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旋翼机螺(luó)旋桨的特性

 

螺旋桨是一个旋(xuán)转的翼面,适用(yòng)于(yú)任何机(jī)翼(yì)的诱导阻力,失速(sù)和(hé)其他空气(qì)动力(lì)学原理也都对螺旋桨适用。它提供必要的拉力或推力使飞机在空气中(zhōng)移(yí)动。螺旋桨产(chǎn)生推力的方式非常类似于(yú)机翼产生(shēng)升力的方式。产生的升力(lì)大小依赖于桨叶的形态、螺旋(xuán)桨叶迎角和发(fā)动机(jī)的转速。螺旋桨叶本身是(shì)扭转的,因(yīn)此桨叶角从毂轴到(dào)叶(yè)尖(jiān)是变化的。最大安装角在毂轴(zhóu)处,而(ér)最(zuì)小安装(zhuāng)角在叶尖。

螺(luó)旋桨截面安装角的变化

螺旋桨叶扭转的原因是为了从(cóng)毂(gū)轴(zhóu)到叶(yè)尖产生一致的(de)升力(lì)。当桨叶旋转时,桨(jiǎng)叶的(de)不同部(bù)分有不同(tóng)的部分有不同(tóng)的实际(jì)速度。桨叶尖部线速(sù)度比靠(kào)近毂轴部位要快(kuài),因为相同时间内叶尖要旋转的距离(lí)比(bǐ)毂轴附近(jìn)要长。从毂轴到(dào)叶尖安装角的(de)变化(huà)和线速(sù)度(dù)的相应(yīng)变化就能够在桨叶长度(dù)上(shàng)产生一致的升力。如果(guǒ)螺旋桨(jiǎng)叶设计成整个长度上它的安装角相同,那么效率会非常低,因为随着空速的增加,靠近轴(zhóu)附近的部分将会(huì)有(yǒu)负迎角,而叶尖会失速。

螺(luó)旋桨各个截面(miàn)同一角速度下不同的线速度

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

1.定距(jù)螺旋桨

定(dìng)距(jù)桨不能改(gǎi)变(biàn)桨距。这(zhè)种螺旋桨,只有在一定(dìng)的空速和转速(sù)组合下才能获得最好的效(xiào)率(lǜ)。另(lìng)外,还可(kě)以把定(dìng)距桨分为(wéi)两种类(lèi)型,爬升(shēng)螺旋(xuán)桨和(hé)巡航螺旋桨。飞(fēi)机是安装爬升螺旋桨还(hái)是巡航(háng)螺旋桨,依赖于它的(de)预期用途。

(1)爬升螺旋桨有小的桨距,因此旋(xuán)转阻力更少。阻力较低导致转(zhuǎn)速更高(gāo),和具有更(gèng)多的功率(lǜ)能力,在起飞和爬升时(shí)这(zhè)增加(jiā)了性(xìng)能(néng),但是在巡航飞行时降低了性能。

(2)巡(xún)航螺旋桨(jiǎng)有高桨距,因此旋转阻(zǔ)力更多(duō)。更多阻力导致较低转速(sù),和较低的功率能力,它降低了起飞和爬升性能,但是增(zēng)为了高速巡航飞行(háng)效率(lǜ)。

螺(luó)旋桨通常安装在轴上,这(zhè)个轴可能是发动机曲轴的延(yán)伸(shēn)。在这(zhè)种情况下,螺(luó)旋桨转速就和曲(qǔ)轴的转(zhuǎn)速相同了。某些其他发动机,螺(luó)旋桨是(shì)安装在和发(fā)动机曲(qǔ)轴(zhóu)经齿轮传动的轴上(shàng)。这时,曲(qǔ)轴(zhóu)的转速就和螺旋(xuán)桨的转(zhuǎn)速(sù)不同了(le)。

轻型、微型无(wú)人机(jī)常用(yòng)定(dìng)距螺旋桨,尺寸通常(cháng)用X×Y来表示,其中X代表螺旋桨(jiǎng)直径,单位为英寸(cùn)(in),Y代表螺距,即(jí)螺(luó)旋桨在空气中旋转一圈桨(jiǎng)平面经过的距(jù)离,单位(wèi)为英寸(in)。例如,22× 10的螺旋桨尺寸为桨径22in,约为55.88cm,螺距(jù)10in,约为25.4cm。

轻型、微型无人机一般使用(yòng)2叶桨,少(shǎo)数使用3叶桨或(huò)4叶桨等。根据(jù)无(wú)人机行业习惯,通常定义右旋前进的螺旋桨为(wéi)正桨,左旋(xuán)前进的螺旋桨为反(fǎn)桨。桨径20in以下的(de)螺旋桨有木材、工程塑料或碳纤维等材(cái)质,需要根据实际需要(yào)选用(yòng)。部分螺旋桨桨叶设(shè)计成马刀形状,桨尖后掠,这样可以在一定程度上提高效率。

2.变(biàn)距螺(luó)旋(xuán)桨

一些较旧的可调桨距螺(luó)旋(xuán)桨只能在地面调节,大多数(shù)现代(dài)可调(diào)桨距(jù)螺旋桨被设计成可(kě)以在飞行中(zhōng)调(diào)节螺(luó)旋桨的桨距。第一代可调桨(jiǎng)距螺(luó)旋(xuán)桨只提供两个桨距设(shè)定——低桨距设定和高桨(jiǎng)距设定。然(rán)而,今天,几乎(hū)所有可调桨距螺旋桨系统都可以(yǐ)在一个范围内调节桨距。恒速螺旋桨是(shì)最常见的可调(diào)桨距螺旋桨类型(xíng)。恒速螺旋桨的主(zhǔ)要优(yōu)点是它在大(dà)的空速和转(zhuǎn)速组合范围(wéi)内把发过机功率的大部分转换成推进马力。恒(héng)速(sù)螺旋桨比其他螺(luó)旋桨更有(yǒu)效率是因为它能够在特定条件下选择最有效率的发动(dòng)机转速(sù)。

装配恒速螺旋(xuán)桨的无人机有两项(xiàng)控制,油门控制和螺旋(xuán)桨(jiǎng)控制,油门控制功率输出(chū),螺旋桨控(kòng)制(zhì)调节发动机转速。

一旦选择了(le)一个特定的转(zhuǎn)速,一个调节器会(huì)自动(dòng)地调节必要的螺旋桨桨叶角(jiǎo)。以保持(chí)选择的转速。例如(rú),巡航飞行期间(jiān)设定了需要的(de)转速(sù)之后(hòu),空速的增加或者螺旋桨载荷的降低将(jiāng)会(huì)导致螺旋桨为维(wéi)持选择的(de)转(zhuǎn)速(sù)而增加桨叶角。空速(sù)降低或(huò)者螺旋桨载荷(hé)增加会导致螺旋桨桨叶角降低。

恒速(sù)螺(luó)旋桨的桨叶角(jiǎo)范围由螺(luó)旋桨(jiǎng)的恒(héng)速范(fàn)围和高低桨距止(zhǐ)位来(lái)确定(dìng)。只要螺(luó)旋桨桨(jiǎng)叶角位于恒速(sù)范围内(nèi),而不超出任何一个桨距止(zhǐ)位,发(fā)动机转速就能维持恒定。然而,一旦螺旋(xuán)桨桨叶到达(dá)止(zhǐ)位,发动机转速将随空速(sù)和螺旋桨载荷的(de)变化(huà)而适当地(dì)增加或者降低。例如,选择了一个特定的转速,飞(fēi)机速度降低到足(zú)够使螺(luó)旋桨桨叶(yè)旋转直到到(dào)达低(dī)桨距止(zhǐ)位,如果需要空速再次降低,必须(xū)减小发动机转(zhuǎn)速,就像安(ān)装了固定桨(jiǎng)距螺旋桨一样。当恒速螺旋(xuán)桨的飞机加速到较快(kuài)的速度时还会发生相同的情况。随着飞机加速,螺旋桨(jiǎng)桨叶(yè)角增加,以维持选定的转速直到(dào)到达高(gāo)桨(jiǎng)距止位(wèi)。一旦达到(dào)止位,桨叶角(jiǎo)就(jiù)不能再增(zēng)加,如果(guǒ)需要(yào)再(zài)加速,发动(dòng)机必须增加转(zhuǎn)速。

在装配(pèi)恒速螺旋桨的(de)飞机上,功率输出由(yóu)油(yóu)门控制,用进气压力表指示。这(zhè)个仪表测量进气道歧管中油气混合(hé)气的绝对压力,更准确的说法是测量歧(qí)管绝对压力(MAP)。在恒定转速和(hé)高度条件下,产生功(gōng)率的大小直(zhí)接(jiē)和流(liú)到燃烧(shāo)室(shì)的油气混(hún)合(hé)流有关。当你增(zēng)加油(yóu)门(mén)设(shè)定时,流到发动机的油气就会增多,因此,歧管(guǎn)绝(jué)对压力增加。当发动机不运行时(shí),歧(qí)管压力表(biǎo)指示周围空气压力。当发动机气动(dòng)后,歧管压(yā)力指示将会(huì)降低到一个(gè)低于(yú)周围空气压力的(de)值。(AOPA云)

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