固定翼無(wú)人機(jī)技術(shù)-螺旋槳

螺旋槳

螺旋槳6.1

航空螺旋槳結(jié)構(gòu)

航空螺旋槳結(jié)構(gòu)

通過(guò)槳葉在空氣中旋轉(zhuǎn)將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力或升力的裝置，稱為螺旋槳（propeller）。螺旋槳通常由兩個(gè)、三個(gè)或者多個(gè)槳葉連接到中心槳轂上。最接近槳轂的槳葉稱為葉柄，而離槳轂最遠(yuǎn)的部分稱為葉尖（如圖所示）。通過(guò)槳轂組件的轂孔將螺旋槳安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸或者減速器組件上。航空螺旋槳結(jié)構(gòu)

螺旋槳葉的剖面形狀與翼剖面相似（如圖），具有前緣、后緣和弦線。槳葉上凸起的一面稱為葉背，平坦的一面稱為葉面（如圖）。槳葉角（bladeangle）為螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面和槳葉弦線構(gòu)成的夾角。6.2

螺旋槳的運(yùn)動(dòng)特性

螺旋槳的運(yùn)動(dòng)特性

當(dāng)飛機(jī)停在原地不動(dòng)，或者把發(fā)動(dòng)機(jī)固定在試車臺(tái)上工作時(shí)，安裝在上面的螺旋槳就只能在原地旋轉(zhuǎn)。這時(shí)，槳葉的每個(gè)剖面的運(yùn)動(dòng)軌跡都是圓弧，圓心都在旋轉(zhuǎn)軸上，圓的半徑就是槳葉剖面到旋轉(zhuǎn)軸的距離，如圖所示。螺旋槳的運(yùn)動(dòng)特性

在飛行中，槳葉隨著飛機(jī)以同樣的飛行速度V前進(jìn)著，此時(shí)對(duì)于槳葉的來(lái)說(shuō)，是一面旋轉(zhuǎn)一面前進(jìn)的，如圖所示。它的運(yùn)動(dòng)軌跡在圓柱面上就是一條螺紋線，這個(gè)圓柱的半徑就是槳葉剖面到旋轉(zhuǎn)軸的距離。槳葉旋轉(zhuǎn)一整圈在圓柱軸向上所前進(jìn)的距離稱為螺旋槳的螺距（pitch）。槳距和槳葉角密切相關(guān)。6.3

螺旋槳的拉力和效率

螺旋槳的拉力和效率

截取一小段槳葉來(lái)看，其剖面與機(jī)翼的剖面相似。相對(duì)風(fēng)以某一迎角吹向這一小段槳葉時(shí)，作用在它上面總的空氣動(dòng)力與作用在機(jī)翼上的力是一樣的，是與相對(duì)風(fēng)成一定角度的。我們將總的空氣動(dòng)力R分解為與旋轉(zhuǎn)軸平行的P和垂直的Q兩個(gè)方向，如圖所示。螺旋槳滑距

螺旋槳滑距是螺旋槳的幾何槳距和有效槳距之間的差值。如圖，幾何槳距是螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周應(yīng)該前進(jìn)的理論距離；有效槳距是螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周的實(shí)際前進(jìn)距離。因此，幾何的或者理論的槳距是基于沒(méi)有滑動(dòng)的，但是實(shí)際的或者有效的槳距包含了螺旋槳在空氣中的滑動(dòng)。6.4

變距螺旋槳

變距螺旋槳

槳距與螺槳葉片葉型與發(fā)動(dòng)機(jī)軸向線的夾角直接相關(guān)。槳距可以直觀地表示為圖中螺旋槳的安裝角度Φ，螺旋槳采用該調(diào)節(jié)形式保持螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)不變，稱為恒速變距螺旋槳。變距螺旋槳

變距螺旋槳槳葉角可以自動(dòng)或人工改變（如圖），一般由油門桿和變距桿控制，油門控制發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出，由進(jìn)氣壓力表指示；變距桿調(diào)整螺旋槳的旋轉(zhuǎn)速度，由轉(zhuǎn)速表指示。飛行員可在發(fā)動(dòng)機(jī)工作的范圍和限制條件下操縱油門桿和變距桿，以此來(lái)設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。6.5

螺旋槳的效率與陀螺力矩螺旋槳的效率螺旋槳的陀螺力矩和反作用力矩螺旋槳的效率

螺旋槳的效率η可表達(dá)為螺旋槳有效功率P槳與發(fā)動(dòng)機(jī)功率P發(fā)之比。設(shè)無(wú)人飛機(jī)速度V（m/s），發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的實(shí)際拉力為T（kgf，千克力），發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的功率為P（馬力，hP），則有：螺旋槳的陀螺力矩和反作用力矩陀螺力矩規(guī)律是：右轉(zhuǎn)螺旋槳（順時(shí)針?lè)较颍?，?dāng)無(wú)人飛機(jī)抬頭時(shí)陀螺力矩使無(wú)人飛機(jī)右偏轉(zhuǎn)；無(wú)人飛機(jī)右偏轉(zhuǎn)時(shí)，陀螺力矩使無(wú)人飛機(jī)低頭；當(dāng)無(wú)人飛機(jī)低頭時(shí)，陀螺力矩使無(wú)人飛機(jī)左偏轉(zhuǎn);無(wú)人飛機(jī)左偏轉(zhuǎn)時(shí)，陀螺力矩使無(wú)人飛機(jī)抬頭。如果是左轉(zhuǎn)螺旋槳（逆時(shí)針?lè)较颍﹦t結(jié)果相反。反作用力矩螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不斷地“拍打”空氣，迫使空氣沿著螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的方向旋轉(zhuǎn)，根據(jù)作用和反作用定律，空氣也就會(huì)給螺旋槳一個(gè)大小相等、方向相反的反作用力矩，力圖阻止螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)。本章思考題1.什么是螺旋槳的螺距、槳葉角，螺旋槳的槳葉為什么要沿著徑向的位置扭轉(zhuǎn)？2.什