【正文】 (46) 令 (47) (48) 則的幾何意義為剖面中線與鼻尾線之間的徑向距離與涵道長度之比，的幾何意義為徑向測量的半厚度與之比。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)采用外場易于更換和修理的聚氨酷保護(hù)帶進(jìn)行保護(hù)。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。使用環(huán)境中的多種因素(如溫度、濕度、雨雪、紫外線、雷電、風(fēng)沙、鹽霧、霉菌，以及其他工業(yè)污染物等)對槳葉的性能影響較大。目前蒙皮所使用的材料以采用玻璃類、碳類和芳綸類纖維的織物為主。 螺旋槳槳葉的噴漆蒙皮，復(fù)合材料槳葉的蒙皮設(shè)計應(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。 ⑨樹脂基體應(yīng)滿足工藝性對揮發(fā)物含量、就性、預(yù)浸料使用期，固化壓力、固化溫度以及固化后的收縮率等要求。 ⑤具有良好的工藝性。 螺旋槳槳葉材料的分析 （1）螺旋槳在材料的選取上要注意一下條件：①優(yōu)先選用使用過的成熟材料，適當(dāng)選用優(yōu)質(zhì)新材料，同時應(yīng)盡量減少材料品種與規(guī)格。 （7）剖面剛度和質(zhì)量分布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)計的核心工作。 （6）槳葉重量按照槳葉的弦長、展長及翼型的分布情況對槳葉的質(zhì)量特性作統(tǒng)計分析。 （4）槳葉重心結(jié)構(gòu)設(shè)計主要調(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。該種平面形狀的槳葉。 螺旋槳結(jié)構(gòu)的分析在分析質(zhì)量之前下面先對旋翼半徑，槳葉寬度，旋翼實(shí)度進(jìn)行適度的介紹和分析： （1）旋翼半徑旋冀旋轉(zhuǎn)時，葉尖所劃圓圈的直徑叫做旋翼直徑。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個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。圖39 拉力隨飛行速度的變化 從圖39（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，則槳葉空氣動力大小基本不變，空氣動力的方向更加偏離槳軸，使旋轉(zhuǎn)阻力增加或者減小。這即旋凳阻14葉的空氣動力也隨就可以保持轉(zhuǎn)速也就可以保持不變。在油門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。拉力與旋轉(zhuǎn)阻力的產(chǎn)生。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，此力矩稱為旋轉(zhuǎn)阻力力矩。這樣，在槳葉的前后表面和前后緣均形成壓強(qiáng)差。由于常用旋翼的槳葉剖面安裝角多呈線性變化，因而引入槳葉一個“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： (36) （1）螺旋槳在旋轉(zhuǎn)中，槳葉與空氣發(fā)生相對運(yùn)動，空氣流過槳葉的前槳面，就象流過機(jī)翼上表面一樣，流管變細(xì)，流速加快，壓強(qiáng)降低。揮舞調(diào)節(jié)和彈性扭轉(zhuǎn)變形量，因此 ： (35) 葉剖面上的來流角取決于相對氣流速度的大小和方向，相對氣流速度包括垂直于旋轉(zhuǎn)平面的相對氣流速度和平行于旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的相對氣流速度，它們兩者又分別由來白旋翼的旋轉(zhuǎn)速度、時示器的時示速度、槳葉的誘導(dǎo)速度、槳葉的揮舞運(yùn)動和彎曲變形等運(yùn)動引起的各個分量組成。圖36 槳葉迎角隨切向速度的變化 （4）槳的葉剖面傾角和來流角槳葉的葉剖面傾角由無變形槳葉的剖面傾角，槳葉扭轉(zhuǎn)變形和操縱線系變形引起的傾角改變?nèi)糠纸M成圖34 槳葉迎角隨槳葉角的變化 （2）槳葉迎角隨飛行速度的變化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數(shù)值時槳葉迎角減小到零，若飛行速度繼續(xù)增大，例如飛機(jī)在俯沖時，槳葉迎角繼續(xù)增大，當(dāng)飛行速度為零，槳葉迎角就增大到等于槳葉角。 螺旋槳傾角的設(shè)計 槳葉切面的相對氣流方向與槳旋方向之間的夾角，成為槳葉角，用表示，槳葉迎角也就是槳葉切面合速度與槳旋方向之間的夾角如圖33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。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區(qū)分，進(jìn)行槳葉構(gòu)型設(shè)計時，要考慮國內(nèi)槳葉研制的基礎(chǔ)和行業(yè)的技術(shù)積累，合理選擇槳葉的。 (34) ，所以蓄電池作為電能的輸入時值得去考慮的。螺旋槳有效功率與發(fā)動機(jī)有效功率之比，叫螺旋槳效率，用η表示?？諝饷芏龋ㄇЭ?米），n螺旋槳轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒)，D螺旋槳直徑(米) （3）螺旋槳效率 螺旋槳是由發(fā)動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)的，螺旋槳的作用是把發(fā)動機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的功率(即發(fā)動機(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)。 每秒種內(nèi)螺旋槳對飛機(jī)所作功的多少，主要是螺旋槳有效功率(可用功率)，用N槳來表示。具體位置如圖31所示。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；速度：≤300km/h ，不能太高也不能太低，以保證實(shí)用性；承載：≤2人；行駛距離：300km。同理左右運(yùn)動的轉(zhuǎn)換時通過左右螺旋槳的推力來改變的。同時增加或者減小四個螺旋槳的速度可以產(chǎn)生垂直運(yùn)動。沿著任意給定方向的獨(dú)立運(yùn)動，飛行器如果沒有給予足夠多的運(yùn)動驅(qū)動。目前這款汽車還處于初期的設(shè)計階段，但實(shí)驗?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。而此電動飛行器的設(shè)計主要是針對中高層收入家庭，發(fā)展方向也主要集中在中高層階段，由于考慮到能耗問題以及技術(shù)的問題其價格在100萬左右。電能能源的問題解決在于單位容量的儲能問題。 技術(shù)支撐電動汽車加上直升機(jī)螺旋槳對電動飛行器的整體設(shè)計提供了可能。美國專利號為2,573,271–1951的設(shè)計由Adolph ，他設(shè)計了名為 Roadable aircraft 的汽車飛機(jī)，但是沒有制造出實(shí)物。綜上考慮，將電動汽車與直升飛機(jī)結(jié)合起來提出了電動飛行器這一概念。同時這種資源的利用率相對于電能來說也普遍的較低。二氧化碳的過量排放帶來了嚴(yán)重的溫室效應(yīng)帶來全球表面變熱，海平面的上升給沿海國家?guī)砹藝?yán)重的威脅。另外我國目前積極實(shí)行城鄉(xiāng)一體化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是由城市帶動周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的快速增長帶來家庭轎車的大幅度增加，盡管國家道路交通也在大力發(fā)展，但是仍就滿足不了日益嚴(yán)重的交通擁擠與堵塞問題，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。國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動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，近年來的旅游業(yè)的發(fā)展就是最好的體現(xiàn)；國家實(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)，而一個國家旅游行業(yè)的發(fā)展成為拉動國家內(nèi)需的主要產(chǎn)業(yè)之一。面對這樣的問題，采用將電動汽車與直升飛機(jī)結(jié)合起來，也就是電動飛行器，將可以緩解交通阻塞擁堵以及能源過度利用的不足。本設(shè)計的主要任務(wù)是螺旋槳的設(shè)計，包括螺旋槳的支撐機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、涵道的設(shè)計以及總體校核。國家旅游產(chǎn)業(yè)的興旺發(fā)展，不僅帶來了國內(nèi)游客的增加，而且也吸引了許多國外游客的中國之旅，然而光鮮的背后總存在著的許多問題，在高峰期各大旅游勝地相當(dāng)擁堵。 問題提出與初步解決近郊旅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，但是隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，當(dāng)前的轎車已經(jīng)凸顯出許多問題。同時大量的汽車帶來的噪聲污染也相當(dāng)嚴(yán)重，給人們帶來了許多心理上的壓力和精神上的疾病。而且國際油價價格波動對能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國都造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。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源污染較少，人既可以在路上行駛也可以在低空飛行，無實(shí)物阻礙，行程短，工作效率高，能源利用率也高。而且國外飛行器的特點(diǎn)是能夠飛行但是能源主要是汽油。由于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展。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，為電動汽車安裝螺旋槳也成為了可能，為此電動飛行器在理論上是可以完成設(shè)計的。 第2章 電動飛行器的初步設(shè)計 電動飛行器的總體設(shè)想本設(shè)計主要是在電動汽車的基礎(chǔ)上，去掉發(fā)動機(jī)改由電動機(jī)并加裝螺旋槳，根據(jù)文獻(xiàn)資料，國外一款法拉利飛行跑車如圖21所示與本設(shè)計相似，這種飛行汽車是在價值大約20萬英磅的法拉利599GTB跑車設(shè)計方案的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，車身上裝有8個“風(fēng)扇”。通過對國內(nèi)外類似機(jī)械的研究，考慮到此電動飛行器的整體美觀以及實(shí)現(xiàn)飛行的可能性。而且前罩4個與后罩4個螺旋槳形成互補(bǔ)關(guān)系，那么該飛行器就是欠驅(qū)動的，因此為了實(shí)現(xiàn)全部的運(yùn)動控制目標(biāo)。相反的改變相對的螺旋槳的速度可以產(chǎn)生滾動以及相應(yīng)的側(cè)向運(yùn)動。如圖22 8個螺旋槳的工作過程示意圖 電動飛行器的初步設(shè)計參數(shù)參照汽車設(shè)計師考慮機(jī)械布局所彌定的外形尺寸進(jìn)行大體輪廓設(shè)計，為根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)的各主要級別（主要乘用車）的常見尺寸范圍如表21。 本課題的具體設(shè)計內(nèi)容本課題根據(jù)電動飛行器的方案的確定，對電動飛行器螺旋槳這一塊做出具體的設(shè)計方案，主要包括螺旋槳槳葉的設(shè)計，螺旋槳的支撐機(jī)構(gòu)，螺旋槳的傳動機(jī)構(gòu)，螺旋槳涵道系統(tǒng)的設(shè)計以及螺旋槳材料的選擇等。如圖31 螺旋槳安裝位置 根據(jù)螺旋槳安裝在飛行器基體內(nèi)，所以在構(gòu)型設(shè)計時就無需考慮旋翼與車身的距離。其大小等于拉力與飛行速度的乘積。但是，螺旋槳并不能把發(fā)動機(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。即 (33) 式中:一一螺旋槳有效功率；一一發(fā)動機(jī)有效功率螺旋槳等速旋轉(zhuǎn)時，發(fā)動機(jī)的有效功率與螺旋槳旋轉(zhuǎn)所需功率相等。 螺旋槳槳葉的構(gòu)型分析槳葉的主要結(jié)構(gòu)有大梁、蒙皮、后段件和接頭。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。槳葉的形狀如圖32所示。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螺旋槳的設(shè)計來也是很重要的。如圖35所示。由于本旋翼吃行器的旋翼的操縱線系變形和槳葉扭轉(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：。其合速度為：，對于非定常狀態(tài)來流角?？諝饬鬟^槳葉的后槳面就象流過機(jī)翼下表面一樣，流管變粗，壓強(qiáng)升高。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)成了槳葉的氣動力(R)。這個力矩是由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)軸發(fā)出的旋轉(zhuǎn)力矩來平衡。如圖37所示。此時，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。但是。圖（c）槳葉空氣動力減小拉力也隨之減小。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≥2000kg。日前世界上的直升機(jī)旋翼D735米之間. 葉尖離槳轂中心的距離稱旋典半徑R =D/2，任一槳葉剖面距離槳轂中心的半徑則表示為。對于矩形槳葉，寬度洽徑向不變。槳葉展向重心外移，槳葉的靜矩和慣性矩會增大，同時槳葉的離心力載荷會變大。對比總體分配的槳葉質(zhì)量，分析槳葉質(zhì)量的合理性。剖面剛度和質(zhì)量特性直接影響槳葉的動力學(xué)特性、強(qiáng)度和疲勞特性。 ②材料的比強(qiáng)度、比剛度要高。 ⑥注意選用恰當(dāng)?shù)慕饘俨牧稀? ⑩注意兒種材料問固化溫度要求，具有良好的相融性。設(shè)計中充分利用復(fù)合材料的可設(shè)計性，通過調(diào)整若干了鋪層，實(shí)現(xiàn)槳葉強(qiáng)度設(shè)計要求。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)選擇玻璃類材料。槳葉結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須進(jìn)行槳葉結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計。欽合金的耐磨性較好，適用于槳葉中段和內(nèi)側(cè)使用。第4章 螺旋槳的涵道設(shè)計 涵道幾何形狀的表示 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)；無窮遠(yuǎn)前方來流速度，沿軸的正方向，為的函數(shù)。為計算方便，引入變量 (49) 涵道表現(xiàn)軸向斜率可寫成： (410) 式中號和+號對應(yīng)于外側(cè)表面，一號對應(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，即長徑比。表41文獻(xiàn)與本設(shè)計的各自結(jié)果比較項文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)本文設(shè)計結(jié)果