[發明專利]一種適用于長航時渦槳動力無人機槳發匹配優化方法

有效

• 申請號: 201911229326.0
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN110937130B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 吳以婷;張效瑜;袁正中;楊水鋒;張相聞;陳拓
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司成都飛機設計研究所
• 主分類號: B64F5/00
• 分類號: B64F5/00;B64D27/02
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

本發明涉及飛行器設計,特別涉及一種適用于長航時渦槳動力無人機槳發匹配優化方法。所述的方法包括如下步驟:步驟一：根據螺旋槳氣動特性數據，計算其匹配功率系數；步驟二：計算不同功率系數CP、前進比J下的匹配功率系數，得到螺旋槳效率與匹配功率系數的對應關系；步驟三：設計飛行工況、給定發動機風門位置下的匹配功率系數；步驟四：根據步驟二和三所述對應關系和所述匹配功率系數，確定該匹配功率系數對應的最佳效率及前進比。通過發動機和螺旋槳匹配工作點的選取，充分利用發動機軸功率，提高推進效率，使飛機在整個飛行包線內能夠達到最佳的飛行性能。

技術領域

本發明涉及飛行器設計,特別涉及一種適用于長航時渦槳動力無人機槳發匹配優化方法。

背景技術

渦輪螺旋槳發動機尤其是配裝恒速變距螺旋槳的自由渦輪渦槳發動機，作為功重比優于活塞發動機的高效動力，在國內外長航時無人機上得到廣泛使用。

對于飛機設計而言，發動機和螺旋槳匹配工作點的選取至關重要。槳發匹配過程指發動機輸出功率轉化為前進推力的過程，需要將發動機的功率特性與螺旋槳的氣動特性進行一體化設計，在推進效率、飛行速度之間進行合理權衡，才能在寬廣的使用包線范圍內得到最佳的飛行剖面，充分利用發動機軸功率，提高推進效率，使飛機在整個飛行包線內能夠達到最佳的飛行性能。

在螺旋槳飛機早期發展階段，多采用活塞發動機和木質定距槳，往往是借鑒試飛成功的飛機性能數據倒推槳發匹配性能，或者在同一型飛機上選裝不同的發動機或螺旋槳求得最佳的匹配組合；上世紀40年代，美國開展了恒速槳的全尺寸風洞試驗，針對幾種典型的標準螺旋槳與機身/短艙組合方式，研究了不同風速下螺旋槳推進效率與前進比對應的關系，形成了一套根據螺旋槳氣動數據和發動機特性進行槳發匹配設計的方法，在當時指導了大量先進活塞動力螺旋槳戰斗機的方案設計及動力系統選型。

然而，國內外盡管有相關文獻介紹了槳發匹配設計理論，但多集中在活塞發動機和定距螺旋槳選型上，未見針對自由渦輪和恒速變距槳的匹配設計資料。

發明內容

本發明解決的技術問題:提出一種適用于長航時渦槳動力無人機槳發匹配優化方法，充分利用發動機軸功率，提高推進效率，使飛機在整個飛行包線內能夠達到最佳的飛行性能。

本發明的技術方案:一種適用于長航時渦槳動力無人機槳發匹配優化方法，其特征在于，所述的方法包括如下步驟:

步驟一：根據螺旋槳氣動特性數據，計算其匹配功率系數；

步驟二：計算不同功率系數C_P、前進比J下的匹配功率系數C′_P，得到螺旋槳效率η與匹配功率系數C′_P的對應關系；

步驟三：設計飛行工況、給定發動機風門位置下的匹配功率系數；

步驟四：根據步驟二和三所述對應關系和所述匹配功率系數，確定該匹配功率系數對應的最佳效率及前進比。

優選地，所述方法還包括如下步驟：

步驟五，由前進比計算得到對應最佳效率的最優螺旋槳轉速。

優選地，重復步驟三至五，獲得飛機全設計工況下不同飛行高度、速度、大氣溫度、發動機風門位置對應的最優螺旋槳轉速和最佳效率。

優選地，根據以下方法計算最優螺旋槳轉速n：

其中：螺旋槳直徑D、飛行速度V和最佳效率對應的前進比J。

優選地，計算不同功率系數C_P、前進比J下的匹配功率系數C′_P，得到螺旋槳效率η與匹配功率系數C′_P的對應關系，其中：