螺旋桨特性表征：螺距、直径和叶片数量对性能的影响

1. 在亚音速风洞中测量螺旋桨特性

1. 如图3所示，使用四轴尾撑安装架在亚音速风洞中搭建螺旋桨测试台架。本演示中使用的风洞测试段截面尺寸为2.6英尺×3.7英尺，最大动压设定值为25磅每平方英尺（psf）。

图3. 螺旋桨测试装置。请点击此处查看该图的放大版本。

2. 将六轴测力计安装到实验装置上，用于测量推力和扭矩。
3. 将无刷直流电机固定在装置上，然后安装第一个螺旋桨。
4. 将直流电机连接至电子调速器和脉冲宽度调制信号发生器，后者用于控制电机转速。
5. 连接功率分析仪，用于测量供给电机的电流和电压，并将其连接至锂聚合物电池。
6. 使用水平仪确保桨-支杆装置在无俯仰和无偏航状态下与气流方向对齐。
7. 关闭风洞门并开启主电源。
8. 启动风洞，然后打开信号发生器和测力计数据采集系统。
9. 使用虚拟仪器软件对测力计上的力进行归零。
10. 将信号发生器设置为以10%油门运行电机。
11. 在风洞关闭状态下开始记录零读数，并记录以下数据：
    a. 螺旋桨特性——叶片数量、螺旋桨直径（in）和螺旋桨螺距（in）。
    b. 转速（以信号发生器设定的油门百分比表示）。
    c. 来自风洞传感器的动压（psf）。
    d. 功率分析仪测得的供给无刷直流电机的电压（V）和电流（A）。
    e. 来自测力计的推力（lb）和扭矩（in-lb）。
    f. 螺旋桨转速（RPM，每分钟转数）。注意：RPM读数仅可在实验结束后提取。
12. 开启风洞，并将动压从0 psf逐步增加至10 psf，步长为0.5 psf。
13. 在每个设定点，待风洞运行稳定后，记录上述相同数据。
14. 继续以0.5 psf为增量逐步提高动压，直至推力和扭矩变为负值。在每个增量下均记录全部数据。
15. 将风洞动压重置为零，并关闭风洞。
16. 将电机转速设为50%油门，重复步骤1.11至1.15。
17. 将电机转速设为100%油门，重复步骤1.11至1.15。
18. 对所有螺旋桨重复上述过程，确保在10%、50%和100%油门下进行测试，直至动压达到推力和扭矩变为负值的条件。
19. 所有测试完成后，将电子调速器接入编程套件，记录所有螺旋桨的RPM数据。
20. 关闭所有系统。

表1. 测试的螺旋桨。

螺旋桨直径 × 螺距（英寸）	叶片数量	材料
18 x 8	2	APC
16 x 8	2	APC
15 x 8	2	APC
15 x 10	2	APC
15 x 12	2	APC
18 x 8	2	Wood
18 x 8	4	Wood

请注意，本研究中使用的定距螺旋桨以其直径和螺距（单位：英寸）来定义。例如，18 × 8 螺旋桨表示直径为 18 英寸、几何螺距为 8 英寸的螺旋桨。