螺旋桨(jiǎng)是一个旋转的(de)翼面,适用于任何机翼的(de)诱导(dǎo)阻力,失速和(hé)其他(tā)空气动力学原理也(yě)都对(duì)螺旋桨适用。它提供必要的拉力(lì)或推力使飞(fēi)机在空气中移动。螺旋桨(jiǎng)产生(shēng)推力(lì)的(de)方式非常类(lèi)似于机翼产(chǎn)生升力的方式。产生的升力大小(xiǎo)依赖(lài)于桨叶的形态、螺旋桨叶迎(yíng)角和发动机的转速。螺(luó)旋桨(jiǎng)叶本身是扭转的,因此桨叶角从毂轴到叶尖是(shì)变化的。最大(dà)安装角在毂轴处,而最小安装(zhuāng)角(jiǎo)在叶(yè)尖。
螺旋(xuán)桨截(jié)面安装(zhuāng)角的变化
螺旋桨叶扭转(zhuǎn)的原因(yīn)是为了从毂轴到叶(yè)尖产(chǎn)生一致的升力。当桨叶旋(xuán)转时,桨叶的不同部分(fèn)有不同的部分有不同的实际速(sù)度。桨叶尖(jiān)部线(xiàn)速度比靠近毂轴部位要快,因为相同时间内叶(yè)尖要(yào)旋(xuán)转的距离比毂轴附近要长。从毂轴(zhóu)到(dào)叶尖安装角的变化和线速度的相应变化就能够(gòu)在桨叶长(zhǎng)度上产生一致的升力。如果螺旋桨叶设计成整个长度上它的安装角相同,那么(me)效率会(huì)非常(cháng)低,因为随着空速(sù)的增加,靠近轴附近(jìn)的(de)部分将会有负迎角,而叶尖会(huì)失速。
螺旋(xuán)桨(jiǎng)各个截面同一(yī)角速度下(xià)不(bú)同的线(xiàn)速度
轻型(xíng)、微型(xíng)无人机一般安装定距(jù)螺旋桨,大(dà)型、小型无(wú)人机根据需要可通过(guò)安装(zhuāng)变距螺旋桨(jiǎng)提高动力(lì)性能。
1.定距螺(luó)旋桨
定(dìng)距(jù)桨(jiǎng)不能改(gǎi)变(biàn)桨距。这(zhè)种螺旋(xuán)桨(jiǎng),只(zhī)有在一定的空速和(hé)转速组合下才能获得最好的(de)效(xiào)率。另外,还可以把定距桨分为两种类型,爬(pá)升螺旋桨(jiǎng)和巡航螺旋桨。飞机(jī)是安装爬升螺旋桨还是巡航螺旋桨,依赖(lài)于它的预期用途。
(1)爬升(shēng)螺旋桨有(yǒu)小(xiǎo)的桨(jiǎng)距,因此旋转阻力更(gèng)少。阻力较低导致转速(sù)更高,和具(jù)有更多的功率能力,在起飞和爬(pá)升时这增(zēng)加了性(xìng)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,因此旋转(zhuǎn)阻(zǔ)力更多。更多阻力导致较低(dī)转(zhuǎn)速(sù),和较低的功率能力,它降(jiàng)低了起飞和爬(pá)升性能,但是增为(wéi)了高速巡航飞(fēi)行效率。
螺旋桨通常安装在轴(zhóu)上,这个轴可(kě)能是发(fā)动机曲轴的延伸。在(zài)这种(zhǒng)情况下,螺旋桨转速就和曲轴(zhóu)的转(zhuǎn)速(sù)相同了。某些其他发动(dòng)机,螺(luó)旋桨是安(ān)装在和发动(dòng)机曲轴(zhóu)经齿(chǐ)轮传动的(de)轴上(shàng)。这时,曲轴(zhóu)的转速就和螺旋桨的(de)转速(sù)不同(tóng)了。
轻型、微型无人机常用(yòng)定距螺旋桨,尺(chǐ)寸通常(cháng)用(yòng)X×Y来表示,其中X代表(biǎo)螺(luó)旋桨直径,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(píng)面经过的距离,单位(wèi)为英寸(in)。例如,22× 10的(de)螺(luó)旋(xuán)桨尺寸为(wéi)桨(jiǎng)径22in,约(yuē)为55.88cm,螺(luó)距10in,约(yuē)为(wéi)25.4cm。
轻型、微型无人机一(yī)般使用2叶桨(jiǎng),少数使用(yòng)3叶桨或4叶桨等。根据(jù)无人机(jī)行(háng)业习惯,通常定义右旋前进的(de)螺旋(xuán)桨(jiǎng)为(wéi)正桨,左旋前进(jìn)的螺旋桨(jiǎng)为反桨。桨径20in以下的螺旋桨有(yǒu)木材(cái)、工程塑料或碳纤维等材质,需要(yào)根据(jù)实际需要选用。部(bù)分螺旋桨桨(jiǎng)叶设计成(chéng)马刀形状,桨尖后(hòu)掠(luě),这样可以在一定程度上提高效率。
2.变距螺旋桨
一些(xiē)较(jiào)旧的可调桨距螺旋桨只(zhī)能(néng)在(zài)地面调(diào)节,大多数现代可调桨距螺(luó)旋桨(jiǎng)被设计成可以在飞行中调节螺(luó)旋桨的桨距。第一代可(kě)调桨距螺旋桨只提供两个桨距设定(dìng)——低桨距设定(dìng)和高(gāo)桨距设定。然而,今天,几乎所(suǒ)有可调桨距(jù)螺(luó)旋桨系统都可以在一个范围内调节桨距。恒速(sù)螺旋桨是最常见(jiàn)的可调桨距(jù)螺旋桨类型。恒(héng)速(sù)螺旋桨的主要优点是它(tā)在(zài)大的空速(sù)和转速组(zǔ)合范围内把发过机功率的大部分转换成推(tuī)进马(mǎ)力。恒速螺(luó)旋桨比其(qí)他螺旋桨(jiǎng)更有效率是因(yīn)为它能(néng)够在特(tè)定条件下选择最有效率(lǜ)的发(fā)动机转速。
装配恒速螺(luó)旋桨的无(wú)人(rén)机有两项控制,油门控(kòng)制和螺旋(xuán)桨控制,油门(mén)控制功率输出(chū),螺(luó)旋桨控制(zhì)调节发动机转速。
一旦选择了一个特(tè)定的转(zhuǎn)速,一个调节器会自(zì)动地(dì)调节必要的螺(luó)旋桨桨(jiǎng)叶角。以保持选择的转速。例如,巡航(háng)飞行期间设定了(le)需要的转速之后,空速(sù)的增加或者螺旋桨载荷的降(jiàng)低将会导(dǎo)致螺旋(xuán)桨为维持选择(zé)的转速而增加桨叶角。空速(sù)降(jiàng)低或者螺旋桨载荷增(zēng)加会(huì)导致螺旋桨(jiǎng)桨叶角降低。
恒速螺(luó)旋桨(jiǎng)的(de)桨叶角范(fàn)围由螺旋桨的恒速范围和高(gāo)低桨距止位(wèi)来确定。只(zhī)要螺旋桨桨叶角位(wèi)于恒速范围内,而(ér)不超出任(rèn)何(hé)一个(gè)桨距止位,发(fā)动机转速就(jiù)能维持恒定。然而,一(yī)旦(dàn)螺旋桨桨叶到达止位,发动机(jī)转速将随(suí)空速和螺旋(xuán)桨载荷的(de)变化(huà)而适当地增加或者(zhě)降低。例如,选择了一个(gè)特定的转速,飞机速(sù)度降低到足够使螺旋桨桨叶旋转直到到达(dá)低桨(jiǎng)距止位,如(rú)果需要空速再(zài)次降低,必须减小(xiǎo)发动机转速(sù),就像安装了固定(dìng)桨距螺旋桨一样。当恒速(sù)螺旋桨的飞机加速到较快的速度时(shí)还会发生相同的情况。随着飞机加速,螺旋桨桨叶角增加(jiā),以维持选定的(de)转速直到到达高桨(jiǎng)距(jù)止位。一旦达到止位,桨叶角(jiǎo)就不(bú)能再(zài)增加,如果需(xū)要再(zài)加速,发动机必须增(zēng)加转速(sù)。
在装配恒速(sù)螺旋桨(jiǎng)的(de)飞机上,功率输出(chū)由油(yóu)门控(kòng)制,用(yòng)进气压(yā)力表指(zhǐ)示。这个(gè)仪表测量进气道歧管中(zhōng)油气混合气的绝对压力(lì),更准确的说法是测量歧管绝对(duì)压力(MAP)。在恒定转速和高度条件(jiàn)下,产生功率的大小直接和流到燃烧室的油气(qì)混合流(liú)有关。当你(nǐ)增加油门设定时(shí),流到发动机的油(yóu)气就会(huì)增多,因此,歧管(guǎn)绝对(duì)压力增加(jiā)。当发动机不运行时,歧管压力表指示(shì)周围空气压力(lì)。当发动机气动后(hòu),歧(qí)管压力指示将会降低到一个低于周围空气压力(lì)的值。(AOPA云)

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