螺旋槳轉矩(the torque of the whole propeller)，是指螺旋槳運轉時所收到的或為克服空氣阻力所需的轉矩，通常簡稱為M或者J，與螺旋槳功率、螺旋槳轉速之間三者關共同構成螺旋槳特性曲線。
| 中文名稱 | 螺旋槳轉矩 |
| 英文名稱 | torque of propeller |
| 定 義 | 螺旋槳運轉時所收到的或為克服水阻力所需的轉矩。 |
| 套用學科 | 船舶工程（一級學科），船舶性能及其試驗（二級學科） |
基本介紹
- 中文名：螺旋槳轉矩
- 外文名：the torque of the whole propeller
- 簡稱：M或J
- 螺旋槳特性：螺旋槳轉矩、功率、轉速
轉矩形成原理,電漿流動影響,減小轉矩波動性方法,
轉矩形成原理
在螺旋槳氣動力分析時，首先套用翼型理論進行螺旋槳葉素分析。利用翼型升阻特性數據，迴避了有限機翼的展弦比問題，誘導流動由渦流模型確定，取決於槳葉數目、間距以及作用於每片槳葉上的氣動力，因此也考慮了槳間干涉問題。渦流理論不考慮氣流通過螺旋槳槳葉的徑向流動，誘導流動認為是由槳葉尾渦系產生的通過槳盤的平均速度場。在螺旋槳槳葉後任意一點處，誘導流動具有周期性，通過每片槳葉是變化的。精確計算這種周期流動是困難和複雜的，Glauert用平均流動代替了實際流動，這個簡化相當於假定螺旋槳具有無限數目的槳葉，通過每個環面上的轉矩和拉力是不變的。如果用Va表示槳盤處的誘導軸向速度，Vt 表示槳盤處環向誘導速度，由動量定理可知，槳盤處誘導速度是滑流速度的一半。
如下圖所示，在徑向r處，取一微段長度dr，相應葉素弦長b。在飛行中，葉素的運動軌跡是螺旋線，其中前飛速度為V0，在槳盤面內的切向速度為2πnsr，氣流相對於葉素的幾何合成速度為
氣流相對於葉素的迎角為
α = θ — β —ρ0
由動量定理可得
dT= 2πrdr( Vo + Va)ρ( Vo +2Va一 Vo) =4πrdρ ( Vo +Va) Va
令軸向誘導速度係數為a=Va/Vo，則有
dT = 2πrdr( Vo +Va) ρVa= 4 π r dr ρ Vo^2 (1+a) a
環向誘導速度導致螺旋槳角動量的變化，從而產生了螺旋槳的轉矩。
電漿流動影響
基於電漿附壁射流抑制邊界層分離的兩種機制， 採用電漿射流與來流方向相同的正向射流方式和與來流方向相反的逆向射流方式， 研究了微秒脈衝電漿射流對螺旋槳三維流動分離的控制效果， 對比分析了兩種射流方式增效特點． 實驗結果表明，在螺旋槳轉速為300 r/min， 電壓峰值為8.5kv， 脈衝頻率為10-160Hz範圍內， 正向射流有利於減小螺旋槳轉矩， 逆向射流對轉矩的效果則相反。
螺旋槳的轉速轉矩（ 正向射流）轉矩則隨著脈衝頻 率 的 變化呈現不規則跳動， 這是因為影響轉矩的因素較多， 包括槳葉上下表面與氣流的摩擦阻力、 前後緣壓差阻力及螺旋槳徑向流動等因素， 其中壓差阻力受外部空間隨機氣流的影響很大， 因此僅通過控制槳葉的流動分離很難呈現出規律性變化． 但根據實驗結果發現轉矩變化有兩個特點： 其一， 儘管呈現不規則跳動， 除20Hz以外， 施加控制後轉矩整體小於無控制時的值， 減小幅度在0.04%—1.25%； 其二， 通 過10、40、90、160Hz四 個脈衝頻率的轉矩可以發現， 轉矩與拉力的控制效果呈負相關， 即在拉力增效明顯時， 不利於轉矩減小； 拉力 增 效 減 弱 時， 轉 矩 明 顯 減 小。
減小轉矩波動性方法
永磁無刷直流電機驅動高空螺旋槳負載時，由於大氣密度隨海拔高度變化，電機轉速隨螺旋槳負載變化不斷波動，傳統定參數 PID 控制難以隨環境變化對電驅動系統 PID 控制參數進行實時調整，系統的動態特性和魯棒性較差。楊劍威等在《高空螺旋槳無刷直流電機重置粒子群 PID 控制》提出一種基於 BFGS( Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno) 動態重置粒子群算法( BFGS-RPSO) 的永磁無刷直流電機 PID 參數控制方法， 該方法利用 BFGS-RPSO 算法靈活快速的線上參數尋優特點，對永磁無刷直流電機控制系統 PID 參數進行線上實時最佳化調整，提高了螺旋槳負載電驅動系統的動態特性和魯棒性。Matlab 仿真和實驗表明，電機在起動過程中，轉速上升時間較短，轉速和轉矩超調較小，且在負載波動過程中電機轉矩脈動較小，BFGS-RPSO PID 參數控制比傳統 PID 控制具有更好的動態特性和魯棒性，適合套用於高空螺旋槳永磁無刷直流電機螺旋槳電驅動系統。
