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空氣螺旋槳
靠槳葉旋轉而產(chǎn)生推進力的裝置
空氣螺旋槳又稱“螺旋槳”，“螺槳”。是指靠槳葉在空氣中旋轉而產(chǎn)生推進力的裝置。由若干槳葉和中央槳轂組成。當螺旋槳被發(fā)動機輸出軸帶動旋轉時，槳葉的斜面把空氣往后推去，從而槳葉得到反作用力，即推進力。驅動螺旋槳的動力裝置有航空活塞式發(fā)動機和渦輪螺旋槳發(fā)動機兩大類。按槳葉數(shù)目分為雙葉、三葉、四葉以及更多葉的槳；按能否改變槳葉角分為定距槳、半變距槳（地面調整槳葉角）和變距槳（空中調整槳葉角）；按與發(fā)動機的配置關系分為拉進式（位于發(fā)動機前）和推進式（位于發(fā)動機后）。一般不適用于高速飛機（速度在800km/h以上），但在低、亞音速范圍內(nèi)，它的效率超過噴氣發(fā)動機。在支線客機和通用航空飛機上有著廣泛的用途。
基本信息
| 中文名 | 空氣螺旋槳 |
| 外文名 | air propeller |
| 裝置 | 將發(fā)動機轉動功率轉化為推進力 |
| 簡稱 | 螺旋槳 |
| 他由 | 多個槳葉和中央的槳轂組成 |
| 學科 | 工程技術 |
收起
介紹
原理
螺旋槳旋轉時，槳葉不斷把大量空氣（推進介質）向后推去，在槳葉上產(chǎn)生一向前的力，即推進力。一般情況下，螺旋槳除旋轉外還有前進速度。如截取一小段槳葉來看，恰像一小段機翼，其相對氣流速度由前進速度和旋轉速度合成。槳葉上的氣動力在前進方向的分力構成拉力。在旋轉面內(nèi)的分量形成阻止螺旋槳旋轉的力矩，由發(fā)動機的力矩來平衡。槳葉剖面弦(相當于翼弦)與旋轉平面夾角稱槳葉安裝角。螺旋槳旋轉一圈，以槳葉安裝角為導引向前推進的距離稱為槳距。實際上槳葉上每一剖面的前進速度都是相同的，但圓周速度則與該剖面距轉軸的距離（半徑）成正比，所以各剖面相對氣流與旋轉平面的夾角隨著離轉軸的距離增大而逐步減小，為了使槳葉每個剖面與相對氣流都保持在有利的迎角范圍內(nèi)，各剖面的安裝角也隨著與轉軸的距離增大而減小。這就是每個槳葉都有扭轉的原因。
構造特點
螺旋槳有2、3或4個槳葉，一般槳葉數(shù)目越多吸收功率越大。有時在大功率渦輪螺旋槳飛機上還采用一種套軸式螺旋槳，它實際上是兩個反向旋轉的螺旋槳，可以抵消反作用扭矩。在發(fā)動機功率低于100千瓦的輕型飛機上，常用雙葉木制螺旋槳。它是用一根拼接的木材兩邊修成扭轉的槳葉，中間開孔與發(fā)動機軸相連接。螺旋槳要承受高速旋轉時槳葉自身的離心慣性力和氣動載荷。大功率螺旋槳在槳葉根部受到的離心力可達200千牛( 20噸力)。此外還有發(fā)動機和氣動力引起的振動。大功率發(fā)動機一般采用3葉和4葉螺旋槳，并多用鋁合金和鋼來制造槳葉。鋁和鋼制槳葉因材料堅固可以做得薄一些，有利于提高螺旋槳在高速時的效率。70年代以后還用復合材料制造槳葉以減輕重量。
螺旋槳效率
以螺旋槳的輸出功率與輸入功率之比表示。輸出功率為螺旋槳的拉力與飛行速度的乘積。輸入功率為發(fā)動機帶動螺旋槳旋轉的功率。在飛機起飛滑跑前，由于前進速度為零，所以螺旋槳效率也是零，發(fā)動機的功率全部用于增加空氣的動能。隨著前進速度的增加，螺旋槳效率不斷增大，速度在200～700公里/時范圍內(nèi)效率較高，飛行速度再增大，由于壓縮效應槳尖出現(xiàn)波阻，效率急劇下降。螺旋槳在飛行中的最高效率可達85%～90%。螺旋槳的直徑比噴氣發(fā)動機的大得多，作為推進介質的空氣流量較大，在發(fā)動機功率相同時，螺旋槳后面的空氣速度低，產(chǎn)生的推力較大，這對起飛（需要大推力）非常有利。
幾何參數(shù)
直徑
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。所以在結構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過大(<0.7音速)，否則可能出現(xiàn)激波，導致效率降低。
實度
槳葉面積與螺旋槳旋轉面積(πR)的比值。它的影響與槳葉數(shù)目的影響相似。隨實度增加拉力系數(shù)和功率系數(shù)增大。
槳葉角
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。習慣上，以70%直徑處槳葉角值為該槳槳葉角的名稱值。螺距：它是槳葉角的另一種表示方法。
幾何螺距
槳葉剖面迎角為零時，槳葉旋轉一周所前進的距離。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。習慣上以70%直徑處的幾何螺矩做名稱值。國外可按照直徑和螺距訂購螺旋槳。如64/34，表示該槳直徑為60英寸，幾何螺矩為34英寸。
實際螺距
理論螺矩
設計螺旋槳時必須考慮空氣流過螺旋槳時速度增加，流過螺旋槳旋轉平面的氣流速度大于飛行速度。因而螺旋槳相對空氣而言所前進的距離一理論螺矩將大于實際螺矩。
分類
定槳距和變距螺旋槳
①定距螺旋槳：木制螺旋槳一般都是定距的。它的槳距（或槳葉安裝角）是固定的。適合低速的槳葉安裝角在高速飛行時就顯得過小；同樣，適合高速飛行的安裝角在低速時又嫌大。所以定距螺旋槳只在選定的速度范圍內(nèi)效率較高，在其他狀態(tài)下效率較低。定距螺旋槳構造簡單，重量輕，在功率很小的輕型飛機和超輕型飛機上得到廣泛應用。
空氣螺旋槳
風扇螺旋槳
風扇螺旋槳
螺旋槳飛機
螺旋槳飛機的結構比較復雜。為了降低轉速和提高螺旋槳效率，絕大多數(shù)發(fā)動機裝有減速器。這類飛機的發(fā)動機裝有滑油散熱器。液冷活塞式發(fā)動機還裝有冷卻液散熱器。槳轂和發(fā)動機均有流線型外罩，以減小阻力。機身前部的發(fā)動機和螺旋槳往往影響飛行員的視線，個別飛機將發(fā)動機安排在座艙下方，用一長軸與機頭的螺旋槳相連，如美國的P-39戰(zhàn)斗機。有的飛機將座艙偏置在機翼一側來改進前方視線，成為特殊的不對稱飛機，如德國的BV-141飛機。頭部裝有機槍的拉進式戰(zhàn)斗機需要采用協(xié)調機構，以保證子彈從旋轉著的螺旋槳槳葉中間發(fā)射出去。有的飛機將機炮炮管裝在螺旋槳軸內(nèi)，炮彈由槳軸內(nèi)的炮管射出。螺旋槳旋轉時產(chǎn)生一個反作用扭矩，大功率發(fā)動機的飛機常用較大的垂直尾翼或偏置垂直尾翼產(chǎn)生的力矩來加以平衡，也可以采用反向旋轉的同軸螺旋槳來抵消反作用扭矩，如蘇聯(lián)的安22飛機。
現(xiàn)代的螺旋槳飛機多采用槳葉角可調的變距螺旋槳，這種螺旋槳可根據(jù)飛行需要調整槳葉角，提高螺旋槳的工作效率。由于螺旋槳在旋轉時，槳根和槳尖的圓周速度不同，為了保持槳葉各部分都處于最佳氣動力狀態(tài)，所以把槳根的槳葉角設計成最大，依次遞減，槳尖的槳葉角最小工作狀態(tài)的槳葉是一根懸壁梁受力態(tài)勢，為了增加槳根的強度，槳根的截面積設計為最大。
一架飛機上槳葉數(shù)目根據(jù)發(fā)動機的功率而定，有2葉、3葉和4葉的，也有5葉、6葉的。裝于飛機頭部的螺旋槳為拉力式螺旋槳，裝于飛機后部的螺旋槳為推力式螺旋槳，還有既裝有拉力式螺旋槳又裝有推力式螺旋槳的飛機。
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