【航空工业行业标准(HB)】 飞机螺旋桨通用技术要求

中华人民共和国航空行业标准
FL 1117
HB7809-2006
飞机螺旋桨通用技术要求
General technical requirements of propeller for aircraft2006-12-15发布
国防科学技术工业委员会发布
2007-05-01实施
1范围·
2规范性引用文件·
3术语、定义和符号
3.1术语和定义
3.2符号·
4一般要求
5详细要求
设计与结构
总体设计
气动设计
结构设计
静强度设计…
5.1.5动态特性分析
5.1.6寿命评估
接口·
工艺性要求
标准和规范的选用
5.2可靠性设计
通则·
可靠性设计准则··
可靠性设计程序
可靠性指标
5.2.5可靠性初步设计的方法和步骤……·5.3维修性设计.
5.3.2维修性设计准则…
5.3.3维修性设计定性要求…
5.3.4维修性定量指标..
5.4综合保障性
安全性
安全性设计的一般要求…
安全性的设计规定：
5.6环境适应性…
5.7试验与验证…
气动试验
噪声试验…
.......
HB7809-2006
HB7809-2006
固有特性试验
静力试验
疲劳试验·
环境试验
功能试验.
防冰试验
雷击试验
台架试车
飞行试验
...·14
..·14
本标准由中国航空工业第二集团公司提出。本标准由中国航空综合技术研究所归口。言
HB7809-2006
本标准起草单位：保定惠阳航空螺旋桨制造厂、中国航空综合技术研究所、陕西飞机工业（集团）公司、南方航空动力(集团)公司。本标准主要起草人：石海增、李建红、徐丁丁、鲁金华、代冰、何灿文、郭强、丁庆芬。I
1范围
飞机螺旋桨通用技术要求
本标准规定了飞机螺旋浆设计、试验与验证的通用技术要求。本标准适用于各类飞机螺旋桨。2规范性引用文件
HB7809-2006
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GJB150.3军用设备环境试验方法高温试验低温试验
军用设备环境试验方法
GJB150.43
GJB150.9军用设备环境试验方法湿热试验GJB150.10军用设备环境试验方法霉菌试验GJB150.11
军用设备环境试验方法盐雾试验军用设备环境试验方法砂尘试验GJB150.12
航空燃气涡轮动力装置飞行试验要求GJB243A
GJB358
军用飞机电搭接技术要求
GJB368A
GJB450A
GJB467
GJB813
GJB900
GJB909
GJB1330
GJB1391
GJB1406
装备维修性通用大纲
装备可靠性工作通用要求
工序质量控制要求
可靠性模型的建立和可靠性预计系统安全性通用大纲
关键件和重要件的质量控制
军工产品批次管理的质量控制要求故障模式、影响及危害性分析程序产品质量保证大纲要求
GJB2103A-1997航空燃气涡轮动力装置术语和符号GJB2232
GJB3567
GJB3872
HB5342
HB5936bzxZ.net
飞机螺旋桨系统通用规范
军用飞机雷电防护鉴定试验方法装备综合保障通用要求
复合材料航空制件工艺质量控制零组件标印
3术语、定义和符号
3.1术语和定义
GJB2103A-1997确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1.1
桨叶切面bladeSection
垂直于桨叶轴线的平面截取浆叶而形成的平面。HB7809-2006
螺旋桨直径propellerdiameter
过桨尖且垂直于浆叶轴线的平面至螺旋奖旋转轴线距离的两倍。3.1.3
螺旋桨旋转直径rotatingdiameterofpropeller螺旋桨转动时，桨尖运动轨迹的直径。3.1.4
桨叶轴线bladeaxis
桨叶绕其转动以改变奖叶安装角的轴线。3.1.5
rotating axis of the propeller螺旋桨轴线
螺旋桨绕其旋转的轴线。
切面半径bladesectionradius
任一浆叶切面至螺旋浆旋转轴线的距离。3.1.7
rotatingplaneofpropeller
旋转平面
垂直于螺旋桨旋转轴线且经过桨叶轴线的平面。3.1.8
相对半径relativelyradius
切面半径与螺旋桨半径之比。
相对弦长relativelychord
桨叶切面弦长与螺旋桨直径之比。3.1.10
relativelythickness
相对厚度
桨叶切面厚度与该切面弦长之比。3.1.11
桨叶切面安装角setting angleofpropellerblade section（也称桨叶角angle ofpropellerblade)奖叶切面的弦线与螺旋桨旋转平面所成的角度（锐角）。3.1.12
桨叶安装角settingangleofpropellerblade指定的桨叶切面安装角。指定切面通常为相对半径的2/3、0.7、0.75处。3.1.13
桨叶扭角propellerbladetwist
浆叶切面安装角与浆叶安装角之差。3.1.14
实度solidity
所有桨叶的展开面积与螺旋桨所掠过的圆面积之比，一般用0.7相对半径处的所有浆叶弦长之和与圆周长之比来代表［So.7=ZCo.7/（0.7元D）]。3.1.15
propelleradvance ratio
进距比
螺旋桨轴向速度对转速、螺旋桨直径乘积之比[J=VI(nD)]。2
桨叶作用因数propelleractivityfactor表征单个桨叶平面形状的无因次参数［AF=10°DS3.1.17
总作用因数totalactivityfactorbr3drJ。
浆叶作用因数乘以桨叶数，表征螺旋桨吸收发动机功率的能力。3.1.18
功率系数powercoefficient
HB7809-2006
表征功率的无因次量。是螺旋奖轴功率对空气密度、转速的三次方、螺旋浆直径五次方乘积之比[Cp=P/pnD']。
效率propellerefficiency
螺旋桨有效功率对螺旋桨轴功率之比。3.1.20
静拉力thrustofpropellerstaticoperatingstate螺旋桨在地面前进速度为零时所产生的拉力。3.1.21
桨叶大轴线力矩weightmomentaboutrotatingaxisofthepropeller桨叶轴线处于水平位置时，桨叶的重量与桨叶重心对螺旋奖旋转轴线的距离之积。3.1.22，
桨叶小轴线力矩weightmomentaboutbladecenteraxis桨叶轴线处于水平位置时，叶的重量与浆叶重心对桨叶轴线的距离之积。3.1.23
propellerstaticunbalance
螺旋桨静不平衡度
在某一个或几个指定的安装角下，螺旋桨总重与螺旋桨重心对螺旋桨旋转中心的距离（偏心距)之积。
3.2符号
下列符号适用于本标准。
-浆叶作用因数；
桨叶切面弦长，单位为毫米（mm）；Cp-螺旋浆功率系数：
一桨叶切面厚度，单位为毫米（mm）；一螺旋桨直径，单位为毫米(mm)；-螺旋桨拉(推)力(或推力)，单位为牛顿(N)；螺旋桨进距比；
-螺旋奖转速，单位为转每分钟(r/min)；螺旋桨轴功率，单位为于瓦(kW)；螺旋桨浆叶切面半径，单位为毫米（mm）；螺旋浆浆叶切面相对半径
-螺旋浆实度：
飞行速度，单位为米每秒(m/s)；桨叶数；
HB7809-2006
n效率；
一空气密度，单位为千克每立方米(kg/m2）。p
4般要求
螺旋桨的设计、试验一般要求如下：a）在飞行任务谱内，应满足飞机、发动机的匹配性要求；应满足功能、强度、刚度、气动噪声和动力学等要求；b)
应满足可靠性、维修性、综合保障性、安全性的要求；c
应满足环境条件要求；
主要受力件所用材料的性能数据应根据国家标准或订货方认可标准的最新版本中选取，并应考e
虑分散性的影响，凡在上述标准中未列出的材料(特别是复合材料)的性能数据，应经验证和分析后方可使用；
f)对螺旋不能确定的设计内容应进行试验验证。5详细要求
5.1设计与结构
5.1.1总体设计
5.1.1.1通则
螺旋桨由桨毂、桨叶、整流罩等零组件组成。根据螺旋奖研制任务书的要求，进行螺旋浆总体设计时，应考虑以下因素：
a）飞行任务谱；
发动机性能、结构数据；
螺旋浆相对飞机结构的位置：
螺旋桨的功能要求。
5.1.1.2螺旋浆类型
按变距方式分为定距螺旋桨和变距螺旋桨。按相对于飞机的安装位置分为拉力螺旋桨和推力螺旋浆。5.1.1.3螺旋浆总体性能参数
5.1.1.3.1拉(推)力或效率
螺旋浆轴功率由发动机生产厂提供；所需拉(推)力或效率由飞机主机厂提供。5.1.1.3.2直径
确定螺旋奖的直径主要考虑以下因素：桨尖马赫数；
飞机水平停放时，浆尖离地面的最小距离；桨尖与飞机其它部件(如机身等)之间的距离；c)
d）与螺旋桨吸收功率成5次方关系，是影响螺旋桨气动性能的重要参数。5.1.1.3.3转速
确定螺旋桨的转速主要考虑以下因素：a）应与发动机相匹配；
浆尖马赫数；
c）与螺旋桨吸收功率成3次方关系，是影响螺旋气动性能的重要参数。5.1.1.3.4干重量
包括浆毂、桨叶及在螺旋浆型号规范中列出的螺旋桨附件的合重。在满足螺旋奖功能、强度、刚度4
和动力学设计要求的前提下，螺旋桨重量应最轻。5.1.1.3.5浆叶数
HB7809-2006
根据螺旋桨所吸收的功率、气动特性等要求，确定螺旋桨的桨叶数。在给定功率的条件下，当增加螺旋桨的直径受到限制时，可以适当地增加桨叶数。通常轻型飞机为2叶或3叶、中型飞机为4叶或6叶、大型飞机为8叶或12叶或采用同轴对转螺旋桨。
5.1.1.3.6旋转方向
顺航向看，螺旋浆的旋转方向，分为顺时针方向(右旋）、逆时针方向(左旋）。螺旋桨的旋转方向应满足发动机、飞机的要求。
5.1.1.3.7翼型
根据螺旋浆的性能要求确定螺旋桨翼型。5.1.1.3.8桨叶作用因数
作用因数一般取在60～110之间，60～70为窄型桨叶、超过100为宽型桨叶。5.1.1.3.9转动惯量
应满足飞机和发动机要求。
5.1.1.3.10变距范围和变距速度变距机构应能在所有状态下对浆叶进行操纵。变距范围应根据飞机、发动机的要求确定，最小至最大反桨角，最大至顺桨角。变距速度应能使发动机的转速瞬变限制在允许的范围内。5.1.1.4结构完整性要求
为保证螺旋桨的结构完整性，应制定螺旋桨结构完整性大纲，主要内容包括：标准和规范，根据研制任务书要求，对采用的标准和规范进行剪裁；a）
设计准则，包括结构、静强度、动力学、疲劳、可靠性和维修性设计等的设计准则；b)
载荷和载荷谱，包括计算分析载荷、飞行实测载荷；材料，根据选材目录及相应的材料性能，确定材料种类；结构分析，包括结构特性分析、静强度分析、动力学分析、可靠性分析、维修性分析、疲劳寿命分析等；
f）试验与验证，见5.7要求。
5.1.2气动设计
5.1.2.1设计方法
根据螺旋桨总体性能要求，选用叶素理论、片条理论、SBAC法、数值模拟等计算方法，确定螺旋桨桨叶的几何参数、气动性能。5.1.2.2桨叶几何参数的确定
5.1.2.2.1弦长分布
为了更好地发挥桨叶气动性能，桨叶的弦长沿径向而变化，其变化规律，决定了浆叶的平面形状。在确定浆叶弦长时应考虑在螺旋浆变距范围内，浆叶后缘至发动机整流罩之间的距离。5.1.2.2.2相对厚度分布
桨叶的相对厚度沿径向而变化，一般由桨叶结构强度而定。5.1.2.2.3扭角分布
桨叶的扭角沿径向而变化，以保证所有螺旋桨桨叶切面均在有利攻角下工作。5.1.2.3气动性能的确定
5.1.2.3.1一般工作状态
般工作状态包括静止、起飞、爬升、巡航、最大平飞等状态。可采用片条理论、涡流理论、数值模拟等计算方法。
HB7809-2006
5.1.2.3.2风车状态
当发动机出现停车故障，螺旋桨如果不进行顺桨，则螺旋桨处于风车状态，在这种状态下，螺旋浆从飞机前进速度中获得空气的动能带动螺旋桨和发动机旋转并产生阻力。通常以标准桨叶的试验数据为依据，然后进行平面形状和翼形零举攻角的修正。5.1.2.3.3顺桨状态
发动机出现停车故障，应使螺旋桨立即处于顺浆状态，螺旋桨转速接近于零。可采用正常状态的理论计算方法确定顺桨角、顺桨阻力，最后可通过试飞合理调整顺桨角。5.1.2.3.4发桨状态
螺旋桨处于最大负安装角时的工作状态。负桨叶角的控制应与发动机功率相协调，确保螺旋桨反浆时的超转应不超过发动机的超转极限。5.1.2.4小距角、中距角、顺桨角、最大反角的确定5.1.2.4.1小距角
对于活塞式发动机，为发动机启动时的螺旋桨安装角；对于涡轮螺旋浆发动机，为螺旋桨旋转阻力最小时的螺旋桨安装角。
5.1.2.4.2中距角
中距限动角，亦称空中小距角。确定中距角的基本原则为：必须保证飞机在空中正常飞行时螺旋浆不会产生负拉力；必要时，保证飞机有良好的复飞性能。5.1.2.4.3顺桨角
桨叶在旋转平面内的投影面积最小，即螺旋桨阻力最小状态时的螺旋桨安装角。5.1.2.4.4最大反桨角
根据型号规范的要求，为发动机最大反桨功率时对应的螺旋浆安装角。5.1.3结构设计
5.1.3.1材料
5.1.3.1.1选材基本准则
根据螺旋桨强度、刚度、动力学、重量、疲劳、使用环境和经济性等要求，进行材料的选择。材料选择的基本原则如下：
a）材料的比强度和比模量高；
具有良好的疲劳特性和破损安全特性：b)：
耐环境特性；
工艺性良好；
优先选用国内已经采用并成批供应的材料或已正式鉴定的新材料；e)
尽量减少材料的品种和规格：
g）货源有保障。
5.1.3.1.2金属材料
金属材料（如：结构钢、不锈钢、铝合金、钛合金、镍合金、铜合金和高密度合金)要求如下：应选用航空材料或其它螺旋桨型号已使用过的材料；a)
超出相关选材目录范围的材料，应由承制方提交主管部门审核、批准；b）
新材料应根据其结构部位和重要性，按有关规定实行分级审核后方可选用；关键件和重要件使用的材料，必要时应补充专用技术要求；d)
除非有抗电腐蚀保护，否则在相互接触处不得使用不相容金属。e)
5.1.3.1.3非金属材料
非金属材料（如：木材、胶粘剂、密封材料、橡胶材料、涂料、工程塑料、润滑剂)应优先从航空材料选用目录或具体螺旋浆型号材料选材目录中选择。其它要求参照5.1.3.1.2的规定执行。6
5.1.3.1.4复合材料
5.1.3.1.4.1通则
HB7809-2006
设计选材应包括对复合后的材料（或铺层单元)性能确定、复合材料层压板和铺层设计、以及浆叶结构所涉及的铺层工艺分析。
复合材料的性能数据，还应包括增强材料和基体材料的性能数据。5.1.3.1.4.2基本物理性能数据
选用的复合材料应包括如下基本物理性能数据：a）树脂含量；
挥发物含量；
孔隙率；
单位面积纤维或织物含量；
固化后的单层厚度；
密度(线密度、面密度和体密度)；热膨胀系数；
湿膨胀系数；
贮存期；
i）其它(粘性、流动性、凝胶时间和电性能等)。5.1.3.1.4.3基本力学性能数据
选用的复合材料应包括如下基本力学性能数据：纵向和横向拉伸强度，以及相应的应力一应变曲线；a）
纵向和横向拉伸模量；
纵向和横向拉伸疲劳极限；
纵向和横向压缩强度；
纵向和横向压缩模量；
纵向和横向剪切强度；
纵向和横向剪切模量；
纵向和横向剪切疲劳极限：
层间剪切强度；
j）泊松比；
纵向弯曲强度，以及相应的应力一应变曲线；1)
纵向弯曲模量；
m）纵向弯曲疲劳极限；
n）其它。
5.1.3.1.4.4环境要求
选用的复合材料应满足螺旋浆研制任务书中规定的环境要求（如：温度、湿度、湿热、霉菌、盐雾等)。
5.1.3.2桨叶
5.1.3.2.1通则
确定桨叶结构的基本原则是：在满足螺旋桨气动和声学特性的条件下，确保桨叶强度和动力学特性尽可能减轻重量。
5.1.3.2.2浆叶本体
螺旋浆浆叶按所用材料可分为金属材料桨叶、复合材料浆叶和其它材料桨叶等类型。金属浆叶一般采用铝合金实心结构；复合材料浆叶一般采用铝合金大梁和复合材料蒙皮所组成的梁7.