【叶片单元动量理论】分析给定螺旋桨几何形状在不同前进比下恒定转速下的性能研究（Matlab代码实现）

大龙不吃小鱼干

于 2025-07-25 08:52:26 发布

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文章标签： matlab 前端人工智能支持向量机

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目录

⛳️赠与读者

💥1 概述

📚2 运行结果

🎉3 参考文献

🌈4 Matlab代码、数据

⛳️赠与读者

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💥1 概述

【叶片单元动量理论】分析给定螺旋桨几何形状在不同前进比下恒定转速下的性能研究文档

叶片单元动量理论（BEMT）的实现旨在分析给定螺旋桨几何形状在不同前进比下恒定转速下的性能。

作为螺旋桨性能设计、验证和优化的一部分，特别关注低雷诺数操作螺旋桨（以及由此产生的剖面）。该特定工具与CFD模拟一起实施，以获得BEMT所需的气动系数。

选定的螺旋桨和几何特征加载到螺旋桨是APC 10x7薄型电动螺旋桨。

叶片单元动量理论（BEMT）在APC 10x7薄型电动螺旋桨性能分析中的应用

一、引言

叶片单元动量理论（BEMT）是一种有效的工具，用于分析螺旋桨在不同操作条件下的性能。本文旨在利用BEMT对APC 10x7薄型电动螺旋桨在不同前进比下恒定转速的性能进行研究。通过该理论，我们可以深入理解螺旋桨的气动特性，为螺旋桨的设计、验证和优化提供重要依据。

二、理论背景

叶片单元动量理论基于动量守恒原理，将螺旋桨叶片视为一系列独立的单元，每个单元都对其周围的流体产生推力。通过计算每个单元的推力、扭矩和功率，可以得到整个螺旋桨的性能参数。该理论特别适用于低雷诺数操作条件下的螺旋桨，因为在此条件下，粘性效应对螺旋桨性能的影响更加显著。

三、研究对象与几何特征

本文选定的研究对象是APC 10x7薄型电动螺旋桨。该螺旋桨的几何特征包括：桨叶直径为10英寸，桨叶螺距为7英寸。这些参数对螺旋桨的性能有着重要影响，因为它们决定了螺旋桨的推力和效率。

四、研究方法

数据准备：首先，将APC 10x7螺旋桨的几何特征加载到BEMT模型中。这包括桨叶的形状、尺寸和角度等参数。
模拟计算：利用BEMT模型，对不同前进比下恒定转速的螺旋桨性能进行计算。前进比是指螺旋桨前进速度与螺旋桨转速的比值，它决定了螺旋桨的工作状态。
结果分析：将计算结果与实验数据进行对比，验证BEMT模型的准确性。同时，分析不同前进比下螺旋桨的推力、扭矩和效率等性能参数的变化规律。
气动系数获取：为了更准确地计算螺旋桨的性能，结合CFD模拟获取BEMT所需的气动系数。这些系数包括升力系数、阻力系数等，它们反映了螺旋桨叶片与流体之间的相互作用。

五、研究结果

通过BEMT模型的计算和分析，我们得到了APC 10x7螺旋桨在不同前进比下恒定转速的性能参数。结果表明，随着前进比的增加，螺旋桨的推力逐渐增大，但效率呈现先增后减的趋势。这是因为当前进比过小时，螺旋桨的推力不足；而当前进比过大时，螺旋桨的阻力增加，导致效率下降。

六、结论与展望

本文利用叶片单元动量理论对APC 10x7薄型电动螺旋桨在不同前进比下恒定转速的性能进行了研究。结果表明，BEMT模型能够准确地预测螺旋桨的性能参数，为螺旋桨的设计和优化提供了有力支持。未来，我们将进一步深入研究BEMT在低雷诺数操作条件下的应用，并探索与其他先进计算方法（如CFD模拟）的结合，以提高螺旋桨性能分析的准确性和效率。

📚2 运行结果

部分代码：

function [ cl3D, cd3D ] = rotCorr( cl2D, cd2D, alpha, prop, c, r, Vinf, ...
V_L, omega, rotFlowModel )
% The "rotCorr" function applies different 3D rotational flow corrections
% to the lift and/or drag coefficients based on the correction models
% presented in Snel et al. and Du and Selig papers.
%
% Inputs:
% cl2D [Nx1 double] 2D lift coefficient at each section [-]
% cd2D [Nx1 double] 2D drag coefficient at each section [-]
% alpha [Nx1 double] Angle of attack at each section [deg]
% prop [1x1 struct] Propeller geometric data
% c [Nx1 double] Chord value at each section [m]
% r [Nx1 double] Radial distance at each section [m]
% Vinf [1x1 double] Free-stream velocity [m/s]
% V_L [Nx1 double] Local (resultant) velocity at each section [m/s]
% omega [1x1 double] Rotation speed [rad/s]
% rotFlowModel [1xM char] 3D flow corection model
%
% Outputs:
% cl3D [Nx1 double] Corrected lift coefficient value [-]
% cd3D [Nx1 double] Corrected drag coefficient value [-]

% Ideal lift curve's slope [deg
cl_alpha = 0.1;

% Potential lift and drag coefficients [-]
cl_pot = cl_alpha.*alpha;
cd_pot = 0;

switch rotFlowModel
case 'none'
fCl = 0;
fCd = 0;

case 'Snel'
fCl = 1.5 .* (c./r).^2 .* (omega.*r./V_L).^2;
fCd = 0;

case 'DuSelig'
Lambda = (omega .* prop.Rt)./sqrt(Vinf^2 +(omega.*r).^2);
mi = (c./r).^(prop.Rt./(Lambda.*r));

fCl = 1/(2*pi) .* ((1.6.*(c./r)./0.1267) .* (1 -mi)./(1 +mi));
fCd = -fCl;

otherwise
error('3D correction model not defined.')
end