桨盘

旋翼类飞行器在飞行时旋转着的旋翼桨叶所构成的平面

桨盘，又作桨盘平面，一般指旋翼类飞行器在飞行时旋转着的旋翼桨叶所构成的平面。

简介

桨盘一词常见于直升机、倾转旋翼机、自转旋翼机等旋翼类飞行器学科中，通常指其在飞行时，旋翼桨叶旋转所构成的一个圆盘面，称之为桨盘，桨盘平面的定义在旋翼飞行器的飞行力学和气动研究中颇为重要，常见的应用有桨盘迎角、桨盘载荷等。

桨盘控制舵机的技术指标

运动范围

舵机的运动范围主要取决于操纵机构的具体结构尺寸，一般而言，旋翼机的桨盘倾角变化范围在-10度～+15度，通过杠杆机构与舵机的输出轴连接，当采用线性位移舵机时，可以通过杠杆机构解算出桨盘倾角范围内舵机所需输出的全量程，在本样例无人驾驶旋翼机中，桨盘倾角通过操纵机构转换到舵机输出轴的位移是 0～78 mm，为此设计的舵机最大线位移应不小于 80 mm。

控制精度

舵机控制精度与旋翼机的姿态控制精度关联，按无人机对伺服舵机控制精度的要求，伺服控制精度应为无人机姿态控制精度的 50%以下，当旋翼机姿态控制精度要求为±2度，则伺服舵机对桨盘的控制精度应小于1度，通过操纵机构传动比的解算，舵机线位移控制误差最大为 3 mm，从线位移伺服舵机的可实现性而言，舵机控制精度可设为 0.5 mm。

运动速率

舵机运动速率的设定与无人旋翼机姿态控制的稳定性和响应速度直接相关，对于样例无人驾驶旋翼机而言，在其稳定飞行时纵向姿态最大变化速率约为 20 (º)/s，横向姿态最大变化率约为 30 (º)/s，因此桨盘倾角的最大变化速率应为姿态变化率的1.5～2.0 倍，从而对应于桨盘倾角最大变化速率时的伺服舵机最大运动速率应不小于 60 mm/s。

响应频率

舵机的响应频率由操纵的无人旋翼机横纵向响应频率所决定。笔者所研究的无人旋翼机纵向响应频率为 0.5～0.75 Hz，横向响应频率为 1.0～1.5 Hz，航向响应频率为 1.0～2.0 Hz。对应于-10°相移时，舵机的带宽频率应为其操纵面的-10°频率响应的1～2倍，因此舵机的-10°响应频率应不小于3Hz。对于低通特性而言，舵机对应于-90°相移的响应频率是其-10°相移时的 5 倍，不小于15Hz。

桨盘理论

涡轮螺旋桨发动机在低亚声速飞行时拉力大，推进效率较高，经济性较好，这使得其在运输机领域有着不可替代的地位。所以在巡航马赫数低于 0.6左右的低速飞机上仍普遍采用螺旋桨推进，如国产运七、运八飞机等。螺旋桨飞机还具有低速飞行时升力大，起飞着陆时的飞行速度低的优点。这样，以螺旋桨发动机为动力的飞机，对跑道的依赖程度大大降低。螺旋桨飞机的这种特性，使其在军用运输机和前线飞机领域有着喷气推进式飞机难以替代的地位和广阔的应用前景。目前，国内外大多数军用运输机都采用涡轮螺旋桨飞机。

桨盘理论：以气流通过桨盘的动量和能量变化作为依据。动量理论将螺旋桨看成是一个前进的桨叶片数无限多的桨盘 (disk)，不考虑桨盘厚度，气流连续地通过桨盘。假设来流气体在未受螺旋桨扰动的轴向速度和压强分别为V0和 P0。当气流逼近螺旋桨时速度增加、压强减小，在螺旋桨盘前压强为P气流通过桨盘后压强增加P1，轴向速度增大为 V0 (1+a)，当气流接近滑流区，轴向速度进一步增大为V0(1+b)，但压强降到原来流压强P。螺旋桨的拉力就是由桨盘前后的这个压力差来提供的。

工程应用

当螺桨盘转子统有挤压油膜轴承时，系统两平面内刚度与阻尼有藕合。螺桨盘转子轴头动刚度是螺桨盘转子系统颤振涡动分析的主要参数，也是影响系统颤振涡动的主要因素。如果由于某种原因造成轴头动刚度的突然降低，引起系统失稳，这对带螺桨发动机的飞机的飞行安全非常不利。动刚度测量与处理方法可以实现在线监测，因此，建议根据适航条例对桨轴系统的轴头动刚度进行在线监测，以控制螺桨颤振失稳的发生，提高螺桨转子工作的可靠性与飞机的安全性。

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