试论航空螺旋桨技术的应用

◎司文东

目前多数无人机与农林飞机采用的多为螺栓桨技术，该技术不仅可提升飞机的拉力，且具有极高的推进效率，生产成本也相对较低。同时，在低速飞行时，螺旋桨技术可有效提升飞行时的升力，可采用低速进行起飞与着陆，无需依赖跑道起降，并且其燃气排放温度较低，可减少对环境以及噪音的污染。基于这些特点，航空螺旋桨技术在民用飞机领域具有极高的应用价值。

一、民用飞机领域应用航空螺旋桨技术的重要性

航空螺旋桨技术以其较低的燃油消耗倍受航空应用领域的关注，目前，螺旋桨技术得到了进一步发展。与涡扇型飞机相比，螺旋桨型飞机不仅具有燃油损耗率低、环境污染程度小的优点，且其噪音较低，并且飞行速度与之也没有较大差距。在国外航空领域，螺桨型飞机主要作为支线客机以及短程客机使用，并且在支线客机中占据了较大的比重，无论是型号以及架数都是应用率较高的机种。并且，在农业及林业生产中所应用的飞机大部分都是螺桨型飞机，同时，该机型还可作为军用运输机、侦察机以及教练机使用。然而在桨扇技术方面，螺旋桨技术遇到了技术瓶颈，由于所需研究经费较高，且受到多种因素的影响螺旋桨技术的发展出现了滞缓，然而关于技术的研究一直持续，未来的发展前景也较为可观。现阶段，中国的支线运输业并未得到高速发展，然而国内铁路密度相对较低，在经济高速发展以及旅游业蓬勃发展的当下，支线运输机具有广阔的发展空间，并且农林生产领域对于螺桨型飞机也具有一定的需求。因此，在民用航空领域，航空螺旋桨的发展潜力巨大，研究领域应强化螺旋桨技术的研究，为不久的将来该技术的广泛应用奠定基础。

二、国际先进螺旋桨技术发展状况分析

1.气动与声学技术。

英、美等国的科研机构，研发出了适合螺旋桨工作特点的专用翼型系列。美国的HS-1、HS-2 翼型系列、英国的ARA-D翼型系列都属于超临界翼型，能满足空气动力和实用的要求。它们比同等的NACA16 族翼型，在更高的负载下，有着高的升力系数，具有高拉力水平，可减轻重量、降低噪声。另外，新的翼型具有良好的防腐和抗冲击外形，并且剖面制造更加容易。使用这种新翼型，在起飞状态下，螺旋桨效率可提高2%-4%，在巡航状态下，可提高1%-2%。降低螺旋桨噪声是先进螺旋桨的特点之一。将螺旋桨气动性能和噪声性能统筹考虑并进行优化设计是国外先进技术的发展方向，每年都有大量的研究论文和测试报告发表。

2.复合材料制造桨叶技术。

由于复合材料在重量、结构阻尼性、破损安全和维修性等方面，都具有明显的优点，采用复合材料制造桨叶已成为螺旋桨先进技术的重要标志。由于影响桨叶整体强度的因素较多，完整的理论计算非常困难，因此，强度试验也成为关键技术之一。英、美、俄等国特别注重工艺成型和试验技术，配备了成套的工艺设备和完整的强度试验设备。目前，国外复合材料桨叶的结构形式大致可分为两类：一类是铝合金大梁、玻璃纤维外壳的梁壳结构；一类是碳纤维大梁、玻璃纤维外壳的全复合材料结构。这两类桨叶前缘都带有电热防冰套和镍合金防护包边，叶身纵向带有防静电和雷击的泄电带，桨根多由铝合金或钦合金制造。

3.多功能调节控制技术。

为了提高民用飞机的安全性、可靠性和舒适性，先进螺旋桨的调节控制系统的功能更加完善，除典型的恒速变距调节、顺桨、回桨等功能外，又增加了反桨操纵和β 操纵，以保证着陆安全，缩短滑跑距离。为降低噪声，增加了螺旋桨相位同步器，对螺旋桨的转数和相位进行精密调节，实现噪声相位干涉技术。近年来，采用全权限数字式电子控制系统，使得螺旋桨调节与发动机、飞机的控制形成一个整体，使飞机的飞行品质、耗油率、噪声、安全性、可靠性更加优良。

三、航空螺旋桨技术预研工作开展的相关建议

1.建立螺旋桨技术预研课题规划。

在民用航空领域，应准确进行螺旋桨技术的定位，并立足于科研发展规划的整体而进行该技术短期与长期发展规划的制定。同时还应制定出民用飞机型号的发展规划，并以此为依据建立螺旋桨技术预研课题规划。

2.确定预研课题。

了解国际先进螺旋桨技术标准，并以此为目标开展预研工作，借鉴与吸收国外的研究成果，结合本国的应用需求与科研基础合理进行预研课题的制定，并确保研究工作的有效落实，以需求民用飞机型号为基础进行螺栓桨技术的研究与完善。

3.强化关键单元件的研发与生产试验。

预研课题实践过程中，应加强对关键单元件的研究与生产，在真实环境下进行应用试验，以此促进螺栓桨技术研究可行性的提升，并确保与之相关的技术都可得到发展与完善，以期通过预研工作，实现新技术的创新与新成果的有效利用，减少新型民用飞机研究难度并提高研发效率。

4.创造国际合作机会。

预研的目的是提高该技术的应用效果，国家应加强与国外领先技术企业的合作，充分借鉴其先进的生产技术，减少自行研究的时间，进而实现研究速度的有效提升。

5.整合技术优势，开展联合科研。

贯彻自力更生、独立自主的方针，充分发挥国内大专院校、科研所和工厂企业各自的技术优势，调动各方面的积极性，统筹安排，开展技术协作，共克预研难关。

6.加强科研人才培养。

在人员的使用上按照“新老结合、以老带新、以新为主”的方针，充分发挥老、中、青科研人员的积极性，通过预研工作实践，培养造就一支老中青相结合的科技队伍，使航空螺旋桨技术的发展后继有人。

结语：与国外螺旋桨技术相比，国内的技术仍有较大差距，为了满足民用领域的应用需求，必须对当前的螺旋桨技术进行优化与完善，相关部门应积极开展螺旋桨技术的预研工作，从建立螺旋桨技术预研课题规划入手，合理进行预研课题的确立，并对关键单元件进行研发与生产试验，加强国际合作，整合国内技术优势，提升科研力度，以此深化研究成果。此外还要加强科研人才的培养，从而为航空螺旋桨技术的应用与发展奠定良好的技术与人才基础。