空氣螺旋槳是把航空發動機的動力轉化為飛行器推進力的工具。螺旋槳的發展經歷了從興起到衰落又到興起的過程。螺旋槳性能的計算和風洞實驗是螺旋槳設計和套用的基礎。
螺旋槳風洞則是對螺旋槳特性進行的風洞試驗，通常情況下，無論是螺旋槳的氣動力特性測量還是噪聲特性測量都是用縮尺模型在比較小型的低速風洞中進行。要使縮尺模型實驗與真實情況有相關性，即能夠預測真實的發射功率、頻譜特性、指向性或給定點的最大聲壓級等，就必須在實驗中滿足一定的相似準則。
基本介紹
- 中文名：螺旋槳風洞
- 外文名：Wind tunnel propeller
- 學科：航空航天
- 類型：飛行術語
- 螺旋槳原理：旋轉後產生反推力
- 風洞：飛行器研製工作中不可缺少的部分
簡介,螺旋槳風洞實驗氣動聲學相似準則,建造螺旋槳聲學風洞的理論依據,螺旋槳聲學特性風洞實驗技術,
簡介
空氣螺旋槳是把航空發動機的動力轉化為飛行器推進力的工具。螺旋槳的發展經歷了從興起到衰落又到興起的過程。螺旋槳性能的計算和風洞實驗是螺旋槳設計和套用的基礎，用數值的方法準確地模擬螺旋槳實際套用中各部件對螺旋槳性能的影響對於螺旋槳的設計、實驗具有指導作用，對於縮短螺旋槳的設計周期、減少實驗研究經費等方面具有非常積極的作用。
面元法是在實際物面上滿足邊界條件，沒有對螺旋槳的幾何形狀做任何假設，能夠更精確地描述螺旋槳的複雜幾何形狀，其數學模型更加完善。用面元法不僅可以準確地預報螺旋槳的推力和扭矩，而且可以準確地預報螺旋槳表面的壓力分布。
趙忠從NF-3風洞實驗室中進行螺旋槳的性能測定、帶動力模型實驗以及聲學實驗的實際需要出發，根據螺旋槳風洞實驗中出現的側力、聲學實驗中由於鼻錐自噪聲等原因造成實驗風速受到限制等現象，利用面元法對單獨螺旋槳與整流罩和支撐存在情況下的螺旋槳性能進行了計算，從而得到整流罩和支撐對螺旋槳性能的影響，並和試驗結果進行比較得出:在整流罩不絕對改變螺旋槳的繞流特性的情況下使螺旋槳的推力(係數)、功率(係數)增加，而效率減小;支撐除了對螺旋槳的性能有以上影響外還使得螺旋槳產生一個垂直於轉軸的側向力，且此側向力隨螺旋槳工作狀態的變化而發生變化。同時，由於螺旋槳聲學實驗中鼻錐形式對感測器自噪聲的影響起主要作用，趙忠對兩種形式的鼻錐在高速氣流中進行了風洞實驗，得到了高風速時具有較低感測器自噪聲的鼻錐形式。
螺旋槳風洞實驗氣動聲學相似準則
通常情況下，無論是螺旋槳的氣動力特性測量還是噪聲特性測量都是用縮尺模型在比較小型的低速風洞中進行。要使縮尺模型實驗與真實情況有相關性，即能夠預測真實的發射功率、頻譜特性、指向性或給定點的最大聲壓級等，就必須在實驗中滿足一定的相似準則。
以往發表的研究工作有的偏重於個別實驗結果的分析，有的根據量綱分析法歸納有關關係式。近期的工作主要從聲源特性和FW-H方程出發分析得出有關相似準則。然而，就目前得到的研究成果套用於實際實驗工作中仍有一些不方便的地方，例如：在幾何相似和氣動力相似以後,對應點的聲壓級到底關係怎樣，目前還沒有非常明確的權威結論。
高永衛等從氣動方程和聲學方程兩方面共同考慮,結合螺旋槳氣動聲學風洞實驗研究的特點，推導出幾何相似螺旋槳風洞實驗中應模擬的相似參數。證明了幾何相似的低速螺旋槳在臨界雷諾數以上時，保證前進比和對應馬赫數相等就可以保證聲學相似並推導出相似螺旋槳聲壓級的換算公式。為實際的實驗設計和數據處理工作提供了理論依據。
建造螺旋槳聲學風洞的理論依據
螺旋槳的噪聲來源於葉片與空氣的相對運動。要準確測量螺旋槳的聲學特性，就必須首先準確模擬螺旋槳的氣動工作狀態。理論上講，在做螺旋槳聲學實驗時首先必須保證螺旋槳的槳葉角、前進比、雷諾數和馬赫數與飛行時一致。所以，在空氣動力學方面，要求風洞有適當的馬赫數、雷諾數和良好的流場品質。
在聲學性能方面，因為要研究降低噪聲的方法，就需要知道噪聲源的基本情況和噪聲傳播的規律。具體地說，螺旋槳聲學實驗要測定螺旋槳發聲的聲功率級、指向性、近場和遠場指定點的聲壓級等特性。為了要測出這些數據，就需要在風洞中能夠達到無反射的自由場，最低量級的背景噪聲和遠場聲測量的足夠距離。
對於開口聲學風洞來說還有以下幾個值得注意的問題:
（1）開口風洞噴管的剪下層引起的聲折射和散射。
（2）剪下層的紊流和渦與噴管和收集段的流動振盪問題。
（3）消聲室中的回流氣流問題。
螺旋槳聲學特性風洞實驗技術
螺旋槳聲學實驗的目的是校核所使用的噪聲預測方法是否準確;確定槳的旋轉平面內占主導的噪聲源:研究槳葉幾何形狀對噪聲的影響:以及通過模型實驗預測真實飛行中實際槳的噪聲特性等。
螺旋槳聲學實驗的基本項目通常有:評定螺旋槳發射的聲功率和確定其功率譜或功率譜密度;螺旋槳噪聲的指向性，近場特性和遠場特性等。實際中根據實驗目的和實驗條件可以有所選擇。
要完成螺旋槳風洞聲學實驗的基本測試項目一般需要考慮以下幾個方面:測點的選擇、感測器的選擇、數據採集系統(包括:放大器和採集器等)的選擇以及採集得到的數據如何進行分析和處理的方法等。
