飞机总体设计- 设计过程及算例(5)

2019-08-31 17:47

100 112.5 125 137.5 150 162.5 175 187.5 200 - - - - - - 28.6 52.8 86.4 124.5 169.8 校验功率能否满足:最大转速功率>最大平飞功率/最大效率。(如果多桨,则可以根据功率情况进行选择,以”可用功率>需用功率且两者接近”为准则,排除一部分)

【分析:由前可知,最大需用功率为:43.4W,可在最大飞行速度下,螺旋桨功率满足大于且接近的要求。最小功率需求是在12m/s下为13W,在12m/s下,螺桨最小转速功率为29W,较为接近。】 第五步:一旦选定螺旋桨,则根据巡航速度V下的效率最大化确定巡航最佳转速。(这就为电机选择提出了要求) a. 巡航状态 昌敏做法:

巡航速度:18m/s,推力:0.9605N

0.80.750.7效率0.650.60.550.50.20.30.40.50.6J0.70.80.91

D=0.8

J η 10/nD 12/nD 14/nD 16/nD 18/nD 20/nD 22/nD 24/nD 26/nD 28/nD 0.2953 0.3543 0.4134 0.4724 0.5315 0.5906 0.6496 0.7087 0.7677 0.8268 0.51 0.59 0.69 0.71 0.75 0.75 0.74 0.72 0.72 0.69 299.9752 250.0217 214.2784 187.5163 166.6654 149.9876 136.3650 124.9932 115.3871 107.1392 n (V=18m/s) ×10000 T 1.7999 23.2096 1.5001 15.6272 1.2857 11.4113 1.1251 7.6594 1.0000 5.6446 0.8999 3.7164 0.8182 2.4894 0.7500 1.6217 0.6923 1.0483 0.6428 0.5873 0.80.750.70.65效率0.60.550.50.450.40.60.811.2转速1.41.61.8x 104

252015T10500.60.811.2转速1.41.61.8x 104

巡航转速约6500转,效率约0.72 从功率角度也可以,避免了以下的迭代 再由CT?TQP; C?; C?算出功率,计算出扭矩。为QP?n2D4?n2D5?n3D5电机选择作输入,选取效率最高的电机。

电机最大工作电压16.9V下,计算不同速度下的可用推力或功率,进而确定最大最小飞行速度,即速度范围。需要迭代计算,迭代出合适的转速。效率就不考虑了。

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%

巡航速度:18m/s

?满足效率最高,螺旋桨功率:Pprop?n?P?lj?17.19?22.34W 0.75V18??161r/s?9620r/min JD0.55*0.254*0.8 功率校核:(实际上不用校推力,只要功率即可)

P?CP?n3D5?0.0623*1.225*1613*(0.254*0.8)5?110.3W>22.34W T?CT?n2D4?0.0791*1.225*1612*(0.254*0.8)4?4.28N>0.995N

以n=9600r/min为巡航转速,效率最高,但螺旋桨功率过高,不匹配,不合适。【降低转速,损失一点效率,换取功率】

?取n=7500r/min,J=0.7087,效率为?=0.72, 螺旋桨功率:Pprop? 功率校核:

P?CP?n3D5?0.0489*1.225*1253*(0.254*0.8)5?86.6W>23.88W ?取n=6000r/min,J=0.8858,效率为?=0.66

螺旋桨功率:Pprop?功率校核:

P?CP?n3D5?0.0294*1.225*1003*(0.254*0.8)5?12.4W<26.05W 螺旋桨功率不足,舍去。

【分析:如果想定在此效率、转速,则需优化气动特性,改

进升阻比,降低需用功率。】

?取n=7000r/min,J=0.7593,效率为?=0.72 螺旋桨功率:Pprop? 功率校核:

3535?(0.2W54*0.8) P?C>23.88W P?nD?0.041*1.225*(7000/60)*P?lj?17.19?23.88W 0.72P?lj?17.19?26.05W 0.66P?lj?17.19?23.88W 0.7227.6 ?反复迭代,约6900转为最佳转速,可以满足效率与功率兼得。

巡航最佳转速:n=6800r/min,J=0.7816,?=0.70 螺旋桨功率:Pprop?功率校核:

P?CP?n3D5?0.038*1.225*(6800/60)3*(0.254*0.8)5?24.53W

P?lj?17.19?24.55W 0.70巡航扭矩:Q?Ppropn*2??24.55?0.034N?m

(6800/60)*2?【分析:如果想进一步提高效率,则需换桨,因此要准备尽可能多的螺桨作为备选桨。如果选择了效率最高的桨,仍想再提高效率,则需要改进飞机升阻特性。也就是说,一方面改桨,一方面改飞机升升阻特性】

【总结:为什么不能用需用功率、推力反推转速,因为这是一个隐式关系,无法事前确定Ct,Cp】 b.最大飞行速度状态

飞机需用功率:43.4W,飞行速度:28m/s

?由前面的功率-转速-速度表可得出,取转速n=162.5r/s,(9750r/min),前进比为J=0.8480,效率?=0.65,

螺旋桨功率:Pprop?功率校核:

P?CP?n3D5?0.025*1.225*(9750/60)3*(0.254*0.8)5?45.5W<66.8W

P?lj?43.4?66.8W 0.65功率不足。

?取n=175r/s(10500 r/min),前进比为J=0.7874,效率?=0.71


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