一种螺旋桨与活塞发动机匹配方案的评价方法组成比例

本发明专利技术提供一种螺旋桨与活塞发动机匹配方案的评价方法，包括以下步骤：待评价的螺旋桨和活塞发动机的特性曲线：确定无人机的工况点参数；计算得到等推力油耗理想值W1和等推力油耗实际值W2；计算得到推力理想值T1和推力实际值T2；获得发动机最大可用功率理想值P

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋桨与活塞发动机匹配方案的评价方法


[0001]本专利技术属于桨发匹配
，具体涉及一种螺旋桨与活塞发动机匹配方案的评价方法。

技术介绍

[0002]低速无人机的螺旋桨动力系统一般由螺旋桨、活塞发动机和相关控制系统组成。与喷气式发动机相比，活塞发动机在低速巡航时具有成本低、效率高、油耗低、污染小、噪声小等优点，目前在无人机上被广泛使用。
[0003]活塞发动机工作时有其最佳的工作范围，螺旋桨的推力与空气动力学效率与巡航速度和转速等参数密切相关。应该说，两者都有各自最佳的工作范围，如果不能很好的匹配，整个螺旋桨动力系统的效能可能会非常低下。如何对各种动力系统的螺旋桨与活塞发动机匹配方案进行评价，以判断其能否达到预期的高效能，对无人机整体性能的提高具有重要意义。
[0004]目前已有的桨发匹配评价方法，无法全面的反应桨发匹配方案的优劣程度。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种螺旋桨与活塞发动机匹配方案的评价方法，可有效解决上述问题。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种螺旋桨与活塞发动机匹配方案的评价方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，对于待评价的螺旋桨propeller(i)和活塞发动机engine(j)，获得以下特性曲线：
[0009]获得螺旋桨propeller(i)的螺旋桨转速
‑
推力特性曲线CP(i)，所述螺旋桨转速
‑
推力特性曲线CP(i)，用于表示螺旋桨在工作范围内的转速和螺旋桨推力的关系曲线；
[0010]获得螺旋桨propeller(i)和活塞发动机engine(j)的功率
‑
转速特性曲线PE；所述转速
‑
功率特性曲线PE的横坐标为转速，纵坐标为输出功率，在所述转速
‑
功率特性曲线PE中，既显示螺旋桨propeller(i)的转速和输出功率之间关系的螺旋桨转速
‑
功率特性曲线CH(i)，同时显示活塞发动机engine(j)在每种节气门开度下的转速和输出功率之间关系的活塞发动机转速
‑
功率特性曲线CE(j)；
[0011]获得活塞发动机engine(j)在每种节气门开度下的转速
‑
耗油特性曲线CK(j)；所述活塞发动机engine(j)的转速
‑
耗油特性曲线CK(j)，用于表示活塞发动机engine(j)在某种节气门开度下，在工作范围内的转速和耗油之间的关系曲线；
[0012]步骤2，获取螺旋桨propeller(i)基本参数，包括：桨盘面积S；
[0013]步骤3，确定无人机的工况点参数，包括：巡航速度V0和需用推力T0；
[0014]步骤4，根据需用推力T0，查找螺旋桨转速
‑
推力特性曲线CP(i)，获得与需用推力T0对应的工作转速R0；
[0015]步骤5，判断活塞发动机engine(j)的输出功率，能否满足螺旋桨propeller(i)在工作转速R0时的需用功率；如果不满足，则评价结束，得到活塞发动机engine(j)与螺旋桨propeller(i)完全不匹配的结论；如果满足，则执行步骤6；
[0016]其中，判断活塞发动机engine(j)的输出功率，能否满足螺旋桨propeller(i)在工作转速R0时的需用功率，具体方法为：
[0017]查找螺旋桨转速
‑
功率特性曲线CH(i)，根据工作转速R0，得到螺旋桨的需用功率P0；
[0018]查找每种节气门开度下的活塞发动机转速
‑
功率特性曲线CE(j)，判断是否存在一种节气门开度下的活塞发动机转速
‑
功率特性曲线CE(j)，其与螺旋桨转速
‑
功率特性曲线CH(i)存在交点，并且，交点位置的横坐标转速为工作转速R0，交点位置的纵坐标功率为螺旋桨的需用功率P0，如果有，则代表该种节气门开度下的活塞发动机满足螺旋桨propeller(i)在工作转速R0时的需用功率，将该种节气门开度称为节气门开度OP(j)；
[0019]步骤6，计算得到等推力油耗理想值W1和等推力油耗实际值W2：
[0020]步骤6.1，等推力油耗理想值W1的计算方法：
[0021]步骤6.1.1，结合螺旋桨的桨盘面积S以及需用推力T0，由式(1)得到推力系数T
C1
：
[0022][0023]其中：ρ为空气密度，V0为巡航速度；
[0024]步骤6.1.2，根据推力系数T
C1
，由式(2)得到理想效率η1：
[0025][0026]步骤6.1.3，根据式(3)得到理想功率系数P
C1
：
[0027][0028]步骤6.1.4，根据式(4)得到理想功率P1：
[0029][0030]步骤6.1.5，查找活塞发动机engine(j)的转速
‑
耗油特性曲线CK(j)，得到工作范围内的最低耗油率，作为理想油耗Con1；
[0031]步骤6.1.6，根据式(5)得到等推力油耗理想值W1：
[0032]W1＝Con1*P1/T0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0033]步骤6.2，根据式(6)得到等推力油耗实际值W2：
[0034]W2＝Con2*P2/T0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0035]其中：
[0036]Con2代表活塞发动机engine(j)在工作点时的实际油耗，获取方式为：查找活塞发动机engine(j)在节气门开度OP(j)时的转速
‑
耗油特性曲线CK(j)，确定转速为工作转速R0时对应的耗油，即为活塞发动机engine(j)在工作点时的实际油耗；
[0037]P2代表活塞发动机engine(j)在工作点时的实际功率，获得方式为：查找活塞发动机engine(j)在节气门开度OP(j)时的转速
‑
功率特性曲线CE(j)，确定转速为工作转速R0时对应的功率，即为活塞发动机engine(j)在工作点时的实际功率；
[0038]步骤7，计算得到推力理想值T1和推力实际值T2：
[0039]步骤7.1，推力理想值T1的计算方法：
[0040]步骤7.1.1，根据式(7)得到螺旋桨最大功率系数P
Cmax
：
[0041][0042]其中：P
max
代表螺旋桨与发动机的转速
‑
功率匹配范围内，发动机能够向螺旋桨提供的最大可用功率；通过以下方式得到：
[0043]查找螺旋桨propeller(i)和活塞发动机engine(j)的功率
‑
转速特性曲线PE，分析螺旋桨转速
‑
功率特性曲线CH(i)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺旋桨与活塞发动机匹配方案的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对于待评价的螺旋桨propeller(i)和活塞发动机engine(j)，获得以下特性曲线：获得螺旋桨propeller(i)的螺旋桨转速
‑
推力特性曲线CP(i)，所述螺旋桨转速
‑
推力特性曲线CP(i)，用于表示螺旋桨在工作范围内的转速和螺旋桨推力的关系曲线；获得螺旋桨propeller(i)和活塞发动机engine(j)的功率
‑
转速特性曲线PE；所述转速
‑
功率特性曲线PE的横坐标为转速，纵坐标为输出功率，在所述转速
‑
功率特性曲线PE中，既显示螺旋桨propeller(i)的转速和输出功率之间关系的螺旋桨转速
‑
功率特性曲线CH(i)，同时显示活塞发动机engine(j)在每种节气门开度下的转速和输出功率之间关系的活塞发动机转速
‑
功率特性曲线CE(j)；获得活塞发动机engine(j)在每种节气门开度下的转速
‑
耗油特性曲线CK(j)；所述活塞发动机engine(j)的转速
‑
耗油特性曲线CK(j)，用于表示活塞发动机engine(j)在某种节气门开度下，在工作范围内的转速和耗油之间的关系曲线；步骤2，获取螺旋桨propeller(i)基本参数，包括：桨盘面积S；步骤3，确定无人机的工况点参数，包括：巡航速度V0和需用推力T0；步骤4，根据需用推力T0，查找螺旋桨转速
‑
推力特性曲线CP(i)，获得与需用推力T0对应的工作转速R0；步骤5，判断活塞发动机engine(j)的输出功率，能否满足螺旋桨propeller(i)在工作转速R0时的需用功率；如果不满足，则评价结束，得到活塞发动机engine(j)与螺旋桨propeller(i)完全不匹配的结论；如果满足，则执行步骤6；其中，判断活塞发动机engine(j)的输出功率，能否满足螺旋桨propeller(i)在工作转速R0时的需用功率，具体方法为：查找螺旋桨转速
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功率特性曲线CH(i)，根据工作转速R0，得到螺旋桨的需用功率P0；查找每种节气门开度下的活塞发动机转速
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功率特性曲线CE(j)，判断是否存在一种节气门开度下的活塞发动机转速
‑
功率特性曲线CE(j)，其与螺旋桨转速
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功率特性曲线CH(i)存在交点，并且，交点位置的横坐标转速为工作转速R0，交点位置的纵坐标功率为螺旋桨的需用功率P0，如果有，则代表该种节气门开度下的活塞发动机满足螺旋桨propeller(i)在工作转速R0时的需用功率，将该种节气门开度称为节气门开度OP(j)；步骤6，计算得到等推力油耗理想值W1和等推力油耗实际值W2：步骤6.1，等推力油耗理想值W1的计算方法：步骤6.1.1，结合螺旋桨的桨盘面积S以及需用推力T0，由式(1)得到推力系数T
C1
：其中：ρ为空气密度，V0为巡航速度；步骤6.1.2，根据推力系数T
C1
，由式(2)得到理想效率η1：步骤6.1.3，根据式(3)得到理想功率系数P
C1
：
步骤6.1.4，根据式(4)得到理想功率P1：步骤6.1.5，查找活塞发动机engine(j)的转速
‑
耗油特性曲线CK(j)，得到工作范围内的最低耗...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘磊，高永卫，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：