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空氣螺旋槳
靠槳葉旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)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(diào)整槳葉角）和變距槳（空中調(diào)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(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)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(shù) |
收起
介紹
原理
螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，槳葉不斷把大量空氣（推進介質(zhì)）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(zhuǎn)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(zhuǎn)速度合成。槳葉上的氣動力在前進方向的分力構(gòu)成拉力。在旋轉(zhuǎn)面內(nèi)的分量形成阻止螺旋槳旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)平面夾角稱槳葉安裝角。螺旋槳旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸的距離（半徑）成正比，所以各剖面相對氣流與旋轉(zhuǎn)平面的夾角隨著離轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸的距離增大而減小。這就是每個槳葉都有扭轉(zhuǎn)的原因。
構(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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(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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gòu)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(jié)構(gòu)比較復雜。為了降低轉(zhuǎn)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(cè)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(diào)機構(gòu)，以保證子彈從旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diào)的變距螺旋槳，這種螺旋槳可根據(jù)飛行需要調(diào)整槳葉角，提高螺旋槳的工作效率。由于螺旋槳在旋轉(zhuǎn)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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