，Ｓ ，Ｚ ，Ｌ ａ Ｊ ｆ ｂ Ｉ ＡＯ Ｊ ｕ ｎ ＯＮＧ Ｂ ｉ ｅ ｎ ＨＡＮＧ Ｙ ｕ ｎ Ｉ Ｙ ｕ ｉ ｎ － －ｇ － ｇ ｇ
（ ，Ｎ ，Ｘ ） Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｎ ａ ｕ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｒ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ７ ２，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｙ ｙ ：Ｃ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｏ ｆ ａ ｈ ｉ ｈ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ａ ｉ ｒ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ ｌ ｒ ｅ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ － ｐ ｐ ｇ ｇ ｑ ｓ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗ ａ ｓ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｈ ｉ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｏ ｆ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ －ｍ ｐ ｐ ｐ ｐ ｐ， ｇ ｙ ｗ ａ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｕ ｍ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｗ ａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｙ ｙ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｔ ｂ ｗ ｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ． Ｂ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｉ ｎ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ － ｐ ｐ ｙ ｙ ｙ ｇ ｐ ｍ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｅ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｏ ｒ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｗ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｌ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｉ ｉ ｎ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｕ ｍ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｐ ｐ ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ ，ａ ，ｍ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｍ ｏ ｒ ｅ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｌ ｉ ｈ ｔ ｗ ｅ ｉ ｈ ｔ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｋ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｐ ｇ ｇ ｙ ｐ ｇ ， ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｂ ２ ． ３％．Ｔ ｈ ｅ ｎ ａ ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ａ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ －ｍ ｐ ｐ ｙ ｐ ｙ ｇ ｇ ｒ ｏ ｏ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｉ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｕ ｉ ｒ ｅ ｄ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ａ ｔ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ａ ｓ － ｐ ｐ ｐ ｐ ｑ ｐ ｐ ｙ ， ｍ ｏ ｓ ｈ ｅ ｒ ｅ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｏ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ｅ ｄ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｐ ｐ ｙ ｐ ｐ ｐ ｐ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｅ ｌ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｗ ａ ｓ ａ ｃ ｕ ｉ ｒ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ －ｍ － ｑ ｇ ｐ ｐ ｌ ｅ ｒ ｏ ｆ ｈ ｉ ｈ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ａ ｉ ｒ ｓ ｈ ｉ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｈ ｅ ｒ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｍ ｅ ａ ｎ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｍ ａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｔ ｈ ｒ ｕ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｏ ｒ ｕ ｅ ｇ ｐ ｇ ｑ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍ ｅ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｓ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｆ ｒ ｅ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ．Ｔ ｈ ｅ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｅ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｒ ｕ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｐ ｇ ， ｓ ｔ ｏ ｒ ｕ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｌ ｌ ｃ ａ ｌ ｅ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ２ ． ８ ％ａ ｎ ｄ ９ ． ２ ％ａ ｔ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｏ ｆ ３ ． ６ ｋ ｍ． Ｔ ｈ ｕ ｓｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ － ｑ ｐ ｐ ， ａ ｒ ｅ ｉ ｎ ｏ ｏ ｄ ａ ｒ ｅ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｉ ｆ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ． ｇ ｇ ｙ ｇ ｙ ｙ ； ：ｈ ；ｂ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｉ ｈ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ａ ｉ ｒ ｓ ｈ ｉ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｌ ａ ｄ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｕ ｍ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｇ ｐ；ｐ ｐ ｙ ｙ ；ｏ ｅ ｎ ａ ｌ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ； ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ －ｍ ｐ ｙ ｐ ｇ ｇ
（ ） ： ／ 文章编号 ： ０ ０ ０ ０ ５ ５ ２ ０ １ ７ ０ １ １ ９ ６ ７ ｏ ｉ １ ０． １ ３ ２ ２ ４ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ａ ｓ ． ２ ０ １ ７． ０ １． ０ ２ ６ １ ８ ０ ０ ｄ － － － ｊ ｊ ｐ
高空飞艇螺旋桨优化设计与气动性能车载试验
Ｏ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｏ ｆ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ －ｍ ｐ ｇ ｇ ｙ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｏ ｆ ｈ ｉ ｈ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ａ ｉ ｒ ｓ ｈ ｉ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｐ ｐ ｇ ｐ ｐ
］ ２ １ － ， 因 够满足高 空 飞 艇 对 动 力 推 进 系 统 的 需 求 ［
此， 高空飞艇一般采用螺旋桨作为推进装置 ． 对于 高空飞艇来说 ， 随着运行海拔高度的改变 ， 空气运 动黏度不断增 加 ， 在２ ０ ｋ ｍ 处的平流层大气密度 ／ 平 流 层 环 境 下， 已达到地面 空 气 密 度 的 １ ４ 倍． １ 螺旋桨的雷诺数很低 ， 因此 ， 翼型的附面层的转捩
焦 俊 ， 宋笔锋 ， 张玉刚 ， 李育斌
（ ） 西北工业大学 航空学院 ， 西安 ７ １ ０ ０ ７ ２
摘 要 ： 结 合 某 高 空 飞 艇 螺 旋 桨 的 总 体 设 计 方 案 要 求 ， 完成螺旋桨的优化设计以及气动性能车载试验． 采用叶素动量理论作为螺旋桨气动性能的计算方法 ， 并通 过 风 洞 试 验 验 证 了 该 方 法 的 可 靠 性 ． 结合遗传算法 对螺旋桨的弦长和 扭 转 角 进 行 了 优 化 ， 使 螺 旋 桨 更 加 高 效 轻 质， 优化后螺旋桨设计点的气动效率增加了 得到优化设计螺旋桨不同工况的 建立螺旋桨车载试验测控系统 ， 可以改变试验海拔 高 度 和 大 气 参 数 ， ２ ． ３％． 全 气动性能 ． 试验结果表明 ， 相同转速和来流条件下 ， 海拔越高 ， 螺旋桨的推力和扭矩越小 ． 海拔为 ３ ． ６ ｋ ｍ 时， 两者基本吻合 ， 尺寸高空飞艇螺旋桨计算推力和扭矩与试验结果的平均相对误差分别为 ２ 从而 ． ８％ 和 ９ ． ２％ ， 验证了高空飞艇螺旋桨车载试验的准确性 ． 关 键 词 ： 高空飞艇 ； 螺旋桨 ； 叶素动量理论 ； 罚函数 ； 优化设计 ； 车载试验 中图分类号 ：Ｖ ２ ２ １ 文献标志码 ：Ａ
航空动力学报 第３ ２卷 第１期 Ｖ ｏ ｌ ． ３ ２ Ｎ ｏ ． １ Ｊ Ｊ ０ １ ７年 １月 ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ａ ｃ ｅ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ａ ｎ． ２ ０ １ ７ ２ ｐ
收稿日期 ： ２ ０ １ ０ １ ５ ４ ６ － －
） 基金项目 ： 国家自然科学基金 （ １ １ ４ ０ ２ ２ ０ ４ ， 作者简介 ： 焦俊 （ 男， 博士生 ， 主要研究方向为飞行器总体设计 ． ９ ８ ９－ ） １ ： ］ 引用格式 ： 焦俊 ， 宋笔锋 ， 张玉刚 ， 等． 高空飞艇螺旋桨优化设计与气动性能车载试验 ［ 航空动力学报 ， ２ ０ １ ７， ３ ２（ １） ９ ６ ０ ２． Ｊ Ｉ ＡＯ １ Ｊ ． ２ － ， ， ， Ｊ ｕ ｎ Ｓ ＯＮＧ Ｂ ｉ ｆ ｅ ｎ Ｚ ＨＡＮＧ Ｙ ｕ ａ ｎ ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｏ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ｕ ｃ ｋ ｏ ｕ ｎ ｔ ｅ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｏ ｆ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ －ｍ ｇ ｇ ｙ ｐ ｇ ｇ ｐ ｇ ［ ］ ， （ ） ： ２ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｏ ｆ ｈ ｉ ｈ ａ ｌ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ａ ｉ ｒ ｓ ｈ ｉ Ｊ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｅ ｒ ｏ ｓ ａ ｃ ｅ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ２ ０ １ ７， ３ ２ １ ９ ６ ０ ２． １ － ｐ ｐ ｇ ｐ ｐ