螺旋桨是(shì)一个旋转的翼(yì)面,适用于任何机翼的(de)诱导阻力,失速和其他空气动力学原理也(yě)都对(duì)螺(luó)旋桨(jiǎng)适用。它提供必要的拉力或(huò)推(tuī)力(lì)使飞机在空气中移动。螺旋桨产生推力的方式非常类似于(yú)机翼(yì)产生升(shēng)力的方式(shì)。产生的升(shēng)力大小(xiǎo)依(yī)赖于(yú)桨(jiǎng)叶的形态(tài)、螺旋桨叶迎角和发动(dòng)机的转速(sù)。螺旋桨叶本身是扭(niǔ)转的,因此(cǐ)桨叶角从毂轴到叶尖是(shì)变化的。最大(dà)安装角在毂轴处(chù),而(ér)最小安装角(jiǎo)在叶尖。
螺旋桨(jiǎng)截面安(ān)装角的变(biàn)化
螺旋桨叶(yè)扭转的原因是为了从毂轴到叶尖产生一致的升力。当桨叶旋转时(shí),桨叶(yè)的不同部(bù)分(fèn)有不同的部(bù)分有不同的(de)实际速度。桨叶尖部线速度比靠近毂轴部位要快,因为相(xiàng)同时间内叶尖要旋转的距离比毂轴附近要长。从毂轴(zhóu)到叶尖安装角的变化和线速(sù)度的(de)相应变化就能(néng)够在桨叶长度上产生一致的升力。如(rú)果螺旋桨叶(yè)设计成整个(gè)长(zhǎng)度上它的(de)安装(zhuāng)角相同,那么效率(lǜ)会(huì)非常低,因为随着空速的增加,靠(kào)近轴附近的部分(fèn)将会有负迎角,而叶(yè)尖会失(shī)速(sù)。
螺旋桨各个截面同一角(jiǎo)速度下不同的线速度
轻型、微型无人(rén)机一般安装(zhuāng)定距螺(luó)旋桨,大型、小型(xíng)无人机根据需要可通过安装变(biàn)距螺(luó)旋桨(jiǎng)提高动(dòng)力(lì)性能。
1.定距(jù)螺旋桨(jiǎng)
定距桨不能改变桨(jiǎng)距。这种螺旋(xuán)桨,只有在一定的空速和转速组合下(xià)才能获得(dé)最(zuì)好的效率。另外,还可以(yǐ)把(bǎ)定(dìng)距桨分为两种类型(xíng),爬升螺旋桨和巡(xún)航螺(luó)旋桨。飞机是安装爬升(shēng)螺旋桨还是巡航螺旋桨,依赖于它的(de)预期用途。
(1)爬(pá)升螺(luó)旋桨有小的桨距,因此旋(xuán)转阻力更少。阻力较低导致转速更高,和具有更多的(de)功率能力,在起飞和爬(pá)升时这增加了性(xìng)能(néng),但(dàn)是在巡航飞行时降低了(le)性能。
(2)巡航螺(luó)旋桨有高桨距,因(yīn)此旋转阻力(lì)更多。更多阻力导致(zhì)较(jiào)低转速(sù),和(hé)较低(dī)的功率(lǜ)能力,它降(jiàng)低了起飞和爬升性能,但(dàn)是增为(wéi)了高速巡航(háng)飞行效率。
螺旋桨通常安装(zhuāng)在(zài)轴上,这个轴可能是发动机曲轴的延(yán)伸。在这(zhè)种情况下,螺旋桨(jiǎng)转速就(jiù)和曲轴的转速相同(tóng)了。某些其他发动机(jī),螺旋桨是安(ān)装在和(hé)发动机(jī)曲(qǔ)轴经(jīng)齿轮(lún)传动的轴上。这时,曲轴的(de)转速(sù)就和螺旋桨的(de)转速不同了。
轻型、微型无(wú)人机(jī)常用定距螺旋桨(jiǎng),尺寸通(tōng)常用X×Y来表示,其中X代表(biǎo)螺旋(xuán)桨直径,单位为英寸(in),Y代表螺(luó)距,即螺旋桨在空气中旋转一圈桨平面经(jīng)过的距离,单位为英寸(cùn)(in)。例如,22× 10的螺旋桨尺寸为桨径22in,约为55.88cm,螺距10in,约(yuē)为25.4cm。
轻型、微型无人机(jī)一般使(shǐ)用2叶桨,少数(shù)使用3叶桨(jiǎng)或4叶桨等。根据无人机(jī)行业习惯,通常定义右旋前进的螺旋桨为正(zhèng)桨(jiǎng),左(zuǒ)旋前进的螺旋桨(jiǎng)为反桨。桨径20in以下的(de)螺旋桨有木材、工程塑料或碳纤(xiān)维等材质,需要根据实际需要选用(yòng)。部(bù)分螺旋桨桨(jiǎng)叶设计成马刀(dāo)形状,桨尖后掠(luě),这样可(kě)以在一定程度上提高效率。
2.变距螺旋桨(jiǎng)
一些较旧(jiù)的可调桨距螺旋桨只能在地面调节,大多数现代可调桨(jiǎng)距螺旋桨被设计成可(kě)以(yǐ)在飞(fēi)行中调节螺旋(xuán)桨的桨(jiǎng)距。第一代可调(diào)桨距螺旋桨只提供(gòng)两(liǎng)个桨距设定——低(dī)桨距设定和(hé)高桨距设定(dìng)。然而,今天,几乎所有可调桨距螺旋桨系(xì)统(tǒng)都可以(yǐ)在(zài)一(yī)个范(fàn)围内调(diào)节(jiē)桨距(jù)。恒速螺旋桨是最常见的可调桨(jiǎng)距螺旋桨类型。恒速螺旋桨的主要(yào)优点是它在大的空速和转速组合范围(wéi)内(nèi)把发过机功率的(de)大(dà)部分(fèn)转换成推进马力。恒(héng)速螺(luó)旋桨比其他螺旋桨更(gèng)有效(xiào)率是因为它能够在特定条件下(xià)选择(zé)最有效率的发动机转速。
装配恒速(sù)螺旋桨的无(wú)人机有两项控(kòng)制,油门控制和螺旋桨控制,油门控制功率输出,螺旋桨控制调节发(fā)动机转速。
一旦(dàn)选择了一个特定的(de)转速,一个调节器会自动(dòng)地调节(jiē)必要(yào)的螺旋桨桨叶角。以保持选择的转速。例如,巡航飞行期间设定了需(xū)要的转速之后,空(kōng)速的增(zēng)加或(huò)者螺(luó)旋(xuán)桨载荷的降低将会导致螺(luó)旋(xuán)桨为(wéi)维持(chí)选(xuǎn)择(zé)的(de)转速而增加桨叶角。空速(sù)降(jiàng)低或者(zhě)螺旋桨(jiǎng)载荷增加会导致(zhì)螺旋桨桨叶角降低(dī)。
恒速螺旋桨的桨(jiǎng)叶(yè)角(jiǎo)范围由螺(luó)旋桨的恒(héng)速(sù)范围和高低桨距止(zhǐ)位来(lái)确定。只要螺(luó)旋桨(jiǎng)桨(jiǎng)叶角(jiǎo)位于(yú)恒速范围内,而不超出任(rèn)何一个桨(jiǎng)距(jù)止位,发动机转速(sù)就能维持恒(héng)定。然而(ér),一(yī)旦螺旋桨桨(jiǎng)叶到达止位,发动(dòng)机转速将随(suí)空速和螺旋桨载荷(hé)的变化而适(shì)当地增加或(huò)者降低。例如,选择(zé)了一个特定的转(zhuǎn)速,飞机速(sù)度(dù)降低到足够使螺(luó)旋(xuán)桨桨(jiǎng)叶旋转直到到达低(dī)桨(jiǎng)距止位,如果需(xū)要空速再次(cì)降低,必须减小发动机(jī)转速,就(jiù)像安装了固定桨距螺旋桨一样。当恒速(sù)螺旋(xuán)桨的(de)飞机加速到较快的速度(dù)时还会(huì)发生相同的(de)情况。随着飞机加速,螺旋桨桨(jiǎng)叶角增加,以维持选定(dìng)的转速直到到达高桨距止位。一旦达到止位,桨叶角就(jiù)不能再增加(jiā),如果需(xū)要再加速,发动(dòng)机必须增(zēng)加转速。
在装配(pèi)恒速螺旋(xuán)桨的飞机上,功率输出(chū)由油门控制,用(yòng)进气压(yā)力表指示。这个仪表(biǎo)测量进气(qì)道歧(qí)管中油(yóu)气(qì)混合气(qì)的绝对压力,更准确的说法是测量歧(qí)管(guǎn)绝对压力(MAP)。在恒定转速和(hé)高度条(tiáo)件下,产生功率的大小直(zhí)接和流到(dào)燃烧室的油气混合(hé)流(liú)有(yǒu)关。当你增加油门设定时(shí),流(liú)到发动(dòng)机(jī)的油气就会增多,因(yīn)此,歧管绝对压(yā)力(lì)增加(jiā)。当发动机不运行时(shí),歧管压力表(biǎo)指示周围空气压力。当发动(dòng)机气动后,歧管压力指示(shì)将会降低到一个(gè)低于周围空气压力的(de)值。(AOPA云)

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