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旋翼机螺旋桨的特性

 

螺旋桨(jiǎng)是一个旋转的(de)翼面,适用于任何机翼(yì)的(de)诱导阻力,失速和(hé)其他空(kōng)气动力(lì)学原理也都对螺旋桨适用。它提供(gòng)必要(yào)的(de)拉力或推力使飞机(jī)在空气中移动。螺旋桨产(chǎn)生(shēng)推(tuī)力的方式非常类(lèi)似(sì)于(yú)机翼产(chǎn)生(shēng)升力的方式。产生的(de)升力大(dà)小依赖于桨叶的形态(tài)、螺旋(xuán)桨(jiǎng)叶(yè)迎角和(hé)发动机的(de)转速(sù)。螺旋桨叶(yè)本身是扭(niǔ)转的,因此桨叶(yè)角(jiǎo)从毂轴到叶尖(jiān)是(shì)变化的。最(zuì)大安装角在毂(gū)轴处,而最小安装角在(zài)叶尖。

螺旋桨截面安装角的变化

螺旋(xuán)桨叶扭转的原因是为了从毂(gū)轴到叶尖产生一致的(de)升力。当桨叶旋转时,桨叶(yè)的不同(tóng)部分有(yǒu)不同的(de)部分有不同的(de)实际速度。桨叶尖部线速度比靠近毂轴部(bù)位要快,因为相同时间内(nèi)叶尖(jiān)要旋转的距离比毂轴附近要长。从毂轴(zhóu)到叶尖(jiān)安装角的变化和线速度(dù)的相应变化就能够在(zài)桨(jiǎng)叶长(zhǎng)度上产生一(yī)致的升力。如果螺(luó)旋桨(jiǎng)叶设(shè)计成整个(gè)长度上它的(de)安装角相同,那(nà)么效率会非常低,因(yīn)为随着空速的增加,靠(kào)近轴附近的部分将会有负迎角(jiǎo),而叶尖会失速。

螺旋桨各个截面(miàn)同一角速度下不(bú)同的线速度

轻型(xíng)、微型(xíng)无人机(jī)一般安装定(dìng)距螺旋桨,大型、小型无人(rén)机根据(jù)需(xū)要(yào)可通过安装变距(jù)螺旋桨提(tí)高动力性能。

1.定距螺旋桨

定(dìng)距桨不能改变桨距(jù)。这种螺旋(xuán)桨,只有在一定的空速和转速组合下(xià)才能获得最(zuì)好的效率。另外(wài),还可(kě)以把定距(jù)桨(jiǎng)分为两种类型,爬升螺旋桨和巡航螺(luó)旋桨。飞机是安(ān)装(zhuāng)爬升螺旋桨还是巡航螺旋桨(jiǎng),依赖于它的预期用途。

(1)爬升螺旋桨有小的桨距,因此旋转阻力更少。阻力较(jiào)低导致转(zhuǎn)速更高,和具有更多的功率能力(lì),在起飞和爬升时这增加了性能,但是(shì)在巡航(háng)飞行时降低了性(xìng)能。

(2)巡航螺旋桨有高桨距,因此(cǐ)旋转阻力更(gèng)多。更多阻力导致较(jiào)低转(zhuǎn)速,和较(jiào)低(dī)的功率能(néng)力,它降低了起飞和爬升性能,但是(shì)增为了高速(sù)巡航飞行效率。

螺旋桨通常安装在轴上,这个(gè)轴可能是发动机曲轴的延伸。在这种情况下,螺旋桨转速就和(hé)曲轴的转速相同了。某(mǒu)些其(qí)他发动机,螺旋桨是安(ān)装(zhuāng)在(zài)和发(fā)动机曲轴经齿(chǐ)轮(lún)传动(dòng)的轴(zhóu)上。这时,曲轴的转速(sù)就和螺旋桨的转速不同了。

轻型(xíng)、微型(xíng)无人机(jī)常(cháng)用定距螺旋桨,尺寸通常用X×Y来表示,其中X代(dài)表螺(luó)旋桨直径,单(dān)位为英(yīng)寸(in)Y代表螺距,即螺旋(xuán)桨在空气中旋转一圈桨平面(miàn)经过的距离,单位为英(yīng)寸(cùn)(in)。例如,22× 10的螺旋桨尺寸为(wéi)桨径22in,约(yuē)为(wéi)55.88cm,螺距10in,约(yuē)为25.4cm

轻型、微(wēi)型无人机一般使用2叶桨,少数使用3叶桨或4叶(yè)桨(jiǎng)等。根(gēn)据无人机行业习(xí)惯,通常定义右旋前进的螺(luó)旋桨(jiǎng)为(wéi)正桨,左旋(xuán)前进的螺旋桨为(wéi)反桨。桨径20in以(yǐ)下的螺(luó)旋桨有木材、工程塑料或碳纤维等材质,需要根(gēn)据实(shí)际(jì)需要选用。部分螺旋桨桨(jiǎng)叶设计成(chéng)马刀形状,桨(jiǎng)尖(jiān)后掠,这样可以在一定程度上提高效率。

2.变(biàn)距螺旋桨

一些较旧的可调桨距(jù)螺旋桨只能(néng)在地面调节,大多数现代可调桨距(jù)螺(luó)旋桨被设(shè)计(jì)成可以在飞行中(zhōng)调节(jiē)螺旋桨的桨距。第一(yī)代可调桨距(jù)螺旋(xuán)桨只提供两个桨距设定(dìng)——低桨距设定(dìng)和(hé)高桨距(jù)设定(dìng)。然而(ér),今天(tiān),几(jǐ)乎所有可调(diào)桨距螺(luó)旋(xuán)桨系统都可以在一个(gè)范围(wéi)内调节桨距(jù)。恒速螺旋桨是最常见的(de)可调桨(jiǎng)距螺旋桨类型(xíng)。恒速螺旋桨(jiǎng)的主要优(yōu)点是它(tā)在大的空速和转速组合范围内把(bǎ)发过机功率的大部分转换成推进马力。恒速螺旋桨比其他螺(luó)旋桨更(gèng)有效率是因为(wéi)它能够在特定(dìng)条件下选择(zé)最有效(xiào)率的(de)发动机转速(sù)。

装(zhuāng)配恒速(sù)螺(luó)旋(xuán)桨的无人机有(yǒu)两项(xiàng)控制,油(yóu)门控制和螺旋桨控制,油门控制功率输出,螺旋桨控制调节发动机转速(sù)。

一旦选(xuǎn)择了一个特定的转速,一个调节(jiē)器会自动地(dì)调节必要的螺旋(xuán)桨(jiǎng)桨(jiǎng)叶角。以保持选择的转速。例如,巡航飞行期间设定了需(xū)要的(de)转(zhuǎn)速之后,空速的(de)增加(jiā)或者螺旋桨载荷的降(jiàng)低将(jiāng)会导致螺旋(xuán)桨(jiǎng)为维持选(xuǎn)择的转(zhuǎn)速而增(zēng)加桨叶角。空速降(jiàng)低或者螺旋桨载(zǎi)荷增加会(huì)导致螺旋桨桨叶角降低。

恒速螺(luó)旋桨的(de)桨叶角范围由螺旋桨的恒(héng)速范围(wéi)和高低桨(jiǎng)距止位来确定。只要(yào)螺旋桨桨叶角位于(yú)恒(héng)速范围内,而不超出任何一个桨距止位(wèi),发动机转速就能维持(chí)恒定(dìng)。然而,一旦螺旋桨桨叶到达止位,发(fā)动机转速将(jiāng)随空速和螺旋桨(jiǎng)载荷(hé)的变化而适当地增加(jiā)或(huò)者降低(dī)。例(lì)如,选择(zé)了一个特定(dìng)的转速,飞机(jī)速度(dù)降低到足(zú)够使螺(luó)旋桨桨叶旋转直到到(dào)达低桨距止位(wèi),如果需要空速(sù)再(zài)次(cì)降(jiàng)低(dī),必须减(jiǎn)小发动机转速,就像安装了固定桨距(jù)螺(luó)旋桨一样。当恒(héng)速螺旋桨的飞机(jī)加速到较快(kuài)的(de)速度(dù)时(shí)还会发生相同的情况。随着(zhe)飞(fēi)机(jī)加(jiā)速,螺旋(xuán)桨桨叶角(jiǎo)增加,以维持选定的转(zhuǎn)速直(zhí)到到达高桨距止位。一旦(dàn)达到止(zhǐ)位,桨叶角就不能再(zài)增加,如果(guǒ)需要再加速,发动机必须增(zēng)加(jiā)转速。

在装配(pèi)恒速螺旋桨的飞机上(shàng),功率输出由油门控(kòng)制,用进气(qì)压力(lì)表指(zhǐ)示。这(zhè)个仪表测(cè)量进气道歧(qí)管中油气混合气的绝对压力,更准确的说法是测量歧管绝对压力(MAP)。在恒定转速和高度条件下,产(chǎn)生功率的大小直接和流到燃烧室(shì)的油气混合流有关(guān)。当你增加油(yóu)门设定时(shí),流到发动机的油气就会增多(duō),因此,歧管绝对压力增加。当发(fā)动(dòng)机不(bú)运行时,歧管压(yā)力(lì)表指示周围空气压力。当发(fā)动机气动后,歧(qí)管压力指示将会降低到一个低(dī)于(yú)周围空气(qì)压(yā)力的(de)值。(AOPA云)

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