螺旋槳

靠槳葉在空氣中旋轉(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，簡稱螺旋槳。它由多個(gè)槳葉和中央的槳轂組成，槳葉好像一扭轉(zhuǎn)的細(xì)長機(jī)翼安裝在槳轂上,發(fā)動(dòng)機(jī)軸與槳轂相連接并帶動(dòng)它旋轉(zhuǎn)。中國明代(1368~1644年)民間的玩具"竹蜻蜓"實(shí)際上是一種原始的螺旋槳。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)以前，所有帶動(dòng)力的航空器無不以螺旋槳作為產(chǎn)生推動(dòng)力的裝置。螺旋槳仍用于裝活塞式和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的亞音速飛機(jī)。直升機(jī)旋翼和尾槳也是一種螺旋槳。

螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，槳葉不斷把大量空氣(推進(jìn)介質(zhì))向后推去，在槳葉上產(chǎn)生一向前的力，即推進(jìn)力。一般情況下，螺旋槳除旋轉(zhuǎn)外還有前進(jìn)速度。如截取一小段槳葉來看，恰像一小段機(jī)翼，其相對(duì)氣流速度由前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度合成(圖1 )。槳葉上的氣動(dòng)力在前進(jìn)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(dòng)機(jī)的力矩來平衡。槳葉剖面弦(相當(dāng)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(dǎo)引向前推進(jìn)的距離稱為槳距。實(shí)際上槳葉上每一剖面的前進(jìn)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(duì)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(gè)剖面與相對(duì)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(gè)槳葉都有扭轉(zhuǎn)的原因。

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(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)的功率。在飛機(jī)起飛滑跑前，由于前進(jìn)速度為零，所以螺旋槳效率也是零，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率全部用于增加空氣的動(dòng)能。隨著前進(jìn)速度的增加，螺旋槳效率不斷增大，速度在200~700公里/時(shí)范圍內(nèi)效率較高,飛行速度再增大，由于壓縮效應(yīng)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(dá)85%~90%。螺旋槳的直徑比噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的大得多，作為推進(jìn)介質(zhì)的空氣流量較大，在發(fā)動(dòng)機(jī)功率相同時(shí)，螺旋槳后面的空氣速度低,產(chǎn)生的推力較大，這對(duì)起飛(需要大推力)非常有利。

螺旋槳有2、3或4個(gè)槳葉,一般槳葉數(shù)目越多吸收功率越大。有時(shí)在大功率渦輪螺旋槳飛機(jī)上還采用一種套軸式螺旋槳，它實(shí)際上是兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，可以抵消反作用扭矩。在發(fā)動(dòng)機(jī)功率低于100千瓦的輕型飛機(jī)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(dòng)機(jī)軸相連接。螺旋槳要承受高速旋轉(zhuǎn)時(shí)槳葉自身的離心慣性力和氣動(dòng)載荷。大功率螺旋槳在槳葉根部受到的離心力可達(dá)200千牛( 20噸力)。此外還有發(fā)動(dòng)機(jī)和氣動(dòng)力引起的振動(dòng)。大功率發(fā)動(dòng)機(jī)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(jiān)固可以做得薄一些，有利于提高螺旋槳在高速時(shí)的效率。70年代以后還用復(fù)合材料制造槳葉以減輕重量。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車后，螺旋槳會(huì)象風(fēng)車一樣繼續(xù)沿著原來的方向旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象， 叫螺旋槳自轉(zhuǎn)。 螺旋槳自轉(zhuǎn)，不是發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，而是被槳葉的迎面氣流"推著"轉(zhuǎn)的。它不但不能 產(chǎn)生拉力，反而增加了飛機(jī)的阻力。 從圖1-1-24中看出，螺旋槳發(fā)生自轉(zhuǎn)時(shí)，由于形成了較大的負(fù)迎角。槳葉的總空 氣動(dòng)力方向及作用發(fā)生了質(zhì)的變化。它的一個(gè)分力(Q)與切向速度(U)的方向相同，成為 推動(dòng)槳葉自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，迫使槳葉沿原來方向續(xù)繼旋轉(zhuǎn):另一個(gè)分力(-P)與速度方向 相反，對(duì)飛行起著阻力作用。 一些超輕型飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車后由于飛行速度較小，產(chǎn)生自旋力矩不能克服螺 旋槳的阻旋力矩時(shí)螺旋槳不會(huì)出現(xiàn)自轉(zhuǎn)。此時(shí)，槳葉阻力較大，飛機(jī)的升阻比(或稱滑 翔比)將大大降低。

1、古代的車輪，即歐洲所謂"槳輪"，配合蒸汽機(jī)，將原來槳輪的一列直葉板斜裝于一個(gè)轉(zhuǎn)轂上。構(gòu)成了螺旋槳的雛型

2.古代的風(fēng)車，隨風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)可以輸出扭矩，反之，在水中，輸入扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)車，水中風(fēng)車就有可能推動(dòng)船運(yùn)動(dòng)

3.在當(dāng)時(shí)，已經(jīng)使用了好幾個(gè)世紀(jì)的阿基米德螺旋泵， 它能在水平或垂直方向提水，螺旋式結(jié)構(gòu)能打水這一事實(shí)，作為推進(jìn)器是重要的啟迪。偉大的英國科學(xué)家虎克在1683年成功地采用了風(fēng)力測速計(jì)的原理來計(jì)量水流量，于此同時(shí)，他提出了新的推進(jìn)器--推進(jìn)船舶，為船舶推進(jìn)器作出了重大貢獻(xiàn)。

竹蜻蜓--用竹片削成，葉片像螺旋槳，中間插一根竹竿，用力一搓竹竿，葉片就會(huì)升起來，遠(yuǎn)看像一只蜻蜓。竹蜻蜓是我國古代一大發(fā)明，在1400多年前就有了竹蜻蜓玩具。明朝，竹蜻蜓傳到法國，并且在法國科學(xué)院進(jìn)行了表演。由于竹蜻蜓的葉片像陀螺一樣能高速旋轉(zhuǎn)，所以當(dāng)時(shí)稱它為"中國陀螺"。上世紀(jì)三十年代，德國人根據(jù)"中國螺旋"的形狀和原理發(fā)明了直升機(jī)上天的螺旋槳。

早在公元17世紀(jì)，中國蘇州巧匠徐正明，就整天琢磨小孩玩的竹蜻蜓，想制造一個(gè)類似蜻蜓的直升飛機(jī)，并且想把人也帶上天空。經(jīng)過十多年的鉆研，他造出了一架直升飛機(jī)。它有一個(gè)竹蜻蜓一樣的螺旋槳，駕駛座像一把圈椅，依靠腳踏板通過轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，試飛時(shí)候，它居然飛離地面一尺多高，還飛過一一條小河溝，然后落下來。

在西方，被譽(yù)為"航空之父"的英國人喬治·凱利一輩子都對(duì)竹蜻蜓著迷。他的第一項(xiàng)航空研究就是在1796年仿制和改造了"竹蜻蜓"，并由此悟出螺旋槳的一些工作原理。他的研究推動(dòng)了飛機(jī)研制的進(jìn)程。并為西方的設(shè)計(jì)師帶來了研制直升機(jī)的靈感。世界上第一架飛機(jī)的發(fā)明人----萊特兄弟小的時(shí)候，父親給他們買了一個(gè)能飛的竹蜻蜓，兄弟倆十分喜歡，并開始仿制不同尺寸的竹蜻蜓，從此，兄弟倆的一生與飛行結(jié)下了不解之緣。

竹蜻蜓是我國的偉大發(fā)明，但在日本，人們則認(rèn)為是江戶時(shí)代的平賀源內(nèi)發(fā)明的竹蜻蜓。

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(yīng)過大(<0.7音速)，否則可能出現(xiàn)激波，導(dǎo)致效率降低。

可以認(rèn)為螺旋槳的拉力系數(shù)和功率系數(shù)與槳葉數(shù)目成正比。超輕型飛 機(jī)一般采用結(jié)構(gòu)簡單的雙葉槳。只是在螺旋槳直徑受到限制時(shí)，采用增加槳葉數(shù)目的方 法使螺旋槳與發(fā)動(dòng)機(jī)獲得良好的配合。

槳葉面積與螺旋槳旋轉(zhuǎn)面積(πR2)的比值。它的影響與槳葉數(shù)目的影響相 似。隨實(shí)度增加拉力系數(shù)和功率系數(shù)增大。

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(xí)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。圖1-1-22是各種意義的螺矩與槳葉角的關(guān)系。

槳葉剖面迎角為零時(shí)，槳葉旋轉(zhuǎn)一周所前進(jìn)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(xí) 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。

槳葉旋轉(zhuǎn)一周飛機(jī)所前進(jìn)的距離?？捎肏g=v/n計(jì)算螺旋槳的實(shí)際螺矩值?？砂碒=1.1~1.3Hg粗略估計(jì)該機(jī)所用螺旋槳幾何螺矩的數(shù)值。

設(shè)計(jì)螺旋槳時(shí)必須考慮空氣流過螺旋槳時(shí)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(duì)空氣而言所前進(jìn)的距離一理論螺矩將大于實(shí)際螺矩。

螺旋槳產(chǎn)生拉力，拉著飛機(jī)前進(jìn)，對(duì)飛機(jī)作功。 螺旋槳單位時(shí)間所作功， 即為螺旋槳的有效功率。 公式: N槳=PV 式中: N槳-螺旋槳的有效功率;P-螺旋槳的拉力;V-飛行速度

(1)地面試車時(shí)，飛機(jī)沒有前進(jìn)速度(V=0)，拉力沒有對(duì)飛機(jī)作功，故螺旋槳的有效功率為"零"。 (2)飛行速度增大時(shí)，從實(shí)際測得的螺旋槳有效功率曲線: 在OA速度范圍內(nèi)，螺旋槳的效功率隨飛行速度的增大而增大;在大于該速度范圍后螺旋槳有效功率則隨飛行速度的增大而減小。在OA速度范圍內(nèi)，當(dāng)飛行速度增大時(shí)，拉力減小較慢，隨速度的增大，螺旋槳有效功率逐漸提高。當(dāng)飛行速度增大到A時(shí)，螺旋槳的有效功率最大。當(dāng)飛行速度再增大時(shí)，由于拉力迅速減小，因此隨著飛行速度的增加而螺旋槳有效功率反會(huì)降低。 螺旋槳是發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的，螺旋槳的作用是把發(fā)動(dòng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)變?yōu)槔w機(jī)前進(jìn)的有效功率。 螺旋槳有效功率與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率之比，叫螺旋槳效率。 η=N槳/N有效

在飛行速度不變的情況下，轉(zhuǎn)速增加，則切向速度(U)增大，進(jìn)距比減小槳葉迎角增大，螺旋槳拉力系數(shù)增大又由于拉力與轉(zhuǎn)速平方成正比，所以增大油門時(shí)，可增大拉力。

在轉(zhuǎn)速不變的情況下，飛行速度增大，進(jìn)距比加大，槳葉迎角減小，螺旋槳拉力系數(shù)減小。，拉力隨之降低。 當(dāng)飛行速度等于零時(shí)，切向速度就是合速度，槳葉迎角等于槳葉角。飛機(jī)在地面試 車時(shí)，飛行速度(V)等于零，槳葉迎角最大，一些剖面由于迎角過大超過失速迎角氣動(dòng) 性能變壞，因而螺旋槳產(chǎn)生的拉力不一定最大。

根據(jù)螺旋槳拉力隨飛行速度增大而減小的規(guī)律，可繪出螺旋槳可用拉力曲線。

在飛行中，加大油門后固定。螺旋槳的拉力隨轉(zhuǎn)速和飛行速度的變化過程如下: 由于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率增大，使螺旋槳轉(zhuǎn)速(切向速度)迅速增加到一定值，螺旋槳拉 力增加。飛行速度增加，由于飛行速度增大，致使槳葉迎角又開始逐漸減小，拉力也隨 之逐漸降低，飛機(jī)阻力逐漸增大，從而速度的增加趨勢也逐漸減慢。當(dāng)拉力降低到一定 程度(即拉力等于阻力)后，飛機(jī)的速度則不再增加。此時(shí)，飛行速度、轉(zhuǎn)速、槳葉迎角 及螺旋槳拉力都不變，飛機(jī)即保持在一個(gè)新的速度上飛行。

1752年， 瑞士物理學(xué)家白努利第一次提出了螺旋槳比在它以前存在的各種推進(jìn)器優(yōu)越的報(bào)告，他設(shè)計(jì)了具有雙導(dǎo)程螺旋的推進(jìn)器，安裝在船尾舵的前方。1764年，瑞士數(shù)學(xué)家歐拉研究了能代替帆的其它推進(jìn)器，如槳輪(明輪)。噴水，也包括了螺旋槳。

潛水器和潛艇在水面下活動(dòng)，傳統(tǒng)的槳、帆無法應(yīng)用，笨重龐大的明輪也難適應(yīng)。于是第一個(gè)手動(dòng)螺旋槳，不是用在船上，而是作為潛水器的推進(jìn)工具。

蒸汽機(jī)問世，為船舶推進(jìn)器提供了新的良好動(dòng)力，推進(jìn)器順應(yīng)蒸汽機(jī)的發(fā)展，成為船舶推進(jìn)的最新課題。

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)螺旋槳的是美國人斯蒂芬，他在1804年建造了一艘7.6米長的小船，用蒸汽機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，在哈得遜河上做第一次實(shí)驗(yàn)航行，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)不行，于是換上瓦特蒸汽機(jī)，實(shí)驗(yàn)航速是4節(jié)，最高航速曾達(dá)到8節(jié)。

斯蒂芬螺旋槳有4個(gè)風(fēng)車式槳葉，它鍛制而成，和普通風(fēng)車比較它增加了葉片的徑向?qū)挾?，為在?shí)驗(yàn)中能選擇螺距與轉(zhuǎn)速的較好配合，槳葉做成螺距可以調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)。在哈得遜河上兩個(gè)星期的試驗(yàn)航行中，螺旋槳改變了幾個(gè)螺距值，但是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都不理想，性能遠(yuǎn)不及明輪。這次實(shí)驗(yàn)使他明白，在蒸汽機(jī)這樣低速的條件下，明輪的優(yōu)越性得到了充分發(fā)揮，它的推進(jìn)效率高于螺旋槳是必然的結(jié)論。

阿基米德螺旋的引入，最早見于1803年，1829年有英國的阿基米德螺旋槳的專利。并在此基礎(chǔ)上于1840- 1841年建造了一些民用的螺旋槳。1843年，英國海軍在"雷特勒"號(hào)艦上，第一次以螺旋槳代替明輪，隨后由斯密士設(shè)計(jì)了20艘螺旋槳艦，參加了對(duì)俄戰(zhàn)爭，斯密士成為著名人物。

1843年，美國海軍建造了第一艘螺旋槳船"浦林西登"號(hào)，它是由艦長愛列松設(shè)計(jì)，在愛列松的積極推廣下，美國相續(xù)建造了41艘民用螺旋槳船，最大的排水量達(dá)2000噸。

盡管英、美等國取得了一些成功，但是螺旋槳用作船舶推進(jìn)還有很多問題，如在木殼船上可怕的振動(dòng)，在水線下的螺旋槳軸軸承磨損，槳軸密封，推力軸承等。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，螺旋槳的上述缺陷，一個(gè)一個(gè)地克服，以及蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，愈來愈多螺旋槳在船上取代明輪。到1858年，"大東方"號(hào)裝有當(dāng)時(shí)世界上最大的螺旋槳，它的直徑有7.3米，重量達(dá)36噸，轉(zhuǎn)速每分種50轉(zhuǎn)，當(dāng)時(shí)，推進(jìn)器標(biāo)準(zhǔn)不再具有權(quán)威性，由于螺旋槳的推進(jìn)效率接近明輪，而且它卻具有許多明輪無法競爭的優(yōu)點(diǎn)，明輪逐步在海船上消失。

在科學(xué)技術(shù)發(fā)展過程中， 許多機(jī)械裝置的性能在人們還不太清楚的時(shí)候，就已經(jīng)廣泛使用了。但是人們?cè)诓煌耆斫馑奈锢硪?guī)律和沒有完整的理論分析以前，這些裝置很難達(dá)到它的最佳性能。螺旋槳也不例外，直到1860年，雖然它在海船上已經(jīng)成為一枝獨(dú)秀，但是它的成就全都是依靠多年積累的經(jīng)驗(yàn)。螺旋槳的進(jìn)步，只依靠專家們的直觀推理，已經(jīng)不能滿足船舶技術(shù)的發(fā)展需要，它有待科學(xué)家對(duì)其流體動(dòng)力特性做出完整的解釋，這就促使螺旋槳理論的發(fā)展。

螺旋槳的理論研究，在船舶技術(shù)發(fā)展過程中，它比任何一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域都做得多，從經(jīng)驗(yàn)方法過渡到數(shù)字化設(shè)計(jì)，再進(jìn)而應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行螺旋槳最佳化的設(shè)什。一個(gè)好的螺旋槳其設(shè)計(jì)是非常重要的，模型試驗(yàn)也起著主要的作用。

1836年，英國的"阿基米德號(hào)"使用了螺旋推進(jìn)器，那是一個(gè)木制的長長的像螺絲釘?shù)穆輻U 。開始試驗(yàn)時(shí)，它以每小時(shí)4海里的航速航行。突然，水中的障礙物碰斷了螺桿，只剩了一小截。正當(dāng)造船工程師史密斯急得不知所措時(shí)，這船卻意外地加快了速度，達(dá)到每小時(shí)13海里。這事啟發(fā)了造船工程師們，他們把長螺桿變成短螺桿，又把短螺桿變成葉片狀，螺旋槳就這樣誕生了。

1845年，英國制成了世界上第一艘螺旋槳船 "大不列顛號(hào)"，但是,當(dāng)時(shí)的人們對(duì)螺旋槳和螺旋槳船存在疑慮螺旋槳沒有等到廣泛應(yīng)用， 螺旋槳船還不多。

為了證明螺旋槳的優(yōu)越性, 英國海軍組織了一場有趣比賽:把動(dòng)力相當(dāng)?shù)?響尾蛇號(hào)"螺旋槳輪船和"愛里克托號(hào)"明輪進(jìn)行了競賽。兩艘船的船尾用粗纜繩系起來，讓它們各朝相反的方向駛?cè)ァ?響尾蛇號(hào)"的螺旋槳飛快地旋轉(zhuǎn)，"愛里克托號(hào)"的明輪猛烈地向后撥水。先是互不相讓，但過了一會(huì)兒，"響尾蛇號(hào)"就把"愛里克托號(hào)"拖走了。這場比賽證明了螺旋槳的優(yōu)越性。從此，螺旋槳輪船就取代了明輪。

由于我國自19世紀(jì)中葉淪為半殖民地，很少有貢獻(xiàn)。解放后，我國造船事業(yè)得到新發(fā)展，對(duì)螺旋槳技術(shù)也進(jìn)行了大量設(shè)計(jì)、研究工作，為各類艦船配上了大量自己設(shè)計(jì)制造的螺旋槳。最值得驕做的是"關(guān)刀槳"的問世，它是我國在螺旋槳技術(shù)發(fā)展中的一大創(chuàng)造。那是在60年代，廣州文沖船廠有一位師傅，名叫周挺，他根據(jù)自己幾十年制做螺旋槳的經(jīng)驗(yàn)，把螺旋槳的槳葉輪廓做成三國演義中關(guān)公的82斤重大刀的式樣，他形象地叫它"關(guān)刀槳"(圖4)。

"關(guān)刀槳"曾在一些船上試驗(yàn)航行，提高了船的航速，更奇的是螺旋的振動(dòng)卻大大地減弱了。在當(dāng)時(shí)的長江2000馬力拖輪和華字登陸艇上使用，都取得了良好的效果，這一成就，吸引了許多造船界人士。1973年，在上海首先做了"關(guān)刀槳"敞水試驗(yàn)研究，同時(shí)還提供了設(shè)計(jì)圖譜。有趣的是，在世界著名造船國家今天開發(fā)的"大側(cè)斜"螺旋槳，如(圖5)最新艦用大側(cè)斜螺旋槳，直徑6.3米，軸功率35660千瓦，艦航速達(dá)32.8節(jié);圖6所示是最新在客渡船上采用的大側(cè)斜螺旋槳，該槳直徑5.1米，軸功率15640干瓦，船航速為23.2節(jié)。圖7所示是最新化學(xué)品船上采用的大側(cè)斜螺旋槳，該槳直徑6.2米，軸功率10400千瓦，船航速16.7節(jié)。它們和"關(guān)刀槳"非常相似，其重要特征是振動(dòng)，噪聲小，這也是"關(guān)刀槳"所具有的特點(diǎn)。常州中海船舶螺旋槳公司造出我國民企最大船用螺旋槳，可以提供最好的"關(guān)刀槳"。

功率(W) 直徑(D)螺距(P) 轉(zhuǎn)/分(N)

功率(W)=(D/10)的4次方*(P/10)*(N/1000)的3次方*0.45

速度(SP)km/h=(P/10)*(N/1000)*15.24

靜止推力(Th)g=(D/10)的3次方*(P/10)*(N/1000)的2次方*22

可以把螺旋槳看成是一個(gè)一面旋轉(zhuǎn)一面前進(jìn)的機(jī)翼進(jìn)行討論。 流經(jīng)槳葉各剖面的氣 流由沿旋轉(zhuǎn)軸方向的前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切線速度合成。在螺旋槳半徑r1和r2(r1<r2)兩處各取極小一段，討論槳葉上的氣流情況。V-軸向速度;n-螺旋槳轉(zhuǎn)速;φ-氣流角，即氣流與螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面夾角;α-槳葉剖面迎角;β-槳葉角，即槳葉剖面弦線與旋轉(zhuǎn)平面夾角。顯而易見β=α+φ。

空氣流過槳葉各小段時(shí)產(chǎn)生氣動(dòng)力，阻力ΔD和升力ΔL，合成后 總空氣動(dòng)力為ΔR。ΔR沿飛行方向的分力為拉力ΔT，與旋螺槳旋轉(zhuǎn)方向相反的力ΔP 阻止螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)。將整個(gè)槳葉上各小段的拉力和阻止旋轉(zhuǎn)的力相加，形成該螺旋槳的拉力和阻止螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩。

從以上兩圖還可以看到。必須使螺旋槳各剖面在升阻比較大的迎角工作，才能獲得較大的拉力，較小的阻力矩，也就是效率較高。螺旋槳工作時(shí)。軸向速度不隨半徑變化，而切線速度隨半徑變化。因此在接近槳尖，半徑較大處氣流角較小，對(duì)應(yīng)槳葉角也應(yīng)較小。而在接近槳根，半徑較小處氣流角較大，對(duì)應(yīng)槳葉角也應(yīng)較大。螺旋槳的槳葉角從槳尖到槳根應(yīng)按一定規(guī)律逐漸加大。所以說螺旋槳是一個(gè)扭轉(zhuǎn)了的機(jī)翼更為確切。

從圖中還可以看到，氣流角實(shí)際上反映前進(jìn)速度和切線速度的比值。對(duì)某個(gè)螺旋槳的某個(gè)剖面，剖面迎角隨該比值變化而變化。迎角變化，拉力和阻力矩也隨之變化。用進(jìn)矩比"J"反映槳尖處氣流角，J=V/nD。式中D-螺旋槳直徑。理論和 試驗(yàn)證明:螺旋槳的拉力(T)，克服螺旋槳阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式 計(jì)算:

T=Ctρn2D4

P=Cpρn3D5

η=J·Ct/Cp

式中:Ct-拉力系數(shù);Cp-功率系數(shù);ρ-空氣密度;n-螺旋槳轉(zhuǎn)速;D-螺旋槳直徑。其 中Ct和Cp取決于螺旋槳的幾何參數(shù)，對(duì)每個(gè)螺旋槳其值隨J變化。圖1-1-21稱為螺 旋槳的特性曲線，它可通過理論計(jì)算或試驗(yàn)獲得。特性曲線給出該螺旋槳拉力系數(shù)、功 率系數(shù)和效率隨前進(jìn)比變化關(guān)系。是設(shè)計(jì)選擇螺旋槳和計(jì)算飛機(jī)性能的主要依據(jù)之一。

從圖形和計(jì)算公式都可以看到，當(dāng)前進(jìn)比較小時(shí)，螺旋槳效率很低。對(duì)飛行速度較 低而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高的輕型飛機(jī)極為不利。例如:飛行速度為72千米/小時(shí)，發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn) 速為6500轉(zhuǎn)/分時(shí)，η≈32%。因此超輕型飛機(jī)必須使用減速器，降低螺旋槳的轉(zhuǎn) 速，提高進(jìn)距比，提高螺旋槳的效率。

螺旋槳分為定(槳)距和變距螺旋槳兩大類。

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(shí)就顯得過小;同樣，適合高速飛行的安裝角在低速時(shí)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(jī)和超輕型飛機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。

為了解決定距螺旋槳高、低速性能的矛盾，遂出現(xiàn)了飛行中可變槳距的螺旋槳。螺旋槳變距機(jī)構(gòu)(圖2a)由液壓或電力驅(qū)動(dòng)(圖2b)。最初使用的是雙距螺旋槳。高速時(shí)用高距，低速(如起飛、爬升狀態(tài))時(shí)用低距，以后又逐步增加槳距的數(shù)目，以適應(yīng)更多的飛行狀態(tài)。最完善的變距螺旋槳是帶有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的恒速螺旋槳。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)槳距、保持恒定轉(zhuǎn)速的裝置。駕駛員可以通過控制調(diào)節(jié)器和油門的方法改變發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳的轉(zhuǎn)速，一方面調(diào)節(jié)螺旋槳的拉力，同時(shí)使螺旋槳處于最佳工作狀態(tài)。在多發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)上，當(dāng)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障停車時(shí)，螺旋槳在迎面氣流作用下像風(fēng)車一樣轉(zhuǎn)動(dòng),一方面增加飛行阻力，造成很大的不平衡力矩，另外也可能進(jìn)一步損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。為此變距螺旋槳還可自動(dòng)順槳， 即槳葉轉(zhuǎn)到基本順氣流方向而使螺旋槳靜止不動(dòng)，以減小阻力。變距螺旋槳還能減小槳距，產(chǎn)生負(fù)拉力，以增加阻力，縮短著陸滑跑距離。這個(gè)狀態(tài)稱為反槳。

為了提高亞音速民用機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和降低飛機(jī)的油耗，70年代后期美國開始研究一種多槳葉螺旋槳，稱為風(fēng)扇螺旋槳(圖3)。它有8~10片彎刀狀槳葉，葉片薄，直徑小。彎刀形狀能起相當(dāng)于后掠翼(見后掠翼飛機(jī))的作用，薄葉片有利于提高螺旋槳的轉(zhuǎn)速。它適用于更高的飛行馬赫數(shù)(M=0.8)。由于葉片較多,螺旋槳單位推進(jìn)面積吸收的功率可提高到300千瓦/米2(一般螺旋槳為80~120千瓦/米2)。

從空氣力學(xué)知道，采用變距螺旋槳顯著地提高了螺旋槳的效率，因而改進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)功率的利用程度和飛機(jī)的飛行性能(速度、航程、升限、起飛滑跑、爬升攀等等)。變距即改變槳葉剖面的安裝角，其目的在于使截面具有最有利的攻角。

同時(shí)，由于螺旋槳的槳轉(zhuǎn)阻力因剖面攻角的減小而減小，螺旋槳的槳數(shù)就增加:當(dāng)速度增加時(shí)，螺旋槳變"輕"而發(fā)動(dòng)機(jī)就產(chǎn)生不良的"飛槳"。相似的推理可以表明，在速度減低時(shí)為了防止槳數(shù)下降，必須減小槳葉剖面的安裝角。在現(xiàn)代變距螺旋槳的自動(dòng)機(jī)構(gòu)中，安裝角是這樣改變的:使螺旋槳的槳數(shù)保持一定。

所有現(xiàn)有的各種型別與構(gòu)造的變距螺旋槳可以分為下列兩種基本型別:

1)液壓式變距螺旋槳--應(yīng)用最廣，其槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由滑油壓力來推動(dòng)的;

2)電動(dòng)式變距螺旋槳--其槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的。

滑油的運(yùn)動(dòng)或電動(dòng)機(jī)的開動(dòng)是用離心調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)的。

我們來研究液壓式變距螺旋槳的構(gòu)造，首先耍注意到槳葉及安裝于槳葉上的配重的離心力對(duì)于槳葉位置的影響。槳葉元素的離心力方向是沿著連接螺旋槳蔣軸和元素重心的直線，產(chǎn)生一個(gè)分力對(duì)于槳葉蔣軸的力矩方向是減小其安裝角的。

配重的離心力有一個(gè)分力，其力矩方向是加大安裝角的。大多數(shù)液壓螺旋槳的套筒是單向作用的，即槳葉在滑油壓力的作用下向一邊旋轉(zhuǎn)，而螺旋槳旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力使槳葉向另一邊旋轉(zhuǎn)。

此時(shí)，可能有兩種變相的單向作用型式:正向式和反向式。正向式是在滑油壓力的作用下變小距，而在配重的離心力作用下變大距;反向式是在槳葉離心力作用下變小距，而在滑油燃力作用下變大距。后一種情況不用配重。

電動(dòng)式變距螺旋槳已如前述，是由電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)比很小(1:7000或1:12000)的減速器來轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋槳的。電動(dòng)機(jī)是可逆的，即能向兩邊旋轉(zhuǎn)。從一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)換到另一個(gè)力向是由離心調(diào)節(jié)器來控制的。