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旋翼机螺旋(xuán)桨的特性

 

螺旋桨(jiǎng)是(shì)一个旋转的翼面,适用(yòng)于任何机翼的诱导阻力(lì),失速(sù)和(hé)其他空气动(dòng)力学原理也都对螺旋(xuán)桨(jiǎng)适用。它提供必要的拉力或推力(lì)使飞(fēi)机在(zài)空气中(zhōng)移动。螺旋桨产生推(tuī)力的方式非常(cháng)类似(sì)于机翼产(chǎn)生升力的(de)方式。产生的升力大小依(yī)赖(lài)于(yú)桨叶的形态、螺旋桨叶迎角和发动机的(de)转(zhuǎn)速。螺旋(xuán)桨叶本身(shēn)是扭转(zhuǎn)的,因此桨(jiǎng)叶角从毂轴(zhóu)到叶尖(jiān)是变化(huà)的。最大安(ān)装角在毂轴处,而最小安(ān)装角在(zài)叶尖。

螺旋桨(jiǎng)截面安装角的变化(huà)

螺旋桨叶扭转的原因是为(wéi)了(le)从毂轴到(dào)叶尖(jiān)产生一致的升力。当桨叶旋(xuán)转时(shí),桨(jiǎng)叶的(de)不同部分有(yǒu)不(bú)同的部分有不同的(de)实际速度。桨叶尖部线(xiàn)速度(dù)比靠近(jìn)毂轴(zhóu)部位(wèi)要快,因(yīn)为相(xiàng)同时(shí)间内叶尖要(yào)旋转的距离比毂(gū)轴附近要长。从毂(gū)轴(zhóu)到叶尖安装角的变(biàn)化和线速度的相(xiàng)应变化就能够(gòu)在桨(jiǎng)叶(yè)长度上产生一致(zhì)的升(shēng)力。如果螺旋桨叶设计成整个长度上它的安(ān)装角相(xiàng)同,那么效率会(huì)非常低,因为随(suí)着空(kōng)速的增加(jiā),靠近(jìn)轴(zhóu)附近的部分将会有负迎(yíng)角,而叶尖会失速。

螺旋桨各个截面同一角速度下(xià)不同(tóng)的线速(sù)度

轻(qīng)型、微型无(wú)人机一般(bān)安装定(dìng)距螺旋桨(jiǎng),大型、小型无人机根据需(xū)要可通过安装变距螺旋桨提(tí)高动力性能。

1.定距螺(luó)旋桨

定距桨不能改变桨距(jù)。这种螺旋桨,只(zhī)有在一定的空速和转速组合下才能获得最好的效率。另外(wài),还可以把定(dìng)距桨分为两种类型,爬升螺旋桨和巡航(háng)螺旋桨。飞机是安装爬升螺旋(xuán)桨还是巡(xún)航(háng)螺旋(xuán)桨,依赖于它的(de)预期(qī)用途。

(1)爬升(shēng)螺旋桨有小的(de)桨(jiǎng)距,因(yīn)此旋转阻力(lì)更少。阻(zǔ)力较低(dī)导致转速更高(gāo),和具有更多的功率能(néng)力,在起飞和爬升时这增(zēng)加了性(xìng)能,但是在巡航飞行时降低了性(xìng)能。

(2)巡航螺旋桨有高桨距,因此旋转阻力(lì)更多。更多阻力(lì)导致较低转速,和较低的功率能力(lì),它降低了起(qǐ)飞(fēi)和(hé)爬升(shēng)性能,但是增为了高(gāo)速巡航飞行效率(lǜ)。

螺旋(xuán)桨通常(cháng)安装(zhuāng)在轴上,这个轴(zhóu)可能是发动机曲轴的延伸。在这(zhè)种情况下,螺(luó)旋桨转速就和曲轴的转速相同了。某些其他发动机,螺旋(xuán)桨是安装在(zài)和(hé)发(fā)动(dòng)机曲轴经齿轮传(chuán)动(dòng)的(de)轴上。这时,曲轴的转速就和螺旋桨的转速不同(tóng)了。

轻型、微型无人机(jī)常用定(dìng)距螺旋桨(jiǎng),尺寸通(tōng)常用X×Y来表示,其中X代表螺旋桨(jiǎng)直径(jìng),单位为英寸(in)Y代表螺(luó)距,即螺旋桨在空气中旋转一(yī)圈桨平面经过的距离,单位为英(yīng)寸(cùn)(in)。例如,22× 10的螺旋桨尺寸为桨径22in,约为55.88cm,螺(luó)距(jù)10in,约为(wéi)25.4cm

轻型、微型无人(rén)机一般使用2叶桨,少数使用3叶桨或4叶桨等(děng)。根据无人机(jī)行业习惯,通常(cháng)定义(yì)右旋前进的螺(luó)旋桨为正桨,左旋前进的螺旋桨为(wéi)反(fǎn)桨。桨径20in以下的螺旋桨(jiǎng)有木材、工程塑(sù)料或碳纤维等材质,需要(yào)根据实际需要(yào)选用。部分螺(luó)旋桨桨叶设计成(chéng)马刀形状,桨尖后掠,这样可以(yǐ)在一定程度上(shàng)提高效率(lǜ)。

2.变距(jù)螺(luó)旋桨

一些较旧的可(kě)调桨距螺旋桨只能在地面调节,大多数现代(dài)可调桨距螺旋桨被(bèi)设计成可以在飞行中(zhōng)调节螺旋(xuán)桨(jiǎng)的桨距。第一代可调桨距螺旋桨只(zhī)提供两个桨距设定——低桨距设定和高桨距设定。然而,今天,几乎所有可调桨距螺旋桨系(xì)统都可(kě)以(yǐ)在(zài)一个(gè)范(fàn)围内(nèi)调节桨距。恒速螺旋桨是最常见的(de)可调桨距螺旋(xuán)桨类(lèi)型。恒速螺(luó)旋(xuán)桨的主要优点是它在(zài)大的空速和(hé)转速组合(hé)范围内把发过机功率的大部(bù)分转(zhuǎn)换成推(tuī)进(jìn)马力。恒(héng)速(sù)螺旋桨(jiǎng)比其他螺(luó)旋桨更(gèng)有效率是因为(wéi)它能够在特(tè)定(dìng)条件下(xià)选择最有(yǒu)效率的发动机转速。

装配恒(héng)速螺旋桨的无(wú)人机有两项控制,油门控制和螺旋桨(jiǎng)控(kòng)制,油门控制功率输出,螺旋桨控制(zhì)调节发动(dòng)机转速。

一旦选择了(le)一个特定的转速,一个调节器会(huì)自(zì)动(dòng)地(dì)调节必要的螺旋桨(jiǎng)桨叶角。以保持选择的(de)转速。例如(rú),巡航(háng)飞行期(qī)间设定(dìng)了需要(yào)的转速(sù)之(zhī)后,空(kōng)速的增加或者螺旋桨载荷的降低将(jiāng)会导致螺(luó)旋桨为维持选择的转速而增加桨叶(yè)角。空速降低(dī)或者(zhě)螺旋桨载荷增加会导致螺旋桨桨叶角降(jiàng)低。

恒速螺旋桨的(de)桨(jiǎng)叶角(jiǎo)范围由螺旋桨的(de)恒速范(fàn)围和高低(dī)桨(jiǎng)距止位来确(què)定。只要螺旋(xuán)桨桨叶(yè)角位于恒(héng)速范(fàn)围内(nèi),而不(bú)超出任何一个桨距止位,发动机转(zhuǎn)速就能维持恒(héng)定。然而,一旦螺旋(xuán)桨桨叶到(dào)达止位,发动机转(zhuǎn)速(sù)将随空速和螺旋桨载荷(hé)的变化而适当地增加或者(zhě)降(jiàng)低。例如,选择了一个特定的转速,飞机速度降低到足够使螺旋桨桨叶旋转直到到达低(dī)桨距止位,如果需要空(kōng)速再次降低,必须减小发动机转速,就像安装了固定桨(jiǎng)距螺旋桨一(yī)样。当恒速螺旋桨的(de)飞机加速到较快的速度(dù)时(shí)还会发生(shēng)相同(tóng)的情况。随着飞(fēi)机(jī)加(jiā)速,螺旋桨桨叶(yè)角增加,以维持选(xuǎn)定(dìng)的转速直到到达(dá)高桨距止位(wèi)。一(yī)旦达(dá)到止位,桨叶角就不能再增加,如果需要再加速,发(fā)动机必须增加转(zhuǎn)速。

在装配恒速螺(luó)旋桨的飞机上,功率(lǜ)输出由(yóu)油门控制(zhì),用进气压力表指示。这个(gè)仪表测量进气道歧管中油(yóu)气混合(hé)气(qì)的绝(jué)对压力,更准确的说法是测量歧(qí)管绝对(duì)压力(MAP)。在恒(héng)定转(zhuǎn)速和高度条件下,产(chǎn)生功率的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(shè)定时,流到发动(dòng)机的油气就(jiù)会增(zēng)多(duō),因此(cǐ),歧管(guǎn)绝(jué)对压力增加。当发动(dòng)机不运行时,歧管压力表指(zhǐ)示周围空(kōng)气(qì)压力(lì)。当发动机气动(dòng)后,歧管压力指示将会降低到一个低(dī)于(yú)周(zhōu)围(wéi)空气压力的值。(AOPA云)

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