試論航空螺旋槳技術(shù)的應(yīng)用

◎司文東

目前多數(shù)無人機(jī)與農(nóng)林飛機(jī)采用的多為螺栓槳技術(shù)，該技術(shù)不僅可提升飛機(jī)的拉力，且具有極高的推進(jìn)效率，生產(chǎn)成本也相對(duì)較低。同時(shí)，在低速飛行時(shí)，螺旋槳技術(shù)可有效提升飛行時(shí)的升力，可采用低速進(jìn)行起飛與著陸，無需依賴跑道起降，并且其燃?xì)馀欧艤囟容^低，可減少對(duì)環(huán)境以及噪音的污染。基于這些特點(diǎn)，航空螺旋槳技術(shù)在民用飛機(jī)領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

一、民用飛機(jī)領(lǐng)域應(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注，目前，螺旋槳技術(shù)得到了進(jìn)一步發(fā)展。與渦扇型飛機(jī)相比，螺旋槳型飛機(jī)不僅具有燃油損耗率低、環(huán)境污染程度小的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)主要作為支線客機(jī)以及短程客機(jī)使用，并且在支線客機(jī)中占據(jù)了較大的比重，無論是型號(hào)以及架數(shù)都是應(yīng)用率較高的機(jī)種。并且，在農(nóng)業(yè)及林業(yè)生產(chǎn)中所應(yīng)用的飛機(jī)大部分都是螺槳型飛機(jī)，同時(shí)，該機(jī)型還可作為軍用運(yùn)輸機(jī)、偵察機(jī)以及教練機(jī)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(fèi)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(yùn)輸業(yè)并未得到高速發(fā)展，然而國內(nèi)鐵路密度相對(duì)較低，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展以及旅游業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，支線運(yùn)輸機(jī)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(jī)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(yīng)強(qiáng)化螺旋槳技術(shù)的研究，為不久的將來該技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

二、國際先進(jìn)螺旋槳技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r分析

1.氣動(dòng)與聲學(xué)技術(shù)。

英、美等國的科研機(jī)構(gòu)，研發(fā)出了適合螺旋槳工作特點(diǎn)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(dòng)力和實(shí)用的要求。它們比同等的NACA16 族翼型，在更高的負(fù)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(jìn)螺旋槳的特點(diǎn)之一。將螺旋槳?dú)鈩?dòng)性能和噪聲性能統(tǒng)籌考慮并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是國外先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展方向，每年都有大量的研究論文和測試報(bào)告發(fā)表。

2.復(fù)合材料制造槳葉技術(shù)。

由于復(fù)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(diǎn)，采用復(fù)合材料制造槳葉已成為螺旋槳先進(jìn)技術(shù)的重要標(biāo)志。由于影響槳葉整體強(qiáng)度的因素較多，完整的理論計(jì)算非常困難，因此，強(qiáng)度試驗(yàn)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(yàn)技術(shù)，配備了成套的工藝設(shè)備和完整的強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)備。目前，國外復(fù)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(fù)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(hù)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(jī)的安全性、可靠性和舒適性，先進(jìn)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(duì)螺旋槳的轉(zhuǎn)數(shù)和相位進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，實(shí)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(dòng)機(jī)、飛機(jī)的控制形成一個(gè)整體，使飛機(jī)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(yù)研工作開展的相關(guān)建議

1.建立螺旋槳技術(shù)預(yù)研課題規(guī)劃。

在民用航空領(lǐng)域，應(yīng)準(zhǔn)確進(jìn)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(jìn)行該技術(shù)短期與長期發(fā)展規(guī)劃的制定。同時(shí)還應(yīng)制定出民用飛機(jī)型號(hào)的發(fā)展規(guī)劃，并以此為依據(jù)建立螺旋槳技術(shù)預(yù)研課題規(guī)劃。

2.確定預(yù)研課題。

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

3.強(qiáng)化關(guān)鍵單元件的研發(fā)與生產(chǎn)試驗(yàn)。

預(yù)研課題實(shí)踐過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵單元件的研究與生產(chǎn)，在真實(shí)環(huán)境下進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn)，以此促進(jìn)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(yù)研工作，實(shí)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(jī)研究難度并提高研發(fā)效率。

4.創(chuàng)造國際合作機(jī)會(huì)。

預(yù)研的目的是提高該技術(shù)的應(yīng)用效果，國家應(yīng)加強(qiáng)與國外領(lǐng)先技術(shù)企業(yè)的合作，充分借鑒其先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，減少自行研究的時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)研究速度的有效提升。

5.整合技術(shù)優(yōu)勢(shì)，開展聯(lián)合科研。

貫徹自力更生、獨(dú)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(shì)，調(diào)動(dòng)各方面的積極性，統(tǒng)籌安排，開展技術(shù)協(xié)作，共克預(yù)研難關(guān)。

6.加強(qiáng)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(yù)研工作實(shí)踐，培養(yǎng)造就一支老中青相結(jié)合的科技隊(duì)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(yīng)用需求，必須對(duì)當(dāng)前的螺旋槳技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與完善，相關(guān)部門應(yīng)積極開展螺旋槳技術(shù)的預(yù)研工作，從建立螺旋槳技術(shù)預(yù)研課題規(guī)劃入手，合理進(jìn)行預(yù)研課題的確立，并對(duì)關(guān)鍵單元件進(jìn)行研發(fā)與生產(chǎn)試驗(yàn)，加強(qiáng)國際合作，整合國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提升科研力度，以此深化研究成果。此外還要加強(qiáng)科研人才的培養(yǎng)，從而為航空螺旋槳技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展奠定良好的技術(shù)與人才基礎(chǔ)。