(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111603267.6 (22)申请日 2021.12.24 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 刘磊　高永卫　 (74)专利代理 机构 北京市盛峰律师事务所 11337 代理人 席小东 (51)Int.Cl. G06F 16/28(2019.01) G06F 16/242(2019.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 30/15(2020.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种螺旋桨与活塞发动机匹配方案的评价 方法 (57)摘要 本发明提供一种螺旋桨与活塞发动机匹配 方案的评价方法， 包括以下步骤： 待评价的螺旋 桨和活塞发动机的特性曲线： 确定无人机的工况 点参数； 计算得到等推力油耗理想值W1和等推力 油耗实际值W2； 计算得到推力理想值T1和推力实 际值T2； 获得发动机最大可用功率理想值Pmax1和 发动机最大可用功率实际值Pmax2： 得到匹配得 分。 本发明提供一种螺旋桨与活塞发动机匹配方 案的评价方法， 在螺旋桨和发动机匹配研究的过 程中， 对可能的匹配方案进行综合评价， 最终对 其效能进行量化， 以满足高性能无人机研发的需 求。 权利要求书3页 说明书10页 附图2页 CN 114357089 A 2022.04.15 CN 114357089 A 1.一种螺 旋桨与活塞发动机匹配方案的评价方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 对于待评价 的螺旋桨propeller(i)和活塞发动机engine(j)， 获得以下特性曲 线： 获得螺旋桨propeller(i)的螺旋桨转速 ‑推力特性曲线CP(i)， 所述螺旋桨转速 ‑推力 特性曲线CP(i)， 用于表示螺 旋桨在工作范围内的转速和螺 旋桨推力的关系曲线； 获得螺旋桨propeller(i)和活塞发动机engine(j)的功率 ‑转速特性曲线PE； 所述转 速‑功率特性曲线PE的横坐标为转速， 纵坐标为输出功 率， 在所述转速 ‑功率特性曲线P E中， 既显示螺旋桨propeller(i)的转速和输出功率之间关系的螺旋桨转速 ‑功率特性曲线CH (i)， 同时显示活塞发动机engine(j)在每种节气门开度下的转速和输出功率之间关系的活 塞发动机转速 ‑功率特性曲线C E(j)； 获得活塞发动机engine(j)在每种节气门开度下的转速 ‑耗油特性曲线CK(j)； 所述活 塞发动机engine(j)的转速 ‑耗油特性曲线CK(j)， 用于表 示活塞发动机engine(j)在某种节 气门开度下， 在工作范围内的转速和耗油之间的关系曲线； 步骤2， 获取螺 旋桨propel ler(i)基本参数， 包括： 桨 盘面积S； 步骤3， 确定无 人机的工况点 参数， 包括： 巡航速度V0和需用推力T0； 步骤4， 根据需用推力T0， 查找螺旋桨转速 ‑推力特性曲线CP(i)， 获得与需用推力T0对应 的工作转速R0； 步骤5， 判断活塞发动机engine(j)的输出功率， 能否满足螺旋桨propeller(i)在工作 转速R0时的需用功率； 如果不满足， 则评价结束， 得到活塞发动机engine(j)与螺旋桨 propeller(i)完全不匹配的结论； 如果满足， 则执 行步骤6； 其中， 判断活塞发动机engine(j)的输出功率， 能否满足螺旋桨propeller(i)在工作转 速R0时的需用功率， 具体方法为： 查找螺旋桨转速 ‑功率特性曲线C H(i)， 根据工作转速R0， 得到螺旋桨的需用功率P0； 查找每种 节气门开度下的活塞发动机转速 ‑功率特性曲线CE(j)， 判断是否存在一种节 气门开度下的活塞发动机转速 ‑功率特性曲线CE(j)， 其与螺旋桨转速 ‑功率特性曲线CH(i) 存在交点， 并且， 交点位置的横坐标转速为工作转速R0， 交点位置的纵坐标功率为螺旋桨的 需用功率P0， 如果有， 则代表该种节气门开度下 的活塞发动机满足螺旋桨propeller(i)在 工作转速R0时的需用功率， 将该种节气门开度称为节气门开度OP(j)； 步骤6， 计算得到等推力油耗理想值 W1和等推力油耗实际值 W2： 步骤6.1， 等推力油耗理想值 W1的计算方法： 步骤6.1.1， 结合螺 旋桨的桨 盘面积S以及需用推力T0， 由式(1)得到推力系数TC1： 其中： ρ 为空气密度， V0为巡航速度； 步骤6.1.2， 根据推力系数TC1， 由式(2)得到理想效率 η1： 步骤6.1.3， 根据式(3)得到理想功率系数PC1：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114357089 A 2步骤6.1.4， 根据式(4)得到理想功率P1： 步骤6.1.5， 查找活塞发动机engine(j)的转速 ‑耗油特性曲线CK(j)， 得到工作范围内 的最低耗油率， 作为理想油耗Co n1； 步骤6.1.6， 根据式(5)得到等推力油耗理想值 W1： W1＝Con1*P1/T0                 (5) 步骤6.2， 根据式(6)得到等推力油耗实际值 W2： W2＝Con2*P2/T0                 (6) 其中： Con2代表活塞发动机engine(j)在工作点时的实际油耗， 获取方式为： 查找活塞发动机 engine(j)在节气门开度OP(j)时的转速 ‑耗油特性曲线CK(j)， 确定转速为工作转速 R0时对 应的耗油， 即为活塞发动机engi ne(j)在工作点时的实际油耗； P2代表活塞发动机engine(j)在工作点时的实际功率， 获得方式为： 查找活塞发动机 engine(j)在节气门开度OP(j)时的转速 ‑功率特性曲线CE(j)， 确定转速为工作转速 R0时对 应的功率， 即为活塞发动机engi ne(j)在工作点时的实际功率； 步骤7， 计算得到推力理想值T1和推力实际值T2： 步骤7.1， 推力理想值T1的计算方法： 步骤7.1.1， 根据式(7)得到 螺旋桨最大功率系数PCmax： 其中： Pmax代表螺旋桨与发动机的转速 ‑功率匹配范围内， 发动机能够向螺旋桨提供的 最大可用功率； 通过以下 方式得到： 查找螺旋桨propeller(i)和活塞 发动机engine(j)的功率 ‑转速特性曲线PE， 分析螺旋 桨转速‑功率特性曲线CH(i)与各种节气门开度下的活塞发动机转速 ‑功率特性曲线CE(j) 的交点， 得到纵坐标功率值最大的交点， 表 示为： 交点Amax； 交点Amax的纵坐标的功率值， 即为 发动机最大 可用功率Pmax， 是螺旋桨propel ler(i)能够消耗使用的最大功率； 步骤7.1.2， 根据式(8)得到 螺旋桨最大功率系数PCmax时对应的螺 旋桨效率 η2： 步骤7.1.3， 根据式(9)得到 螺旋桨效率 η2对应的推力系数TC2： 步骤7.1.4， 根据式(10)得到推力系数TC2对应的推力， 作为推力理想值T1：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114357089 A 3