旋翼桨叶气动设计要点浅析

旋翼桨叶(Rotor)是直升机和无人多旋翼飞机中最重要的组件，桨叶(Blade)是旋翼的核心部件，旋翼的设计参数主要包括：桨叶的数量，桨盘的载荷，桨叶的半径，桨根的长度，沿展向各个位置的翼形分布，翼形，弧和分布，前缘直径，扭角分布，桨尖形式。

1.输入工况

像其他一样，旋翼桨叶设计前需要输入。旋翼前需要确起飞重量w，额定工作转速rpm和发动机功率p。

2.旋翼桨叶数量。小型机常用两片桨叶的形式，大型机常具有4片或更多，无人机的螺旋桨一般不大，最常见的是双桨式，桨叶数量(Nb)影响旋翼的桨盘实度。桨叶数量可以提高悬停性能并减少导弹性，但需要花费更大的功率，并且数量常是根据常规的。

3.初选旋翼，平均弧和桨负荷。

旋翼的半径r可以参考类似于起飞重量的飞机的参数作为迭代的初始值。在没有精确的旋翼计算算法之前，可以使用动量理论来估计半径对应的旋翼拉力。此时尚未确定翼型，可以使用naca0012或更通用的翼动系数进行输入。当然，这是一个迭代过程，输入输出推力，直到满足需求为止。

模型飞机，无人机和旋翼飞机常用的桨实度范围为0.006至0.12之间，直升机常为0.4至0.7，旋翼和桨叶数量后，桨的实度主要由螺旋桨的弧长决定。初始桨盘的实度，根据公式计算平均弧c和展弧比。

4.桨根度

桨根的长度取决于旋翼的安装形式，其原则是不能与旋翼下方的操纵机构或设备进行干扰。

5.旋翼桨叶翼

翼选择是关键，许多国内螺旋桨生产都用反向工程开模生产，实际上很少有真正掌握核心气动数据的人，翼选择涉及更多问题，足以成为另一个支柱。准备在下个月进行重点解释，敬请期待。

6.机翼类型和弧分布。

为了满足气动要求，桨根段常使用简单的过渡，常在桨根长度后开始用的气动翼。最简单的是，桨根在桨尖前部用线性变化的弧长，弯度和厚度。如下图所示。

7.扭角的分布。

常用负扭转设计，即桨根上最大的翼扭角，并依次减至桨尖前部。由于桨根上的雷诺数很小，动速度较小，来流角较大。根据前文《飞行模拟-4.直升机飞行与操纵原理》中的来流角与桨距角的代数和迎角的原理，整个桨叶的展向动力趋于均匀，因此需要一个扭角作为桨距角(固定的)来补偿最佳的迎角。

2023/06/07

2022/01/20

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