螺(luó)旋桨是一个(gè)旋转的翼(yì)面(miàn),适用于任何机翼的诱导(dǎo)阻力,失速和其他(tā)空(kōng)气动力学(xué)原理也都对螺旋桨适用。它提供必要(yào)的拉力(lì)或推力使飞机在空(kōng)气中(zhōng)移动。螺旋桨(jiǎng)产生推力的方式非常类似于机(jī)翼产生升(shēng)力(lì)的方(fāng)式。产生的升力大小依赖(lài)于桨(jiǎng)叶的形态、螺旋桨叶迎(yíng)角和(hé)发动机的(de)转速。螺旋桨叶本(běn)身是扭转的,因此(cǐ)桨叶角从毂轴到叶尖(jiān)是变化的。最大(dà)安装角在毂轴处,而最小安装角在叶尖。
螺旋桨截面安装角的(de)变化
螺旋桨叶扭转的(de)原因是为了从毂轴到(dào)叶(yè)尖(jiān)产生一致的升力(lì)。当桨叶旋转(zhuǎn)时,桨叶(yè)的不同部分有不同的部分有不同的实际速度。桨叶(yè)尖部线速度比(bǐ)靠(kào)近毂轴部位要快,因为相同时间内叶尖要旋转的距离比毂(gū)轴附近要长。从毂(gū)轴到叶尖安装角的变(biàn)化和线(xiàn)速度的相应变化就能够(gòu)在(zài)桨叶(yè)长(zhǎng)度上(shàng)产(chǎn)生一致的升力。如果螺(luó)旋桨叶(yè)设计成整个长度上它(tā)的安装角相同(tóng),那(nà)么效率会非常低,因为(wéi)随着空速(sù)的增加,靠近轴附近的部分将会有负迎角,而叶(yè)尖会失速。
螺旋桨各个截面同一角速度(dù)下不同(tóng)的线(xiàn)速度
轻型、微型(xíng)无(wú)人机一般安装定距螺旋桨,大型、小型无人(rén)机(jī)根据需要(yào)可通(tōng)过安装变(biàn)距螺旋桨提高动力性能。
1.定距螺旋桨(jiǎng)
定距(jù)桨不(bú)能(néng)改变桨距(jù)。这种螺旋桨,只有在(zài)一定的(de)空速和转速组合下才能获得(dé)最好的(de)效(xiào)率。另外,还(hái)可以把定距桨分(fèn)为两种类型,爬(pá)升螺旋(xuán)桨和巡航螺旋桨。飞机是安装(zhuāng)爬升(shēng)螺旋(xuán)桨还是巡航螺旋桨,依赖(lài)于它的预期用途。
(1)爬升螺旋(xuán)桨有小的桨距,因(yīn)此(cǐ)旋转阻力更少。阻力较低导致转速更高,和具有更多的功率能力,在起飞和爬升时这增加了性(xìng)能,但是在(zài)巡航飞行时降低了性能。
(2)巡航(háng)螺旋(xuán)桨有(yǒu)高桨距(jù),因此旋(xuán)转阻力更多。更多阻(zǔ)力导致(zhì)较低转速,和较低的功率能力,它降(jiàng)低(dī)了(le)起飞和爬升性(xìng)能,但是增为了高速巡航飞(fēi)行(háng)效率。
螺旋桨通(tōng)常(cháng)安装在轴上,这个轴可能是发(fā)动机(jī)曲轴的延伸。在这种情况下,螺旋桨(jiǎng)转速就(jiù)和曲轴的(de)转速相同了。某些(xiē)其他发动机,螺旋桨(jiǎng)是安(ān)装在(zài)和(hé)发(fā)动(dòng)机曲轴(zhóu)经齿轮传动的轴(zhóu)上。这时,曲轴的转(zhuǎn)速(sù)就和螺旋桨的转(zhuǎn)速不同了。
轻(qīng)型、微型无人(rén)机常用定距(jù)螺旋桨,尺寸通常用(yòng)X×Y来表示,其中X代表螺旋桨直径,单位(wèi)为英寸(in),Y代表(biǎo)螺(luó)距,即(jí)螺旋桨在空(kōng)气中旋转一圈桨平面(miàn)经过的距离,单位为(wéi)英寸(in)。例如,22× 10的(de)螺旋桨(jiǎng)尺寸为桨(jiǎng)径(jìng)22in,约为55.88cm,螺距10in,约为(wéi)25.4cm。
轻型、微型无人机一般使用2叶桨,少数使用3叶桨或4叶桨等。根据(jù)无人机行业(yè)习惯,通常(cháng)定义右旋前进的螺旋桨为正桨,左旋前进(jìn)的螺旋(xuán)桨为反(fǎn)桨(jiǎng)。桨径20in以下的螺旋桨(jiǎng)有(yǒu)木材、工程塑料或碳纤维等材质(zhì),需要(yào)根(gēn)据实际需要选用。部分螺旋桨桨叶设计成马刀形状,桨尖后掠,这样(yàng)可以在一定(dìng)程度上提高效率。
2.变(biàn)距(jù)螺旋桨(jiǎng)
一些较旧的可(kě)调桨距螺旋(xuán)桨只能在地面调节,大多数(shù)现代可调桨距螺旋桨(jiǎng)被设计成(chéng)可以在飞(fēi)行中(zhōng)调节螺旋桨的桨距。第一代可调(diào)桨距螺旋桨(jiǎng)只提供两(liǎng)个桨距设(shè)定——低桨距(jù)设(shè)定(dìng)和高桨(jiǎng)距设定。然而,今(jīn)天(tiān),几乎所有(yǒu)可调桨距螺旋(xuán)桨系统都可以在一个范(fàn)围内调(diào)节桨距。恒速螺旋桨是最常见的可调(diào)桨距螺旋(xuán)桨类型。恒(héng)速螺旋桨的主要优点是它在大的空速和(hé)转速(sù)组合(hé)范围内把(bǎ)发过机(jī)功率的大部分转换成(chéng)推进马力(lì)。恒速螺旋桨(jiǎng)比其他螺(luó)旋(xuán)桨更有效率是(shì)因(yīn)为(wéi)它能够在特定条件(jiàn)下选择最有效率(lǜ)的发动机转速。
装配恒速螺旋桨的无(wú)人机有(yǒu)两项控制(zhì),油门(mén)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(jī)转速。
一旦选择(zé)了一个(gè)特定的转(zhuǎn)速,一个(gè)调节器会(huì)自动地(dì)调节(jiē)必要的螺旋桨桨叶角。以(yǐ)保(bǎo)持选择(zé)的转速。例如,巡航(háng)飞行期(qī)间设定(dìng)了需(xū)要的转速之后,空速(sù)的增(zēng)加或(huò)者螺旋桨载荷的降低将(jiāng)会导致螺旋桨为维持选择的转速而增(zēng)加桨叶角(jiǎo)。空速降低或者螺旋桨载荷增加会导致螺旋桨桨(jiǎng)叶角降(jiàng)低。
恒(héng)速螺旋桨(jiǎng)的桨叶角范(fàn)围由螺旋桨的恒速范围和高低桨距止位来确定(dìng)。只(zhī)要(yào)螺旋(xuán)桨桨(jiǎng)叶角位于恒速范围内,而不超出任何(hé)一个桨距止位,发动(dòng)机(jī)转速就能维(wéi)持恒定。然(rán)而,一旦螺旋桨桨(jiǎng)叶到达止(zhǐ)位,发动机转(zhuǎn)速将(jiāng)随空速和螺旋(xuán)桨载荷的变化而适当(dāng)地增加(jiā)或者降低。例(lì)如,选择了一个特定的转速,飞机速度降低到足够使螺旋桨桨(jiǎng)叶旋转直到到达低桨距止(zhǐ)位,如果(guǒ)需要空速再次降(jiàng)低(dī),必须减小发动机(jī)转速,就像(xiàng)安装了固定桨(jiǎng)距(jù)螺(luó)旋桨(jiǎng)一(yī)样。当恒速螺旋桨的(de)飞机加速到较快的(de)速度时还(hái)会发生相同的情况(kuàng)。随着飞机(jī)加速(sù),螺旋(xuán)桨桨叶角增加(jiā),以维持选定的(de)转速直到到达高桨距止位。一旦达到止位,桨叶角就不(bú)能再增加,如果需(xū)要再加速(sù),发动机(jī)必(bì)须增加转速(sù)。
在装配恒速(sù)螺旋桨的飞机上(shàng),功率输出由油门控(kòng)制(zhì),用进气压力(lì)表指示(shì)。这个仪表测量进气道歧管中油气(qì)混合气的绝对压力,更准确的说(shuō)法(fǎ)是测(cè)量歧管(guǎn)绝(jué)对压力(MAP)。在(zài)恒定转速和高度条件下,产生(shēng)功率的(de)大小直接和流到燃烧室的油气混合流有关。当你增加油门设定时,流到(dào)发(fā)动机的油气就会增多,因此,歧管绝对压(yā)力增加。当(dāng)发动机不运行时,歧(qí)管压(yā)力表指示(shì)周围(wéi)空气压力。当发动机气动后,歧管压力(lì)指示将会降(jiàng)低到一个低于周(zhōu)围(wéi)空(kōng)气压力的值。(AOPA云)

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