验证

Propforge 的性能数据可信度有多高?我们用本模型计算伊利诺伊大学风洞实测过的螺旋桨,并公开结果——包括模型失效的地方。

推力系数误差
9.6 %
平均值 · 第 90 百分位 19.5 %
功率系数误差
9.2 %
平均值 · 第 90 百分位 20.4 %
效率误差
3.6 个百分点
平均值 · 第 90 百分位 8.9 个百分点
螺旋桨数量
13
1143 个实测点

正常工作范围内的平均绝对误差(实测推力不低于静推力的 30%)。目标:15.0 % 以内。

方法

  • 叶素动量理论(Drela 的 QPROP 形式),含桨尖与桨毂 Prandtl 损失,在 40 个桨叶站位求解。
  • 升力与阻力取自 XFOIL 级极曲线表(NeuralFoil),覆盖弯度、厚度、雷诺数与攻角;失速后采用平板模型;Prandtl–Glauert 可压缩修正。
  • 桨叶几何(弦长与桨叶角)完全采用 UIUC 实测值。翼型截面未公开,因此每个螺旋桨按产品类型取两种截面类别之一(通用航模或薄型慢飞)——不针对单个螺旋桨调参。
  • 唯一的全局设置——转捩参数 n_crit = 7——在一半螺旋桨上选定,另一半用于检验。
  • 本页由测试套件生成。若修改使模型误差超过阈值,构建会失败。

实测与预测对比

推力系数(5001 RPM)实测(UIUC)Propforge
0.0000.0200.0400.0600.500.600.700.80JCT
显示数据表
J实测(UIUC)Propforge
0.490.0640.065
0.510.0580.060
0.550.0500.054
0.570.0450.050
0.600.0390.044
0.630.0340.038
0.660.0290.032
0.690.0240.026
0.730.0180.018
0.750.0130.012
0.790.0070.004
0.810.003-0.002
0.84-0.003-0.010
功率系数(5001 RPM)实测(UIUC)Propforge
0.0000.0100.0200.0300.0400.500.600.700.80JCP
显示数据表
J实测(UIUC)Propforge
0.490.0460.047
0.510.0440.045
0.550.0400.042
0.570.0370.040
0.600.0340.037
0.630.0310.034
0.660.0290.030
0.690.0260.027
0.730.0220.022
0.750.0190.018
0.790.0150.013
0.810.0120.008
0.840.0090.003
静态推力系数实测(UIUC)Propforge
0.0000.0250.0500.0750.10020003000400050006000RPMCT
显示数据表
RPM实测(UIUC)Propforge
19750.0980.094
22920.1000.098
26320.1020.101
29080.1020.103
32110.1030.105
35040.1040.105
38150.1040.106
41440.1050.107
44090.1050.108
47110.1060.108
50110.1070.108
53250.1080.109
56240.1120.109
59380.1130.109
62310.1130.110
65420.1140.110
静态功率系数实测(UIUC)Propforge
0.0000.0200.04020003000400050006000RPMCP
显示数据表
RPM实测(UIUC)Propforge
19750.0550.051
22920.0540.049
26320.0540.049
29080.0540.047
32110.0540.046
35040.0540.046
38150.0540.045
41440.0540.045
44090.0530.044
47110.0530.044
50110.0530.044
53250.0530.044
56240.0510.044
59380.0510.043
62310.0510.043
65420.0510.043

全部螺旋桨

螺旋桨假定截面CT 误差(偏差)CP 误差(偏差)点数
APC Thin Electric 10×7通用航模3.9 % (+1 %)4.1 % (−1 %)109
APC Thin Electric 11×5.5通用航模10.3 % (+9 %)8.3 % (+3 %)69
APC Thin Electric 14×12通用航模7.9 % (−4 %)10.5 % (−9 %)81
APC Slow Flyer 10×4.7慢飞16.1 % (−16 %)9.9 % (−10 %)87
APC Slow Flyer 11×7慢飞3.9 % (−3 %)6.7 % (−4 %)84
APC Slow Flyer 9×6慢飞16.5 % (−17 %)15.5 % (−15 %)109
APC Sport 11×6通用航模4.3 % (−2 %)10.3 % (−10 %)90
Graupner CAM Prop 10×6通用航模11.2 % (+11 %)7.6 % (+3 %)95
Graupner Super Nylon 11×8通用航模16.7 % (+17 %)16.7 % (+14 %)91
GWS Slow Flyer 10×4.7慢飞5.1 % (+1 %)6.5 % (+2 %)46
Kyosho 10×6通用航模5.6 % (+5 %)6.0 % (−3 %)107
Master Airscrew 11×7通用航模3.7 % (+0 %)6.1 % (−6 %)82
Master Airscrew Scimitar 10×5通用航模16.6 % (+17 %)9.6 % (−10 %)93

正常工作范围内的平均绝对误差;括号内为偏差(正值表示 Propforge 预测偏高)。

已知局限

  • 静态功率被低估(偏差 −16 %,第 90 百分位 28.5 %);静止螺旋桨根部流动高度三维。静态功率区间已相应加宽。
  • 接近零推力(高进距比)时相对误差没有意义;此处 CT 绝对误差最高 0.025,CP 平均偏差 32.1 %。应用在该区域改用绝对区间。
  • 雷诺数低于 40,000 时误差增大(CT 6.4 %,CP 11.7 %);小而慢的螺旋桨最难预测。
  • 商用螺旋桨截面未知限制了本对比:对于你自己的设计,截面是精确已知的,但打印表面比注塑件更粗糙。
  • 未建模:尾流收缩、纵倾/侧斜的气动影响、三维失速延迟、桨叶变形、涵道、空化,以及 CFD 才能捕捉的一切。

叶轮与泵

泵性能曲线模型尚未与实测曲线对比,因此区间有意放宽(扬程 ±25%,功率 ±30%)。请把叶轮数据当作初步参考,并实测你的泵。

数据

13 个螺旋桨(APC、Graupner、Kyosho、Master Airscrew、GWS)的风洞数据,来自 UIUC Propeller Data Site 第 1 卷,已注明出处使用。

Brandt, J.B., Deters, R.W., Ananda, G.K., Dantsker, O.D., Selig, M.S., UIUC Propeller Database, Vols 1–4, University of Illinois at Urbana-Champaign. m-selig.ae.illinois.edu/props/propDB.html. Airfoil polars: NeuralFoil (P. Sharpe, MIT licence), an XFOIL surrogate.