旋槳式流速計(jì)

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(jiǎn)稱(chēng)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(zhǎng)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(guó)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(wú)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(lái)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(lái)平衡。槳葉剖面弦(相當(dāng)于翼弦)與旋轉(zhuǎn)平面夾角稱(chēng)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(chēng)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(kāi)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(lái)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(chē)后，螺旋槳會(huì)象風(fēng)車(chē)一樣繼續(xù)沿著原來(lái)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(lái)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(chē)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(chēng)滑 翔比)將大大降低。

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(lái)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(kāi)動(dòng)是用離心調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)的。

我們來(lái)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(xiàn)，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(guò)傳動(dòng)比很小(1:7000或1:12000)的減速器來(lái)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(lái)控制的。