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旋(xuán)翼机螺旋桨的(de)特性

 

螺(luó)旋桨是一个旋转的翼面,适用于任何(hé)机翼的诱导阻力,失(shī)速和(hé)其(qí)他空气动力学(xué)原理(lǐ)也都对螺旋(xuán)桨适用。它提供必要(yào)的拉力或(huò)推(tuī)力使飞机(jī)在空气中移动。螺旋桨产生推力的方式非常类似于机翼(yì)产(chǎn)生升力的方式。产生的升(shēng)力大(dà)小依赖(lài)于桨叶的(de)形态、螺旋桨叶迎角和(hé)发动机的转速。螺旋(xuán)桨叶本身(shēn)是扭(niǔ)转的,因此桨叶角从毂轴到叶尖是变(biàn)化的。最大安装角在毂轴处,而最小安装角在叶尖。

螺(luó)旋桨截面(miàn)安装角的变化

螺旋桨(jiǎng)叶扭转的原因是为了从(cóng)毂轴到叶(yè)尖产生一致的升力。当桨叶旋转时,桨叶的不同部(bù)分有不同的部分(fèn)有不同的实际速(sù)度。桨叶尖部线速度比靠近毂轴(zhóu)部位要快(kuài),因为相同(tóng)时(shí)间内(nèi)叶(yè)尖要旋转(zhuǎn)的(de)距离比(bǐ)毂轴附(fù)近要长。从毂轴到叶尖安装角的(de)变化和线速度的相应变化就能够在桨叶长度上产生一(yī)致(zhì)的升力(lì)。如果螺旋桨叶设计成整个长度上它的安装角相同,那么效率会非常低(dī),因为随着空速的增加,靠(kào)近轴附近的部(bù)分将(jiāng)会有负(fù)迎角,而叶尖会失速(sù)。

螺旋桨各个截面(miàn)同一(yī)角(jiǎo)速度下不(bú)同的线速度

轻型、微(wēi)型(xíng)无人机一般安(ān)装定距螺旋桨,大型、小(xiǎo)型无人机根据需要可通过安装变距螺旋桨(jiǎng)提高动力(lì)性能。

1.定距螺旋桨

定距桨不能改变桨距。这种螺旋桨,只有在一(yī)定的空速(sù)和转速组(zǔ)合(hé)下(xià)才能(néng)获得最(zuì)好的(de)效率。另外,还可以把定距桨分(fèn)为两种类型,爬升(shēng)螺旋桨和(hé)巡航螺旋桨(jiǎng)。飞机(jī)是安装爬升螺旋桨还是巡航螺旋桨,依赖于它的预期用途。

(1)爬升(shēng)螺旋桨(jiǎng)有小的桨距,因(yīn)此旋转阻力更少。阻力较(jiào)低导(dǎo)致转(zhuǎn)速更(gèng)高,和具有更多的功率能力,在起飞和爬升(shēng)时这(zhè)增加了(le)性(xìng)能,但是(shì)在(zài)巡航飞行时(shí)降低了性能。

(2)巡航螺旋桨有高桨距,因此旋转阻力(lì)更多(duō)。更多阻力导致较(jiào)低转速(sù),和较低的功(gōng)率能力,它降低了起(qǐ)飞和爬升性能,但是增为了高速(sù)巡(xún)航飞行效率。

螺旋桨通常安装在轴(zhóu)上(shàng),这个轴可能是(shì)发动(dòng)机曲轴的延(yán)伸(shēn)。在这种情况下(xià),螺旋桨(jiǎng)转速就和(hé)曲轴的转速相同(tóng)了。某些(xiē)其他发动机,螺旋桨是安装在和发(fā)动机曲轴经齿轮传(chuán)动的轴上。这(zhè)时,曲(qǔ)轴的转速就和螺旋桨的转速(sù)不同了。

轻型、微型无人机常用(yòng)定距(jù)螺旋(xuán)桨,尺寸通常用X×Y来表示,其中X代表螺旋桨直(zhí)径,单位为英寸(in)Y代表螺距(jù),即螺旋(xuán)桨在空气中旋转一圈桨(jiǎng)平面经过的距离,单位(wèi)为英寸(in)。例如,22× 10的螺旋桨尺寸(cùn)为桨径22in,约为(wéi)55.88cm,螺距10in,约为25.4cm

轻型、微型无人机一般使用(yòng)2叶桨,少数使用3叶桨(jiǎng)或4叶桨等(děng)。根(gēn)据无人机行(háng)业习惯,通(tōng)常定义右旋前进的螺旋桨为正桨,左旋前进的螺旋桨为反桨。桨(jiǎng)径20in以(yǐ)下的螺(luó)旋桨(jiǎng)有(yǒu)木材、工程塑料或碳纤维等(děng)材(cái)质(zhì),需要根据实际需要选(xuǎn)用。部分螺旋桨(jiǎng)桨叶设(shè)计成马刀形(xíng)状(zhuàng),桨尖(jiān)后掠,这样(yàng)可以在一定程度上提高效率(lǜ)。

2.变(biàn)距(jù)螺(luó)旋桨

一(yī)些较旧的可调桨距(jù)螺(luó)旋桨(jiǎng)只能在地面调节,大(dà)多数现(xiàn)代可调桨距(jù)螺旋桨被设计成可以在飞行中调节螺(luó)旋桨的(de)桨距。第一代可调(diào)桨距螺旋(xuán)桨只提供两个桨距设定——低桨距(jù)设定和高(gāo)桨距设定。然而,今天,几乎所有可调桨距螺(luó)旋(xuán)桨系统(tǒng)都(dōu)可以在一个范围(wéi)内调节桨距。恒速螺(luó)旋桨(jiǎng)是(shì)最常见的可(kě)调桨距螺旋(xuán)桨类型。恒速螺(luó)旋桨的主要优点是它(tā)在大的空速和转速组合范(fàn)围(wéi)内把发过机功率(lǜ)的大部(bù)分转(zhuǎn)换成推(tuī)进马力。恒速螺(luó)旋(xuán)桨比其他螺(luó)旋桨更有效率是因为(wéi)它能够(gòu)在特定(dìng)条件下选择最有(yǒu)效(xiào)率的发动(dòng)机转(zhuǎn)速。

装配恒速(sù)螺旋(xuán)桨(jiǎng)的(de)无人机有两(liǎng)项控(kòng)制(zhì),油门控制和螺旋桨控制(zhì),油门控制功率输(shū)出,螺(luó)旋桨控制调节(jiē)发动机转速。

一旦选择(zé)了一个特(tè)定(dìng)的转速,一(yī)个(gè)调节(jiē)器会(huì)自动地(dì)调节(jiē)必要的螺旋桨桨叶角。以保持(chí)选择的转速。例(lì)如,巡(xún)航(háng)飞行期间设定了需要的转速之后,空速的增加或者螺旋桨载荷的降低将会导(dǎo)致螺旋(xuán)桨为(wéi)维持(chí)选择的转(zhuǎn)速而增加桨(jiǎng)叶(yè)角。空速降低或者(zhě)螺旋桨载(zǎi)荷增加(jiā)会导致螺旋(xuán)桨桨叶角降低。

恒速螺旋桨的桨叶(yè)角范围由螺旋桨的恒速范围和(hé)高低桨距止(zhǐ)位来(lái)确定。只要螺(luó)旋桨(jiǎng)桨(jiǎng)叶(yè)角位于恒(héng)速范围内(nèi),而不超出任何一个(gè)桨距止位,发动机转速就(jiù)能维持恒定。然而,一旦螺旋桨(jiǎng)桨叶(yè)到(dào)达止位,发动机转(zhuǎn)速(sù)将随空速和(hé)螺旋(xuán)桨(jiǎng)载(zǎi)荷的变化而(ér)适当地增加或者降低。例如,选(xuǎn)择了一个特定的转速,飞机速度(dù)降(jiàng)低到足够(gòu)使螺旋桨桨叶旋转直到到(dào)达低桨距止位,如果需(xū)要空速再(zài)次降低,必须减小发动机转速,就像安装了固定桨距螺旋桨一样。当(dāng)恒速螺旋桨的(de)飞机加速到较快的速度(dù)时(shí)还会发生相同的情况(kuàng)。随着飞机加速,螺旋(xuán)桨桨叶(yè)角增加,以维持选定(dìng)的转速直到到达高桨距止位(wèi)。一旦达到止(zhǐ)位,桨叶角就不(bú)能再增加,如果需要再(zài)加速,发动机必(bì)须(xū)增(zēng)加转(zhuǎn)速。

在装配恒速螺旋桨的(de)飞机上,功率输(shū)出由油门控制,用进(jìn)气压力(lì)表指示。这(zhè)个仪表测量进气道歧管中油气混合气的绝(jué)对压力,更准确的(de)说法是测量歧管(guǎn)绝(jué)对压力(MAP)。在恒(héng)定转速和高度条件下,产生功(gōng)率的大(dà)小直接和流(liú)到燃烧室的油气混合流(liú)有关。当你增加油(yóu)门设定时,流到发动机(jī)的油气就会增多,因此,歧管绝对压力(lì)增加。当(dāng)发动机(jī)不运行(háng)时,歧管压力表指示周围空气压力。当发动机气动后,歧管压力指示将会降低到一个低于周围空气(qì)压力的值。(AOPA云)

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