螺旋桨是一个旋转的翼面,适用于任何机翼(yì)的诱导阻(zǔ)力,失速和其他空气(qì)动力学原理也都对螺旋桨适用。它提供(gòng)必要的拉(lā)力或(huò)推力使飞机在空(kōng)气(qì)中移动。螺旋(xuán)桨产生推力的方式非常类似于机翼产生升力的方式(shì)。产生的升(shēng)力(lì)大小依赖于桨叶的形态(tài)、螺旋桨叶迎角和发动机(jī)的转(zhuǎn)速。螺(luó)旋桨叶本身是(shì)扭(niǔ)转(zhuǎn)的(de),因(yīn)此桨叶角从毂轴到叶尖是变化的。最(zuì)大安装角在毂轴处(chù),而最小安装角在(zài)叶尖(jiān)。
螺旋桨截面安装角的变化
螺旋(xuán)桨叶扭转的原(yuán)因是为了从毂轴到(dào)叶尖产生一致的升力。当桨叶旋转时,桨叶的不同部分有不(bú)同(tóng)的部分有不同的实际(jì)速度。桨叶尖(jiān)部线速度(dù)比靠近(jìn)毂轴部(bù)位(wèi)要快(kuài),因为相同时间内叶(yè)尖要旋转的(de)距离比毂轴附近要长。从(cóng)毂(gū)轴到叶尖安装角(jiǎo)的变化和线速度(dù)的(de)相(xiàng)应(yīng)变化就能够(gòu)在桨叶长度上产生一致的升(shēng)力。如果螺旋桨叶设(shè)计(jì)成(chéng)整个(gè)长度上它(tā)的安装(zhuāng)角相同,那么效率会非(fēi)常低,因为随着(zhe)空速的增(zēng)加(jiā),靠近轴附近的部分将会有负迎角,而叶尖(jiān)会失速。
螺(luó)旋桨各个截面同一角速(sù)度下(xià)不同的线速度
轻型(xíng)、微型无人机一般安装定(dìng)距螺(luó)旋桨(jiǎng),大型、小型无人机(jī)根据需要可(kě)通过安装变距螺旋桨提(tí)高动力性能。
1.定距螺旋桨
定距桨(jiǎng)不能改变桨距。这种螺(luó)旋桨,只(zhī)有在一定的空速和转速(sù)组合下(xià)才能获(huò)得最好的效率。另外,还可以(yǐ)把定距桨分为两(liǎng)种类型,爬升螺旋桨和巡航螺旋桨。飞机是安装(zhuāng)爬升(shēng)螺旋桨还是巡(xún)航(háng)螺旋(xuán)桨,依赖于它的(de)预期用途。
(1)爬升螺旋桨有小(xiǎo)的桨距,因此旋转阻力(lì)更少。阻力较(jiào)低导致转速更高,和具有更多的功(gōng)率能(néng)力,在起(qǐ)飞和爬升时(shí)这(zhè)增加了性能(néng),但是在巡航飞行时降低了性能(néng)。
(2)巡航螺旋桨有高桨距,因此旋转阻力更(gèng)多。更多阻力导致较低(dī)转速,和较低的功率能力,它降(jiàng)低(dī)了起飞和爬升性(xìng)能,但是增为了高(gāo)速巡航(háng)飞行效率。
螺旋桨通常安装在轴上,这个轴可(kě)能是(shì)发动机曲轴的延伸。在这(zhè)种情况下,螺(luó)旋桨转(zhuǎn)速就和(hé)曲轴的转速(sù)相(xiàng)同(tóng)了。某些其他发动机,螺(luó)旋桨是安装(zhuāng)在和发动(dòng)机曲轴经齿轮传(chuán)动的轴上(shàng)。这时,曲轴的转速就(jiù)和螺旋(xuán)桨的转速不同(tóng)了。
轻型、微型无人机(jī)常用定距螺旋桨,尺寸通常用X×Y来表示,其(qí)中X代表螺旋桨直径,单位为英寸(in),Y代表螺距,即螺(luó)旋(xuán)桨在空气中旋转一圈桨平(píng)面(miàn)经过(guò)的距离,单位为英(yīng)寸(in)。例(lì)如(rú),22× 10的螺(luó)旋桨尺寸为桨径22in,约为55.88cm,螺距10in,约为25.4cm。
轻型(xíng)、微型无人(rén)机一般(bān)使用2叶桨,少数使用3叶桨或4叶桨等。根据无人机行(háng)业习惯(guàn),通常定义右旋前进(jìn)的螺旋桨为正(zhèng)桨,左旋(xuán)前进的螺旋桨为反桨(jiǎng)。桨径20in以下的螺旋桨有(yǒu)木材、工程塑料或碳纤(xiān)维等材(cái)质,需要根据实际需要选用。部分螺旋桨桨叶设计(jì)成马刀形状,桨尖后掠,这(zhè)样可以在(zài)一(yī)定程度上(shàng)提高效率。
2.变距螺旋桨
一些(xiē)较(jiào)旧的可调桨(jiǎng)距螺(luó)旋(xuán)桨只能在地面调节,大多数(shù)现代可调桨距螺旋桨被设计成可以在飞行(háng)中(zhōng)调节螺(luó)旋桨的桨距。第一(yī)代(dài)可调桨距螺旋桨只提供(gòng)两个桨距设定——低桨距设定和高桨距设定。然而,今天,几乎所(suǒ)有可调桨(jiǎng)距螺旋桨系统都可以(yǐ)在(zài)一个(gè)范(fàn)围内调(diào)节桨距。恒速螺旋(xuán)桨是(shì)最常见(jiàn)的可调桨距螺旋桨类型。恒(héng)速螺旋桨的主(zhǔ)要优点是(shì)它在大的空速和转(zhuǎn)速组合范围内把发过(guò)机功率的大部分转换成推进(jìn)马(mǎ)力(lì)。恒速螺旋(xuán)桨比其他螺(luó)旋桨更有效率是因为它能够在特定条(tiáo)件下选择最有(yǒu)效率(lǜ)的发动机转速(sù)。
装配恒(héng)速螺旋桨的(de)无人(rén)机有两(liǎng)项控制,油门控制(zhì)和(hé)螺旋(xuán)桨控制,油门(mén)控制功率输出,螺旋桨控制调节发(fā)动机转速。
一旦选择了一个(gè)特定的转速,一(yī)个(gè)调节器会自动地(dì)调节必要的螺旋桨桨叶角。以保持选择的(de)转速。例如,巡航飞行期间设定(dìng)了需要的转速之后(hòu),空速的增加(jiā)或者螺(luó)旋(xuán)桨载荷的(de)降低将会导致(zhì)螺旋桨为维持(chí)选择的(de)转速而增加桨叶角。空速降低或者螺旋桨载荷增加会导(dǎo)致螺旋(xuán)桨(jiǎng)桨叶(yè)角降低。
恒速螺旋桨(jiǎng)的桨叶角范围由螺旋桨的恒速范(fàn)围和高低桨距止位来确(què)定。只(zhī)要(yào)螺旋桨桨叶角(jiǎo)位于恒速范围(wéi)内,而(ér)不超出任何(hé)一个桨距止(zhǐ)位,发动(dòng)机转(zhuǎn)速就(jiù)能维持恒定。然而,一旦螺旋(xuán)桨(jiǎng)桨(jiǎng)叶到达(dá)止(zhǐ)位,发动机转速(sù)将随空速和螺旋桨载荷(hé)的(de)变化而(ér)适当地增加或者降低。例如,选择(zé)了一个特定的转(zhuǎn)速,飞机速度降低到足够使螺旋桨桨叶旋转(zhuǎn)直到到(dào)达低桨距止位,如(rú)果(guǒ)需要空速再次降(jiàng)低,必须减小发动机转速,就像安装了固定桨(jiǎng)距螺旋桨一样。当恒速螺旋桨的(de)飞机加速到较快的速度时还会发生相同的情况(kuàng)。随着(zhe)飞机(jī)加(jiā)速(sù),螺(luó)旋(xuán)桨桨叶角增加,以维持选定(dìng)的转速直到到(dào)达高桨(jiǎng)距(jù)止位。一旦达到止位,桨叶角就(jiù)不能(néng)再增加,如(rú)果需要再加速,发(fā)动机必须增加转速。
在装配恒速螺旋(xuán)桨(jiǎng)的(de)飞(fēi)机上,功率输出由油门控制,用进气压力(lì)表指示。这个(gè)仪表测量进气道歧管中油(yóu)气混合气的绝对压力,更准(zhǔn)确(què)的说法(fǎ)是测量歧管(guǎn)绝对压力(MAP)。在恒定转速和高度条件下(xià),产生功率的大小直接和流到燃烧室的油气混合流有关(guān)。当你增加油门设定时(shí),流到发动机的油气就会增多,因此,歧管(guǎn)绝对(duì)压力增加。当发动机不运行时,歧管压力表指(zhǐ)示(shì)周围空气压力。当发动机气动后,歧管压(yā)力指示将会降低(dī)到一个低于周围空(kōng)气压力的值。(AOPA云(yún))

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