試論航空螺旋槳技術(shù)的應用

◎司文東

目前多數(shù)無人機與農(nóng)林飛機采用的多為螺栓槳技術(shù)，該技術(shù)不僅可提升飛機的拉力，且具有極高的推進效率，生產(chǎn)成本也相對較低。同時，在低速飛行時，螺旋槳技術(shù)可有效提升飛行時的升力，可采用低速進行起飛與著陸，無需依賴跑道起降，并且其燃氣排放溫度較低，可減少對環(huán)境以及噪音的污染。基于這些特點，航空螺旋槳技術(shù)在民用飛機領(lǐng)域具有極高的應用價值。

一、民用飛機領(lǐng)域應用航空螺旋槳技術(shù)的重要性

航空螺旋槳技術(shù)以其較低的燃油消耗倍受航空應用領(lǐng)域的關(guān)注，目前，螺旋槳技術(shù)得到了進一步發(fā)展。與渦扇型飛機相比，螺旋槳型飛機不僅具有燃油損耗率低、環(huán)境污染程度小的優(yōu)點，且其噪音較低，并且飛行速度與之也沒有較大差距。在國外航空領(lǐng)域，螺槳型飛機主要作為支線客機以及短程客機使用，并且在支線客機中占據(jù)了較大的比重，無論是型號以及架數(shù)都是應用率較高的機種。并且，在農(nóng)業(yè)及林業(yè)生產(chǎn)中所應用的飛機大部分都是螺槳型飛機，同時，該機型還可作為軍用運輸機、偵察機以及教練機使用。然而在槳扇技術(shù)方面，螺旋槳技術(shù)遇到了技術(shù)瓶頸，由于所需研究經(jīng)費較高，且受到多種因素的影響螺旋槳技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)了滯緩，然而關(guān)于技術(shù)的研究一直持續(xù)，未來的發(fā)展前景也較為可觀。現(xiàn)階段，中國的支線運輸業(yè)并未得到高速發(fā)展，然而國內(nèi)鐵路密度相對較低，在經(jīng)濟高速發(fā)展以及旅游業(yè)蓬勃發(fā)展的當下，支線運輸機具有廣闊的發(fā)展空間，并且農(nóng)林生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)τ诼輼惋w機也具有一定的需求。因此，在民用航空領(lǐng)域，航空螺旋槳的發(fā)展?jié)摿薮螅芯款I(lǐng)域應強化螺旋槳技術(shù)的研究，為不久的將來該技術(shù)的廣泛應用奠定基礎(chǔ)。

二、國際先進螺旋槳技術(shù)發(fā)展狀況分析

1.氣動與聲學技術(shù)。

英、美等國的科研機構(gòu)，研發(fā)出了適合螺旋槳工作特點的專用翼型系列。美國的HS-1、HS-2 翼型系列、英國的ARA-D翼型系列都屬于超臨界翼型，能滿足空氣動力和實用的要求。它們比同等的NACA16 族翼型，在更高的負載下，有著高的升力系數(shù)，具有高拉力水平，可減輕重量、降低噪聲。另外，新的翼型具有良好的防腐和抗沖擊外形，并且剖面制造更加容易。使用這種新翼型，在起飛狀態(tài)下，螺旋槳效率可提高2%-4%，在巡航狀態(tài)下，可提高1%-2%。降低螺旋槳噪聲是先進螺旋槳的特點之一。將螺旋槳氣動性能和噪聲性能統(tǒng)籌考慮并進行優(yōu)化設(shè)計是國外先進技術(shù)的發(fā)展方向，每年都有大量的研究論文和測試報告發(fā)表。

2.復合材料制造槳葉技術(shù)。

由于復合材料在重量、結(jié)構(gòu)阻尼性、破損安全和維修性等方面，都具有明顯的優(yōu)點，采用復合材料制造槳葉已成為螺旋槳先進技術(shù)的重要標志。由于影響槳葉整體強度的因素較多，完整的理論計算非常困難，因此，強度試驗也成為關(guān)鍵技術(shù)之一。英、美、俄等國特別注重工藝成型和試驗技術(shù)，配備了成套的工藝設(shè)備和完整的強度試驗設(shè)備。目前，國外復合材料槳葉的結(jié)構(gòu)形式大致可分為兩類：一類是鋁合金大梁、玻璃纖維外殼的梁殼結(jié)構(gòu)；一類是碳纖維大梁、玻璃纖維外殼的全復合材料結(jié)構(gòu)。這兩類槳葉前緣都帶有電熱防冰套和鎳合金防護包邊，葉身縱向帶有防靜電和雷擊的泄電帶，槳根多由鋁合金或欽合金制造。

3.多功能調(diào)節(jié)控制技術(shù)。

為了提高民用飛機的安全性、可靠性和舒適性，先進螺旋槳的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的功能更加完善，除典型的恒速變距調(diào)節(jié)、順槳、回槳等功能外，又增加了反槳操縱和β 操縱，以保證著陸安全，縮短滑跑距離。為降低噪聲，增加了螺旋槳相位同步器，對螺旋槳的轉(zhuǎn)數(shù)和相位進行精密調(diào)節(jié)，實現(xiàn)噪聲相位干涉技術(shù)。近年來，采用全權(quán)限數(shù)字式電子控制系統(tǒng)，使得螺旋槳調(diào)節(jié)與發(fā)動機、飛機的控制形成一個整體，使飛機的飛行品質(zhì)、耗油率、噪聲、安全性、可靠性更加優(yōu)良。

三、航空螺旋槳技術(shù)預研工作開展的相關(guān)建議

1.建立螺旋槳技術(shù)預研課題規(guī)劃。

在民用航空領(lǐng)域，應準確進行螺旋槳技術(shù)的定位，并立足于科研發(fā)展規(guī)劃的整體而進行該技術(shù)短期與長期發(fā)展規(guī)劃的制定。同時還應制定出民用飛機型號的發(fā)展規(guī)劃，并以此為依據(jù)建立螺旋槳技術(shù)預研課題規(guī)劃。

2.確定預研課題。

了解國際先進螺旋槳技術(shù)標準，并以此為目標開展預研工作，借鑒與吸收國外的研究成果，結(jié)合本國的應用需求與科研基礎(chǔ)合理進行預研課題的制定，并確保研究工作的有效落實，以需求民用飛機型號為基礎(chǔ)進行螺栓槳技術(shù)的研究與完善。

3.強化關(guān)鍵單元件的研發(fā)與生產(chǎn)試驗。

預研課題實踐過程中，應加強對關(guān)鍵單元件的研究與生產(chǎn)，在真實環(huán)境下進行應用試驗，以此促進螺栓槳技術(shù)研究可行性的提升，并確保與之相關(guān)的技術(shù)都可得到發(fā)展與完善，以期通過預研工作，實現(xiàn)新技術(shù)的創(chuàng)新與新成果的有效利用，減少新型民用飛機研究難度并提高研發(fā)效率。

4.創(chuàng)造國際合作機會。

預研的目的是提高該技術(shù)的應用效果，國家應加強與國外領(lǐng)先技術(shù)企業(yè)的合作，充分借鑒其先進的生產(chǎn)技術(shù)，減少自行研究的時間，進而實現(xiàn)研究速度的有效提升。

5.整合技術(shù)優(yōu)勢，開展聯(lián)合科研。

貫徹自力更生、獨立自主的方針，充分發(fā)揮國內(nèi)大專院校、科研所和工廠企業(yè)各自的技術(shù)優(yōu)勢，調(diào)動各方面的積極性，統(tǒng)籌安排，開展技術(shù)協(xié)作，共克預研難關(guān)。

6.加強科研人才培養(yǎng)。

在人員的使用上按照“新老結(jié)合、以老帶新、以新為主”的方針，充分發(fā)揮老、中、青科研人員的積極性，通過預研工作實踐，培養(yǎng)造就一支老中青相結(jié)合的科技隊伍，使航空螺旋槳技術(shù)的發(fā)展后繼有人。

結(jié)語：與國外螺旋槳技術(shù)相比，國內(nèi)的技術(shù)仍有較大差距，為了滿足民用領(lǐng)域的應用需求，必須對當前的螺旋槳技術(shù)進行優(yōu)化與完善，相關(guān)部門應積極開展螺旋槳技術(shù)的預研工作，從建立螺旋槳技術(shù)預研課題規(guī)劃入手，合理進行預研課題的確立，并對關(guān)鍵單元件進行研發(fā)與生產(chǎn)試驗，加強國際合作，整合國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢，提升科研力度，以此深化研究成果。此外還要加強科研人才的培養(yǎng)，從而為航空螺旋槳技術(shù)的應用與發(fā)展奠定良好的技術(shù)與人才基礎(chǔ)。