【簡(jiǎn)介：】一、工作原理　　　　可以把螺旋槳看成是一個(gè)一面旋轉(zhuǎn)一面前進(jìn)的機(jī)翼進(jìn)行討論。流經(jīng)槳葉各剖面的氣 流由沿旋轉(zhuǎn)軸方向的前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切線速度合成。在螺旋槳半徑 r1

一、工作原理　　　　可以把螺旋槳看成是一個(gè)一面旋轉(zhuǎn)一面前進(jìn)的機(jī)翼進(jìn)行討論。流經(jīng)槳葉各剖面的氣 流由沿旋轉(zhuǎn)軸方向的前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切線速度合成。在螺旋槳半徑 r1和r2(r1＜r2)兩處各取極小一段,討論槳葉上的氣流情況。V—軸向速度;n—螺旋槳轉(zhuǎn)速;φ—?dú)饬鹘?即氣流與螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面夾角;α—槳葉剖面迎角;β—槳葉角,即槳葉剖面弦線與旋轉(zhuǎn)平面夾角。顯而易見(jiàn)β＝α+φ?？諝饬鬟^(guò)槳葉各小段時(shí)產(chǎn)生氣動(dòng)力,阻力ΔD和升力ΔL,合成后總空氣動(dòng)力為 ΔR。ΔR沿飛行方向的分力為拉力ΔT,與旋螺槳旋轉(zhuǎn)方向相反的力ΔP 阻止螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)。將整個(gè)槳葉上各小段的拉力和阻止旋轉(zhuǎn)的力相加,形成該螺旋槳的拉力和阻止螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。
　　　必須使螺旋槳各剖面在升阻比較大的迎角工作,才能獲得較大的拉力,較小的阻力矩,也就是效率較高。螺旋槳工作時(shí)。軸向速度不隨半徑變化,而切線速度隨半徑變化。因此在接近槳尖,半徑較大處氣流角較小,對(duì)應(yīng)槳葉角也應(yīng)較小。而在接近槳根,半徑較小處氣流角較大,對(duì)應(yīng)槳葉角也應(yīng)較大。螺旋槳的槳葉角從槳尖到槳根應(yīng)按一定規(guī)律逐漸加大。所以說(shuō)螺旋槳是一個(gè)扭轉(zhuǎn)了的機(jī)翼更為確切。　　　　 氣流角實(shí)際上反映前進(jìn)速度和切線速度的比值。對(duì)某個(gè)螺旋槳的某個(gè)剖面,剖面迎角隨該比值變化而變化。迎角變化,拉力和阻力矩也隨之變化。用進(jìn)矩比“J”反映槳尖處氣流角,J＝V/nD。式中D—螺旋槳直徑。理論和 試驗(yàn)證明:螺旋槳的拉力(T),克服螺旋槳阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式計(jì)算: 　　T=Ctρn2D4 　　P=Cpρn3D5 　　η=J?Ct/Cp 　　式中:Ct—拉力系數(shù);Cp—功率系數(shù);ρ—空氣密度;n—螺旋槳轉(zhuǎn)速;D—螺旋槳直徑。其中Ct和Cp取決于螺旋槳的幾何參數(shù),對(duì)每個(gè)螺旋槳其值隨 J變化。特性曲線給出該螺旋槳拉力系數(shù)、功率系數(shù)和效率隨前進(jìn)比變化關(guān)系。是設(shè)計(jì)選擇螺旋槳和計(jì)算飛機(jī)性能的主要依據(jù)之一。　　　　從計(jì)算公式可以看到,當(dāng)前進(jìn)比較小時(shí),螺旋槳效率很低。對(duì)飛行速度較低而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高的輕型飛機(jī)極為不利。例如:飛行速度為72千米/小時(shí),發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)速為6500轉(zhuǎn)/分時(shí),η≈32%。因此超輕型飛機(jī)必須使用減速器,降低螺旋槳的轉(zhuǎn)速,提高進(jìn)距比,提高螺旋槳的效率。
二、幾何參數(shù)　
　　　直徑(D):影響螺旋槳性能重要參數(shù)之一。一般情況下,直徑增大拉力隨之增大,效率隨之提高。所以在結(jié)構(gòu)允許的情況下盡量選直徑較大的螺旋槳。此外還要考慮螺旋槳槳尖氣流速度不應(yīng)過(guò)大(＜0.7音速),否則可能出現(xiàn)激波,導(dǎo)致效率降低?！　?br>　　　　槳葉數(shù)目(B):可以認(rèn)為螺旋槳的拉力系數(shù)和功率系數(shù)與槳葉數(shù)目成正比。超輕型飛機(jī)一般采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的雙葉槳。只是在螺旋槳直徑受到限制時(shí),采用增加槳葉數(shù)目的方法使螺旋槳與發(fā)動(dòng)機(jī)獲得良好的配合?！?br>　　　實(shí)度(σ):槳葉面積與螺旋槳旋轉(zhuǎn)面積(πR2)的比值。它的影響與槳葉數(shù)目的影響相似。隨實(shí)度增加拉力系數(shù)和功率系數(shù)增大。　　　　槳葉角(β):槳葉角隨半徑變化,其變化規(guī)律是影響槳工作性能最主要的因素。習(xí)慣上以70%直徑處槳葉角值為該槳槳葉角的名稱值?！?br>　　　螺距:它是槳葉角的另一種表示方法。圖1—1—22是各種意義的螺矩與槳葉角的關(guān)系。　
　　　幾何螺距(H):槳葉剖面迎角為零時(shí),槳葉旋轉(zhuǎn)一周所前進(jìn)的距離。它反映了槳葉角的大小,更直接指出螺旋槳的工作特性。槳葉各剖面的幾何螺矩可能是不相等的。習(xí)慣上以70%直徑處的幾何螺矩做名稱值。國(guó)外可按照直徑和螺距訂購(gòu)螺旋槳。如64/34,表示該槳直徑為60英寸,幾何螺矩為34英寸?！?br>　　　實(shí)際螺距(Hg):槳葉旋轉(zhuǎn)一周飛機(jī)所前進(jìn)的距離?？捎肏g＝v/n計(jì)算螺旋槳的實(shí)際螺矩值?？砂碒＝1.1～1.3Hg粗略估計(jì)該機(jī)所用螺旋槳幾何螺矩的數(shù)值?！?br>　　　理論螺矩(HT):設(shè)計(jì)螺旋槳時(shí)必須考慮空氣流過(guò)螺旋槳時(shí)速度增加,流過(guò)螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面的氣流速度大于飛行速度。因而螺旋槳相對(duì)空氣而言所前進(jìn)的距離一理論螺矩將大于實(shí)際螺矩。 三、螺旋槳拉力在飛行中的變化　
　　　1．槳葉迎角隨轉(zhuǎn)速的變化　　　　在飛行速度不變的情況下,轉(zhuǎn)速增加,則切向速度(U)增大,進(jìn)距比減小槳葉迎角增大,螺旋槳拉力系數(shù)增大。又由于拉力與轉(zhuǎn)速平方成正比,所以增大油門(mén)時(shí),可增大拉力?！?br>　　　2．槳葉迎角隨飛行速度的變化: 　　　　在轉(zhuǎn)速不變的情況下,飛行速度增大,進(jìn)距比加大,槳葉迎角減小,螺旋槳拉力系數(shù)減小,拉力隨之降低。　　當(dāng)飛行速度等于零時(shí),切向速度就是合速度,槳葉迎角等于槳葉角。飛機(jī)在地面試車(chē)時(shí),飛行速度(V)等于零,槳葉迎角最大,一些剖面由于迎角過(guò)大超過(guò)失速迎角氣動(dòng)性能變壞,因而螺旋槳產(chǎn)生的拉力不一定最大?！?br>　　　3．螺旋槳拉力曲線: 　　根據(jù)螺旋槳拉力隨飛行速度增大而減小的規(guī)律,可繪出螺旋槳可用拉力曲線?！?br>　　　4．螺旋槳拉力隨轉(zhuǎn)速、飛行速度變化的綜合情況: 　　　　在飛行中,加大油門(mén)后固定。螺旋槳的拉力隨轉(zhuǎn)速和飛行速度的變化過(guò)程如下: 　
　　　由于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率增大,使螺旋槳轉(zhuǎn)速(切向速度)迅速增加到一定值,螺旋槳拉力增加。飛行速度增加,由于飛行速度增大,致使槳葉迎角又開(kāi)始逐漸減小,拉力也隨之逐漸降低,飛機(jī)阻力逐漸增大,從而速度的增加趨勢(shì)也逐漸減慢。當(dāng)拉力降低到一定程度(即拉力等于阻力)后,飛機(jī)的速度則不再增加。此時(shí),飛行速度、轉(zhuǎn)速、槳葉迎角及螺旋槳拉力都不變,飛機(jī)即保持在一個(gè)新的速度上飛行。 四、螺旋槳的自轉(zhuǎn): 　
　　　當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)后,螺旋槳會(huì)象風(fēng)車(chē)一樣繼續(xù)沿著原來(lái)的方向旋轉(zhuǎn),這種現(xiàn)象,叫螺旋槳自轉(zhuǎn)?！?br>　　　螺旋槳自轉(zhuǎn),不是發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的,而是被槳葉的迎面氣流“推著”轉(zhuǎn)的。它不但不能產(chǎn)生拉力,反而增加了飛機(jī)的阻力?！?br>　　　螺旋槳發(fā)生自轉(zhuǎn)時(shí),由于形成了較大的負(fù)迎角。槳葉的總空氣動(dòng)力方向及作用發(fā)生了質(zhì)的變化。它的一個(gè)分力(Q)與切向速度(U)的方向相同,成為推動(dòng)槳葉自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力,迫使槳葉沿原來(lái)方向續(xù)繼旋轉(zhuǎn):另一個(gè)分力(-P)與速度方向相反,對(duì)飛行起著阻力作用?！?br>　　一些超輕型飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)后由于飛行速度較小,產(chǎn)生自旋力矩不能克服螺旋槳的阻旋力矩時(shí)螺旋槳不會(huì)出現(xiàn)自轉(zhuǎn)。此時(shí),槳葉阻力較大,飛機(jī)的升阻比(或稱滑翔比)將大大降低。 五、螺旋槳的有效功率: 　
　1．定義:螺旋槳產(chǎn)生拉力,拉著飛機(jī)前進(jìn),對(duì)飛機(jī)作功.螺旋槳單位時(shí)間所作功,即為螺旋槳的有效功率. 　　公式: N槳＝PV 　　式中: N槳—螺旋槳的有效功率—螺旋槳的拉力;V—飛行速度 　　
2．螺旋槳有效功率隨飛行速度的變化: 　　　　
(1)地面試車(chē)時(shí),飛機(jī)沒(méi)有前進(jìn)速度(V＝0),拉力沒(méi)有對(duì)飛機(jī)作功,故螺旋槳的有效功率為“零”?！　　?br>　(2)飛行速度增大時(shí),從實(shí)際測(cè)得的螺旋槳有效功率曲線: 　　　　在OA速度范圍內(nèi),螺旋槳的效功率隨飛行速度的增大而增大;在大于該速度范圍后螺旋槳有效功率則隨飛行速度的增大而減小。在OA速度范圍內(nèi),當(dāng)飛行速度增大時(shí),拉力減小較慢,隨速度的增大,螺旋槳有效功率逐漸提高。當(dāng)飛行速度增大到A時(shí),螺旋槳的有效功率最大。當(dāng)飛行速度再增大時(shí),由于拉力迅速減小, 因此隨著飛行速度的增加而螺旋槳有效功率反會(huì)降低。　　　　螺旋槳是發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的,螺旋槳的作用是把發(fā)動(dòng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)變?yōu)槔w機(jī)前進(jìn)的有效功率?！?br>　螺旋槳有效功率與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率之比,叫螺旋槳效率。　　　　η=N槳/N有效