螺旋桨是(shì)一个旋转的翼面,适用于(yú)任何机翼的诱(yòu)导(dǎo)阻力,失速和其他空气动力学(xué)原理也都对螺(luó)旋桨适用。它提供必要(yào)的拉(lā)力或推力使飞机在空(kōng)气中移动。螺旋桨产生推力的方式非常类似(sì)于(yú)机(jī)翼(yì)产(chǎn)生升力(lì)的方式。产生的升(shēng)力大(dà)小依赖于桨叶的形态、螺旋桨叶迎角和发动机的转速。螺旋桨叶本身(shēn)是扭转的,因(yīn)此(cǐ)桨叶角从毂(gū)轴(zhóu)到(dào)叶尖(jiān)是变化的。最大安装(zhuāng)角在(zài)毂轴(zhóu)处,而(ér)最小安装角在叶尖。
螺(luó)旋桨(jiǎng)截面安装角的变化
螺旋桨叶扭转的原因(yīn)是(shì)为了从毂轴到叶尖产生一致的升力。当桨叶旋转时,桨叶的(de)不同部分有不(bú)同的(de)部分有不同(tóng)的实际速度。桨叶尖(jiān)部线速度比靠近(jìn)毂轴(zhóu)部位要(yào)快,因为相同时间内(nèi)叶尖(jiān)要旋转的(de)距离比毂轴附近要长。从毂(gū)轴到(dào)叶尖安装角(jiǎo)的变化和(hé)线速度的相应变化就能够在桨叶长度上产生一致的升力(lì)。如果(guǒ)螺(luó)旋桨叶(yè)设计成整个长(zhǎng)度(dù)上(shàng)它的安装角相同,那么效率(lǜ)会(huì)非常低(dī),因(yīn)为随着(zhe)空速的增加,靠(kào)近轴附近(jìn)的(de)部(bù)分(fèn)将会有负迎角,而(ér)叶尖会失速。
螺旋桨各个截面同一角速度(dù)下不同的线速度
轻型、微型无人机一般安装定距螺(luó)旋桨,大型、小型(xíng)无人机(jī)根(gēn)据需要可通过(guò)安装变距螺旋桨提(tí)高(gāo)动力性能(néng)。
1.定(dìng)距(jù)螺旋桨
定距桨不能改变桨距。这种螺旋(xuán)桨,只有在一定的空速和转速组合(hé)下才能获得最好(hǎo)的效率。另外,还可以把(bǎ)定距桨(jiǎng)分(fèn)为两种类型,爬升螺旋桨和巡航螺(luó)旋桨。飞机是安装爬升螺旋桨还是巡航螺旋桨(jiǎng),依赖于它的预期(qī)用(yòng)途。
(1)爬升螺旋桨有小的(de)桨距,因此旋转阻力更(gèng)少。阻力较低导致转速(sù)更高(gāo),和(hé)具有更多的功(gōng)率能力(lì),在起飞和爬升时这增加了性能,但是在巡航飞行时降低了性(xìng)能。
(2)巡航螺旋桨有高桨距,因(yīn)此旋(xuán)转阻力更多(duō)。更(gèng)多阻(zǔ)力导致较低(dī)转速,和较低的功率能力(lì),它降低了(le)起(qǐ)飞(fēi)和爬升性能,但是增为了高速巡航飞行效率。
螺(luó)旋桨通常安(ān)装在轴上,这个(gè)轴可能是发动机曲轴的延伸。在(zài)这(zhè)种情况下,螺旋桨转速就和曲轴的转速相同了(le)。某些其他发(fā)动机,螺旋桨是安装在和(hé)发动机曲轴经齿轮传(chuán)动的轴上。这时,曲轴的转速就和螺旋桨的转速不同了(le)。
轻型、微型无人机(jī)常用(yòng)定距(jù)螺旋桨(jiǎng),尺寸通常用X×Y来表示,其中X代表螺旋桨(jiǎng)直径(jìng),单位为英(yīng)寸(cùn)(in),Y代(dài)表螺距,即(jí)螺(luó)旋桨(jiǎng)在空(kōng)气中旋转一圈桨平(píng)面经(jīng)过的距离,单位(wèi)为(wéi)英寸(in)。例如(rú),22× 10的螺旋桨尺(chǐ)寸为桨(jiǎng)径22in,约为(wéi)55.88cm,螺距10in,约(yuē)为25.4cm。
轻型、微型无人机(jī)一般使用2叶桨(jiǎng),少数(shù)使用(yòng)3叶桨(jiǎng)或(huò)4叶桨(jiǎng)等。根(gēn)据无(wú)人机行业(yè)习惯,通(tōng)常定义(yì)右旋前(qián)进的螺旋桨为正桨,左旋前进的螺(luó)旋桨为(wéi)反桨(jiǎng)。桨径20in以下的螺旋桨有木材(cái)、工程塑(sù)料或碳纤维等材质,需要根据(jù)实际需要(yào)选用。部分螺旋桨桨叶设计成马刀形状,桨尖后掠,这样可以在(zài)一定程度上提(tí)高效率。
2.变距螺(luó)旋桨
一些较旧(jiù)的可调桨距螺旋桨只能在地面(miàn)调(diào)节,大多数现代可调(diào)桨距螺旋桨被(bèi)设计成可以在飞行中调节螺旋桨的桨距(jù)。第一代可调桨(jiǎng)距螺旋桨只(zhī)提(tí)供(gòng)两个桨距设定——低桨距设定和高桨距(jù)设(shè)定。然(rán)而,今天,几乎所有可调桨距螺旋(xuán)桨系统都可以在一(yī)个范围内调节桨距(jù)。恒速(sù)螺旋桨是最常见的(de)可调桨距螺旋桨类型(xíng)。恒速螺旋(xuán)桨的主要优点是它在大的空速和转速(sù)组合范(fàn)围内(nèi)把发过机功率的(de)大部分(fèn)转(zhuǎn)换成(chéng)推进马力。恒(héng)速螺旋桨(jiǎng)比其他螺旋桨更有效(xiào)率(lǜ)是因为它(tā)能够在特(tè)定条件下选择最(zuì)有效率的发动(dòng)机(jī)转速(sù)。
装配恒速螺旋桨的无人机(jī)有两项控制,油门控制(zhì)和螺旋(xuán)桨控(kòng)制,油门(mén)控制功率输出,螺旋桨控制调(diào)节(jiē)发动机转速(sù)。
一旦选(xuǎn)择了一个特定的转速(sù),一个调节器(qì)会自动地(dì)调(diào)节必(bì)要的螺旋桨桨叶(yè)角。以保(bǎo)持选择的转速。例如,巡航飞(fēi)行期间设定了需(xū)要的转速之后(hòu),空速的增(zēng)加(jiā)或者螺(luó)旋桨(jiǎng)载(zǎi)荷的降低将会导(dǎo)致螺(luó)旋桨(jiǎng)为(wéi)维持(chí)选择的转速而增(zēng)加(jiā)桨叶角(jiǎo)。空(kōng)速降低或者螺旋桨载荷增加会导致螺旋桨桨叶角降低。
恒速螺旋桨的桨叶(yè)角范围(wéi)由螺旋桨的恒速范围和高低桨距(jù)止位来确定。只要螺旋桨桨叶(yè)角(jiǎo)位于恒速(sù)范围内,而不超(chāo)出任何一个(gè)桨距止位,发动(dòng)机转速就能维持恒定。然而,一(yī)旦螺旋桨桨(jiǎng)叶到达止位,发动机转速将随空速和螺旋桨载荷的变化而适当地增加或者降低。例如(rú),选择(zé)了一个(gè)特定(dìng)的(de)转速,飞机速度降低到足够使螺旋(xuán)桨桨叶(yè)旋转(zhuǎn)直到到达低桨距止位(wèi),如果需要(yào)空(kōng)速再次降低,必须减(jiǎn)小(xiǎo)发动机转速,就像安装了固定桨距螺旋桨一样(yàng)。当恒速螺旋(xuán)桨的(de)飞(fēi)机加速到较快的速(sù)度时还会发生相(xiàng)同的情况。随着飞机加(jiā)速,螺旋桨桨(jiǎng)叶角(jiǎo)增加,以维持选定的(de)转速直到(dào)到达高桨距止位。一旦达到止位,桨叶(yè)角就不能再(zài)增加(jiā),如果需要再加速,发动机必须增(zēng)加转速。
在装配(pèi)恒速螺旋桨(jiǎng)的飞机上(shàng),功率(lǜ)输出由油(yóu)门控制,用进气(qì)压力表(biǎo)指示(shì)。这个(gè)仪表测(cè)量进气道歧管中(zhōng)油气(qì)混合气的(de)绝对压力,更准确的说法(fǎ)是(shì)测量歧(qí)管绝对压力(MAP)。在恒定转速和高度条件下,产(chǎn)生功率的大(dà)小直接和流(liú)到(dào)燃烧室的油(yóu)气混合(hé)流有关。当(dāng)你(nǐ)增加(jiā)油门设定(dìng)时,流(liú)到(dào)发动机的(de)油气(qì)就会增多,因此,歧管绝(jué)对压力增加(jiā)。当发动机不运行(háng)时,歧管压力表指示周围(wéi)空气压力。当发动机气动后,歧管压力指示(shì)将(jiāng)会降低到一个低于周围空气压(yā)力的值。(AOPA云(yún))

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