬度的變化

65、，常用槳葉“根悄比”這樣一個(gè)概念，其</p><p><b>　　定義為：</b></p><p>　　(3-10) </p><p>　　亦即葉根寬度與葉尖寬度之比一般1?3.在實(shí)際情況中，由于葉根及葉尖部分形狀待殊，按延伸辦法未處理.此設(shè)計(jì)的比值為2可以較好的控制各個(gè)系數(shù)。<

66、;/p><p>　　圖3-10 矩形平面形狀的槳葉</p><p><b>　?。?）旋翼實(shí)度</b></p><p>　　各片槳葉實(shí)占面積與整個(gè)槳盤(pán)面積之比，叫做旋抖實(shí)度，以希脂字母口表示.如為為槳葉片數(shù)，則</p><p>　　(3-11) </p><p>　

67、　這是因?yàn)?，根?jù)統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在槳葉上處剖面的寬度認(rèn)接近于槳葉寬度的平均值,旋葉槳片數(shù)目一般為2~7片，輕型直升機(jī)大都有2~4片，而重型機(jī)達(dá)5~7片值應(yīng)該在0.04~0.11之間。</p><p><b>　?。?）槳葉重心</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要調(diào)整槳葉的展向重心和弦向重心，槳葉的展向重心主要影響槳葉的靜矩和慣性矩。槳葉展向重心外移，槳葉的靜矩和慣性矩

68、會(huì)增大，同時(shí)槳葉的離心力載荷會(huì)變大，一般設(shè)計(jì)在0.5一O.66R位置。 槳葉的弦向重心是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，弦向重心直接影響槳葉的顫振和穩(wěn)定性特性，通常要求槳葉的弦向重心在25%弦長(zhǎng)之前，實(shí)際的工程應(yīng)用中，弦向重心控制在25%弦長(zhǎng)之前是比較困難的，一般力求槳葉的有效重心控制在25%弦長(zhǎng)前。</p><p><b>　　槳葉的展向重心：</b></p><p>　　(3

69、-12) </p><p><b>　　槳葉的旋向重心：</b></p><p>　　(3-13) </p><p><b>　　槳葉的有效重心：</b></p><p>　　(3-14) &l

70、t;/p><p>　　式中:Mi一一槳葉剖面的線(xiàn)質(zhì)量。</p><p><b>　　（6）槳葉重量</b></p><p>　　按照槳葉的弦長(zhǎng)、展長(zhǎng)及翼型的分布情況對(duì)槳葉的質(zhì)量特性作統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)比總體分配的槳葉質(zhì)量，分析槳葉質(zhì)量的合理性。單片槳葉質(zhì)量：</p><p>　　(3-15)

71、 </p><p>　　試中：表示單片槳葉質(zhì)量，槳葉剖向的線(xiàn)質(zhì)量，表示槳葉展向最大位置航空器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常遵循重量最輕原則，但槳葉的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度和動(dòng)力學(xué)要求之外，還要求直升機(jī)旋翼槳葉能夠?yàn)橹鄙龣C(jī)自轉(zhuǎn)下滑狀態(tài)提供足夠的能量。因此旋翼槳葉不能設(shè)計(jì)得過(guò)輕，從旋翼的自轉(zhuǎn)性能要求出發(fā)，旋翼最小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：,其中為旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)時(shí)的旋翼轉(zhuǎn)速，為直升機(jī)重量，A自傳因子。</p

72、><p>　　（7）剖面剛度和質(zhì)量分布</p><p>　　槳葉的剖面剛度和質(zhì)量分布，是槳葉結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的核心工作。剖面剛度和質(zhì)量特性直接影響槳葉的動(dòng)力學(xué)特性、強(qiáng)度和疲勞特性。動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，調(diào)整槳葉剖面剛度和質(zhì)量分布，改變槳葉動(dòng)力學(xué)特性，也稱(chēng)調(diào)頻設(shè)計(jì)，是多次逼近的復(fù)雜的過(guò)程。調(diào)頻設(shè)計(jì)的主要措施是改變槳葉的質(zhì)量和剛度分布，剖面剛度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免結(jié)構(gòu)剛度急劇變化，減少可能引起的應(yīng)力集中。</

73、p><p>　　3.2.6 螺旋槳槳葉材料的分析</p><p>　?。?）螺旋槳在材料的選取上要注意一下條件：</p><p>　　①優(yōu)先選用使用過(guò)的成熟材料，適當(dāng)選用優(yōu)質(zhì)新材料，同時(shí)應(yīng)盡量減少材料品種與規(guī)格。</p><p>　　②材料的比強(qiáng)度、比剛度要高。</p><p>　?、劭蛊?、耐沖擊性好。</p>

74、;<p><b>　　④耐環(huán)境特性好。</b></p><p>　?、菥哂辛己玫墓に囆?。 </p><p>　?、拮⒁膺x用恰當(dāng)?shù)慕饘俨牧稀?lt;/p><p>　?、邚?fù)合材料應(yīng)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)特殊性能要求，如阻燃、煙霧、燃燒、毒性、耐沖擊等。</p><p>　　⑧樹(shù)脂基體應(yīng)與纖維的斷裂應(yīng)變協(xié)調(diào)、匹配，同時(shí)與纖維具有高

75、的界面</p><p><b>　　結(jié)合強(qiáng)度。</b></p><p>　?、針?shù)脂基體應(yīng)滿(mǎn)足工藝性對(duì)揮發(fā)物含量、就性、預(yù)浸料使用期，固化壓力、</p><p>　　固化溫度以及固化后的收縮率等要求。</p><p>　?、庾⒁鈨悍N材料問(wèn)固化溫度要求，具有良好的相融性。</p><p>　　（2）在

76、選用金屬材料時(shí)應(yīng)注意：</p><p>　?、龠x用碳素鋼和低合金鋼時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用淬透性好的材料，以防止淬火不均勻或產(chǎn)生裂紋；</p><p>　?、诓捎玫臒崽幚硪?guī)范，不應(yīng)在使用溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生回火脆性；</p><p>　?、弁ㄟ^(guò)冷作硬化提高機(jī)械性能時(shí)，其回火溫度應(yīng)比工作溫度高100C；</p><p>　?、軐?duì)關(guān)鍵件，其高應(yīng)力區(qū)要求無(wú)脫碳現(xiàn)象

77、，其他部位也應(yīng)避免脫碳現(xiàn)象，否則應(yīng)降低使用應(yīng)力。綜合分析并結(jié)合螺旋槳主要構(gòu)件常用材料表可得旋翼材料為：變距搖臂螺栓、限動(dòng)器連接螺栓、頂蓋連接螺栓、鉸接式槳毅(如直8)的上卜星板及軸向鉸車(chē)由頸和車(chē)由套應(yīng)選取30CrNi4MoA，槳葉大梁主要選LD2CS，</p><p>　　接頭選取LD7CS。</p><p>　　3.2.7 螺旋槳槳葉的噴漆</p><p>　　蒙

78、皮，復(fù)合材料槳葉的蒙皮設(shè)計(jì)應(yīng)盡量連續(xù)，承受一定的離心力，并提供部分彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度。設(shè)計(jì)中充分利用復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性，通過(guò)調(diào)整若干了鋪層，實(shí)現(xiàn)槳葉強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。一般槳葉的最外層蒙皮，多采用平整致密織物，以便于形成高質(zhì)量的槳葉外形。內(nèi)層蒙皮則根據(jù)結(jié)構(gòu)需要而選擇材料和鋪設(shè)方案。目前蒙皮所使用的材料以采用玻璃類(lèi)、碳類(lèi)和芳綸類(lèi)纖維的織物為主。如果從加強(qiáng)槳葉的韌性、制造容差的損傷容限方面考慮，應(yīng)選擇玻璃類(lèi)材料;若從槳葉的剛度特性和質(zhì)量方面考慮，

79、選擇碳類(lèi)織物更好。</p><p>　　蒙皮鋪層設(shè)計(jì)的一般原則：</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量采用對(duì)稱(chēng)鋪層，避免固化后由于禍合引起的結(jié)構(gòu)翹曲；</p><p>　?。?）鋪層的纖維軸線(xiàn)應(yīng)盡量與內(nèi)力拉壓方向一致，剪切強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度主要由鋪層提供；</p><p>　?。?）蒙皮連接宜采用搭接的方式，一般搭接寬度要在10mm以上；<

80、/p><p>　?。?）槳葉外層蒙皮宜采用玻璃纖維織物，其抗損傷的敏感性好。</p><p>　　使用環(huán)境中的多種因素(如溫度、濕度、雨雪、紫外線(xiàn)、雷電、風(fēng)沙、鹽霧、霉菌，以及其他工業(yè)污染物等)對(duì)槳葉的性能影響較大。槳葉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行槳葉結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計(jì)。零組件的表面處理是結(jié)構(gòu)防護(hù)的基礎(chǔ)，包括選取合適的金屬鍍層和非金屬涂覆層噴漆等。 </p><p>　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

81、應(yīng)充分考慮金屬保護(hù)片的機(jī)械加工工藝性。根據(jù)具體部位和使用要求，一般選用不銹鋼、欽合金、鎳合金等材料。欽合金的耐磨性較好，適用于槳葉中段和內(nèi)側(cè)使用。鎳合金的防沙石性能較好，工藝性也好，特別適用于槳尖形狀復(fù)雜的前緣保護(hù)。不銹鋼是使用比較多的前緣保護(hù)材料之一。沙蝕及雨蝕影響槳葉的使用壽命，復(fù)合材料槳葉根部和尖部下表面，應(yīng)采用外場(chǎng)易于更換和修理的聚氨酷保護(hù)帶進(jìn)行保護(hù)。</p><p><b>　　螺旋槳的涵道設(shè)

82、計(jì)</b></p><p>　　4.1 涵道幾何形狀的表示</p><p>　　設(shè)圓柱座標(biāo)系（，，）固定于空間，，，分別為軸向、周向角、徑向座標(biāo)；無(wú)窮遠(yuǎn)前方來(lái)流速度，沿軸的正方向，為的函數(shù)。令涵道長(zhǎng)度為，涵道特征半徑為（可取槳盤(pán)面處涵道內(nèi)壁半徑），槳盤(pán)面離涵道導(dǎo)邊距離，螺旋槳半徑為。置涵道導(dǎo)邊與咨的平面上，軸與槳軸中</p><p>　　心線(xiàn)重合，涵道尾

83、緣位于者。</p><p>　　另涵道內(nèi)、外兩側(cè)表面方程式為：</p><p>　　(4-1) </p><p>　　(4-2) </p><p><b>　　導(dǎo)邊

84、處有：</b></p><p>　　(4-3) </p><p>　　(4-4) </p><p>　　則涵道剖面鼻尾線(xiàn)的攻角有：</p><p>　　(4-5)

85、 </p><p>　　鼻尾線(xiàn)構(gòu)成的錐形面的方程為：</p><p>　　(4-6) </p><p><b>　　令</b></p><p>　　(4-7)

86、</p><p>　　(4-8) </p><p>　　則的幾何意義為剖面中線(xiàn)與鼻尾線(xiàn)之間的徑向距離與涵道長(zhǎng)度之比，的幾何意義為徑向測(cè)量的半厚度與之比。為計(jì)算方便，引入變量</p><p>　　(4-9) </p>

87、;<p>　　涵道表現(xiàn)軸向斜率可寫(xiě)成：</p><p>　　(4-10) </p><p>　　式中號(hào)和+號(hào)對(duì)應(yīng)于外側(cè)表面，一號(hào)對(duì)應(yīng)于內(nèi)側(cè)表面，在下面的敘述中，往往在圓柱坐標(biāo)系（，，）中進(jìn)行分析，令，即長(zhǎng)徑比。</p><p>　　4.2涵道的推力計(jì)算 </p><p>

88、　　涵道的僅由漩渦分布所產(chǎn)生，涵道每一微段上圓環(huán)渦產(chǎn)生的環(huán)量為，該處的軸向來(lái)流速度，受到螺旋槳的徑向干擾速度為，故該微段上漩渦產(chǎn)生的升力在軸向的分力為：</p><p>　　(4-11) </p><p>　　此即該微段上的涵道推力，由于推力以逆來(lái)流方向取正值故上式右邊有“——”號(hào)。整個(gè)涵道的推力為：</p><p>　　(

89、4-12) </p><p>　　則涵道的理想推力系數(shù)為：</p><p>　　(4-13) </p><p>　　從上式可以看出沒(méi)有螺旋槳，則涵道就沒(méi)有推力。</p><p>　　該涵道螺旋槳外形數(shù)據(jù)有：</p><p>　　長(zhǎng)徑比0.5，

90、，，，，，其涵道外形參見(jiàn)中所給數(shù)據(jù)，并給出初始，現(xiàn)比較各自一些組要結(jié)果見(jiàn)表4-1。</p><p>　　表4-1文獻(xiàn)與本設(shè)計(jì)的各自結(jié)果</p><p><b>　　螺旋槳的支撐與傳動(dòng)</b></p><p>　　5.1 螺旋槳的支撐機(jī)構(gòu)</p><p>　　螺旋槳的支撐機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是減速撐桿。其螺旋槳的預(yù)裝是將螺旋槳固

91、定在螺旋槳座架上，并將螺旋槳軸插入螺旋槳錐孔內(nèi)進(jìn)行的預(yù)裝。也可直接將螺旋槳軸直接吊入螺旋槳錐體內(nèi)，最后安裝液壓螺母并壓裝到位。同時(shí)減速器連接支桿組成減速器支桿機(jī)構(gòu)。這種安裝支架的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單合理、性能安全可靠、維修和使用成本低。</p><p>　　支撐梁一般都是剛性的，主要依靠彈性支座減震，現(xiàn)階段一般都用反共振隔振器。此支撐機(jī)構(gòu)通過(guò)8根支撐桿來(lái)支撐減速裝置。此支撐架的設(shè)計(jì)應(yīng)符合下面要求：</p

92、><p>　?。?）能有效、安全地傳遞較大的升力和扭矩。</p><p>　?。?）機(jī)械零部件設(shè)計(jì)有較大的尺寸余度，翻修壽命長(zhǎng)。</p><p>　?。?）速簡(jiǎn)單的操作使“視情”維修成為可能，即無(wú)需過(guò)多地拆裝和分解組、部件。</p><p>　?。?）適合中國(guó)國(guó)情，注重立足國(guó)內(nèi)，同時(shí)借鑒國(guó)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。</p><p>

93、;　　典型的撐桿由桿體和兩端接頭通過(guò)螺接或焊接而成。桿體采用薄壁鋼質(zhì)管材拉制而成，接頭由相應(yīng)鋼質(zhì)材料機(jī)械加工而成。主減撐桿所承受的交變載荷主要為拉力載荷。根據(jù)國(guó)內(nèi)多種型號(hào)直升機(jī)及國(guó)外相近重量噸級(jí)直升機(jī)的成功設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可考慮采用一種低碳合金鋼，其牌號(hào)為其機(jī)械性能見(jiàn)《中國(guó)航空材料手冊(cè)》第1冊(cè)。它的特點(diǎn)是:有兩次硬化現(xiàn)象，淬火加高溫回火后具有高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，良好的沖壓性能和焊接性能。經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后，可焊接任何復(fù)雜的構(gòu)件，而焊接后不

94、需再進(jìn)行熱處理。該鋼淬透性較小，適宜于制造截面較小的焊接件和飯金件。這種材料已在國(guó)產(chǎn)直升機(jī)型號(hào)的焊接結(jié)構(gòu)中得到較為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　國(guó)內(nèi)，主減撐桿一般采用桿體和兩端的接頭焊接而成。桿體通常采用薄壁鋼管材料：一是可以減輕重量，二是可以選擇較大直徑，增加桿體的剛度。桿體鋼管管材通常不需要再加工(或局部如管口焊接接口部位機(jī)械加工，以利于焊接質(zhì)量)，因而對(duì)桿體鋼管管材原材料的要求比較嚴(yán)格。此外，對(duì)鋼管的外

95、徑、最小允許壁厚及管材的直線(xiàn)度、圓度、壁厚的均勻性等兒何尺寸要求，還應(yīng)加以嚴(yán)格控制。應(yīng)根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求和主減撐桿承受的最大使用載荷來(lái)選擇桿體鋼管的材料，鋼管壁厚的選擇還必須避免出現(xiàn)較焊縫還弱的強(qiáng)度薄弱點(diǎn)。主減撐桿接頭的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，既要考慮與桿體鋼管連接端的焊接尺寸，又要考慮與旋翼軸簡(jiǎn)形機(jī)匣上主減撐桿安裝凸耳及主減平臺(tái)上主減撐桿安裝座之問(wèn)的配合尺寸。整個(gè)主減撐桿的長(zhǎng)度尺寸及安裝支架的布置尺寸都應(yīng)根據(jù)直升機(jī)總體布置并與主減速裝置及主減平臺(tái)

96、相對(duì)應(yīng)的連接位置進(jìn)行充分協(xié)調(diào)后確定。長(zhǎng)度尺寸重點(diǎn)考慮的應(yīng)是前、后撐桿的兩端關(guān)節(jié)軸承中心距。主減撐桿接頭的尺寸設(shè)計(jì)中，其端部外圓處的最小壁厚和耳片最小邊距均應(yīng)避免出現(xiàn)較焊縫還弱的強(qiáng)度薄弱點(diǎn)。</p><p>　　減撐桿的表面普遍采用漆層防護(hù):即在主減撐桿的金屬表面涂上底漆和面漆，以達(dá)到長(zhǎng)期防護(hù)的作用。在撐桿焊接前，鋼管內(nèi)注入一種耐高溫涂料，焊接后不會(huì)被破壞，也不會(huì)影響焊接質(zhì)量，目_能起到長(zhǎng)期封存保護(hù)金屬表面的作用;

97、鋼管內(nèi)表面焊接后再涂以防銹油，鋼管外表面涂底漆和面漆，這樣的表面處理已在使用中被證實(shí)效果頗佳。</p><p>　　5.2 螺旋槳的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　螺旋槳的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要包括傳動(dòng)軸、減速器以及電動(dòng)機(jī)組成。由于此設(shè)計(jì)由</p><p>　　8個(gè)螺旋槳，此8個(gè)螺旋槳各自獨(dú)立的完成工作，也必須由8個(gè)獨(dú)立的電機(jī)來(lái)控制，電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸連接減速裝置最后連接螺旋槳槳轂

98、槳葉，來(lái)帶動(dòng)螺旋槳的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制整體的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　減速器的選用：為提高傳動(dòng)裝置的效率，減少能耗，降低運(yùn)行費(fèi)用，所以選用傳動(dòng)效率較高的齒輪傳動(dòng)進(jìn)行傳動(dòng)。</p><p>　?。?）蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲，具有自鎖性；但是其傳動(dòng)效率低，磨損較嚴(yán)重，蝸桿軸向力較大，致使軸承摩擦損失較大。</p><p>　?。?）圓錐齒輪具

99、有斜齒輪漸進(jìn)接觸的嚙合特點(diǎn)，且重合度較大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，承載能力強(qiáng)，最小齒數(shù)可到5，因而可獲得較大的傳動(dòng)比和較小的機(jī)構(gòu)尺寸。</p><p>　　綜合考慮應(yīng)選用圓錐齒輪傳動(dòng)較好。</p><p>　　同時(shí)考慮到安裝軸承此次采用徑向軸承，由于許用應(yīng)力：</p><p>　　(5-1)

100、</p><p>　　式中：M為離心力，D為內(nèi)圈滾道直徑，L為滾針總工作長(zhǎng)度。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)時(shí)，</b></p><p>　　根據(jù)電動(dòng)飛行器總重為2t的設(shè)計(jì)，小組整體設(shè)計(jì)需要轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分的電機(jī)</p><p><b>　　作為驅(qū)動(dòng)。</b></p>

101、<p>　　5.2.1 傳動(dòng)裝置的合理布置</p><p>　　許多傳遞裝置往往需要選用不同的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以多級(jí)傳動(dòng)方式組成，而傳動(dòng)先后順序的變化將對(duì)整個(gè)螺旋槳的性能和結(jié)構(gòu)尺寸產(chǎn)生重要影響，必須合理安排，設(shè)計(jì)采用2級(jí)傳動(dòng)，先由一對(duì)圓錐齒輪改變傳動(dòng)方向，即將橫向傳動(dòng)改變?yōu)樨Q向傳動(dòng)，然后一對(duì)圓柱齒輪進(jìn)行傳動(dòng)。并輸出于執(zhí)行元件，所以初步擬定的傳動(dòng)方案如圖5-1所示。</p><p>　　

102、圖5-1 初步擬定的傳動(dòng)方案示意圖</p><p>　　5.2.2 各級(jí)傳動(dòng)比的合理分配</p><p>　　在設(shè)計(jì)2級(jí)及2級(jí)以上的減速器時(shí)，合理的分配各級(jí)傳動(dòng)比是很重要的，因?yàn)樗鼘⒂绊憸p速箱的輪廓尺寸和重量以及潤(rùn)滑的條件。</p><p>　?。?）傳動(dòng)比分配的基本原則</p><p>　?、?各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比，均有其合理的應(yīng)用范圍，通常不

103、應(yīng)超過(guò)。</p><p>　?、?各級(jí)傳動(dòng)比的承載能力近于相等。</p><p>　?、?各級(jí)傳動(dòng)中的大齒輪浸入油中的深度大致相同，從而使?jié)櫥鼮榉奖恪?lt;/p><p>　?、?分配傳動(dòng)比時(shí)，應(yīng)注意使各傳動(dòng)件尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱(chēng)，避免發(fā)生相互干涉。如設(shè)計(jì)2級(jí)齒輪傳動(dòng)減速時(shí)，若傳動(dòng)比分配不當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致中間軸大齒輪與低速軸發(fā)生干涉。</p><p&g

104、t;　?、?對(duì)于多級(jí)減速傳動(dòng)，可按照“前小后大”（即由高速級(jí)向低速級(jí)逐漸增大）的原則分配傳速比，且相鄰兩級(jí)差值不要過(guò)大，這種分配方法可使各級(jí)中間軸獲得較高轉(zhuǎn)速和較小的轉(zhuǎn)矩，因此，軸及軸上的零件的尺寸質(zhì)量下降，結(jié)構(gòu)較為緊湊，增速傳動(dòng)也可按照這一原則分配。</p><p>　?、?在多級(jí)齒輪減速傳動(dòng)中，傳動(dòng)比的分配將直接影響傳動(dòng)的多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。例如：傳動(dòng)的外廓尺寸和質(zhì)量很大程度上取決于低速級(jí)大齒輪的尺寸，低速級(jí)傳動(dòng)比

105、小些，有利于減少外廓尺寸和質(zhì)量。</p><p>　　5.2.3 傳動(dòng)比的具體分配</p><p>　　根據(jù)本次的具體設(shè)計(jì)要求，要求輸入的功率為0.5KW～1KW的范圍內(nèi)，所以初步選用的電機(jī)為1.5KW型號(hào)的STGP150，其轉(zhuǎn)速在。根據(jù)電機(jī)的初步選擇，我們所需要的螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)間為60min，經(jīng)相關(guān)資料可查螺旋槳的轉(zhuǎn)速一般在，所以便可確定總的傳速比為：</p><p&g

106、t;　　(5-2) </p><p>　　取圓柱齒輪的傳動(dòng)比為1.5，知道總的傳動(dòng)比為12.86，根據(jù)公式</p><p>　　(5-3) </p><p>　　所以圓錐齒輪的傳動(dòng)比為，所以值符合圓錐齒輪傳動(dòng)比的正常范圍，所以圓

107、柱齒輪的傳動(dòng)比設(shè)為。</p><p>　　5.2.4計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)</p><p><b>　?。?）各軸的轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力動(dòng)力輸出軸為0軸，第一個(gè)傳動(dòng)軸為Ⅰ軸，第二個(gè)傳動(dòng)軸為Ⅱ軸，輸出軸為Ⅲ軸，所以各軸的轉(zhuǎn)速為</p><p>　　(5-4)

108、 </p><p>　?、? (5-5) </p><p>　　nⅢ=nⅡ/=1130/1.6=697r/min (5-6) </p><p><b>　?。?）

109、各軸的功率</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)的輸出功率為，由于傳動(dòng)時(shí)要有功率損失，也就考慮傳動(dòng)時(shí)效率的問(wèn)題</p><p>　　(5-7) </p><p>　　式中為從電動(dòng)機(jī)至輸出軸之間的各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和軸承效率，滾動(dòng)軸承=0.99；圓柱齒輪傳動(dòng)；彈性聯(lián)軸器</p>&l

110、t;p>　　所以各軸的功率如下：</p><p><b>　?。?）各軸的轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　5.2.5齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核</p><p><b>　　（1）圓錐齒輪計(jì)算</b></p><p>　　齒輪采用45號(hào)鋼，調(diào)制處理后齒面硬度180～190HBS，齒輪精度等級(jí)為7級(jí)。取

111、，，則。取，參考機(jī)械零件的齒輪計(jì)算：</p><p>　?、?設(shè)計(jì)準(zhǔn)則按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，在按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。</p><p>　?、?按齒面設(shè)計(jì)疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)</p><p>　　齒面接觸疲勞強(qiáng)度的表達(dá)式</p><p>　　(5-8) </p><p><b>

112、　　其中，，，，，</b></p><p>　　選擇材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　選擇材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由下式計(jì)算可得&l

113、t;/p><p>　　(5-9) </p><p><b>　　則</b></p><p>　　(5-10) </p><p><b>　　接觸疲勞壽命系數(shù)</b></p><p><b&