螺旋桨基本原理1

飞机螺旋桨由两个或者多个桨叶以及一个桨轴组成，桨叶安装在桨轴上。飞机螺旋桨的每一个桨叶基本上是一个旋转翼。从螺旋桨的剖面形状看，螺旋桨叶产生的拉力或推力类似机翼产生的升力。

空气中飞机的移动产生和它的运动方向相反的阻力。所以，飞机要飞行的话，就必须有力作用于飞机，且这个力与阻力大小相等而方向相反，这个力称为拉力或推力。对于螺旋桨类飞机，旋转螺旋桨叶的动力来自发动机。发动机使得螺旋桨叶在空气中高速转动，螺旋桨把发动机的旋转动力转换成向前的拉力。

典型螺旋桨叶的横截面如图5.1所示。桨叶的横截面可以和机翼的横截面对比。桨叶的前表面是拱形的或者弯曲的，类似于飞机机翼的上表面，而后表面类似机翼的下表面较平。弦线是一条连接前缘到后缘的假想线，叫桨弦。类似机翼，前缘是桨叶的较厚的一侧，当螺旋桨旋转时前缘面对气流。螺旋桨旋转时，桨尖所画圆的直径叫螺旋桨直径（ D )。桨叶旋转所画出的平面叫旋转面，它与桨轴垂直。

桨叶角（ pitch or blade angle ) 一般用度来表示，是桨叶弦线和旋转平面的夹角，一般用¢表示，如图5.2所示。图中桨叶切面的相对气流方向与桨弦之间的夹角叫桨叶迎角（ angle of attack )，一般用 a 表示。由于螺旋桨叶面距离桨轴不同距离处的桨叶切面形状不同，所以桨叶角是随离桨轴距离的长短而改变的。到底以哪一个桨叶角来代表整个桨叶的桨叶角呢？不同类型的螺旋桨有不同的规定，这在各型螺旋桨技术说明书中可以查到。如有的规定离桨轴的距离为螺旋桨半径75％处切面的桨叶角代表整个桨叶的桨叶角；有的又规定离桨轴 lm 远处切面的桨叶角代表整个桨叶的桨叶角。一般在螺旋桨的桨叶上都用特殊颜色的线条画出了这一切面的所在位置，这一特殊位置处的桨叶角也称作螺旋桨的距。由于桨距很大程度上由桨叶角确定，这两个术语常可以互换。

桨距也可以用英寸来表ボ。一个标志着“74-48”的螺旋桨是指螺旋桨长度为74in而有效桨距为48in。当螺旋桨相对空气没有滑动时，用英寸表示的桨距是螺旋桨旋转一圈通过的水平距离。

如上所述，桨叶迎角是桨叶切面的相对气流方向与桨弦之间的夹角。桨叶迎角是随桨叶角、飞行速度和切向速度（螺旋桨的转速和桨叶切面离桨轴距离之积）的改变而改变的。

当螺旋桨的桨叶切向速度和飞行速度都不变时，桨叶角増大，桨叶迎角随之增大；桨叶角减小，桨叶迎角也随之减小。在桨叶角和切向速度不变的情况下，飞行速度增大，合速度方向偏离旋转面越远，则桨叶迎角越小。速度增大到一定时，桨叶迎角还可能变为零以至负值。同理，飞行速度减小，桨叶迎角增大。飞行速度为零时，桨叶迎角就等于桨叶角，即 a 。在桨叶角与飞行速度不变的情况下，如果转速增加，则切向速度增大，即合速度的方向靠近旋转面，故桨叶迎角增大。同理，转速减小，则桨叶迎角也随之减小。

此外，即使是桨叶角、飞行速度和螺旋桨转速都相同，同一桨叶的各不同切面由于距桨轴的距离不同，桨叶迎角也不同。从图5.3可以看出，桨叶切面离桨轴越近，切向速度越小，合速度偏离旋转面的角度越大。如果桨叶各切面的桨叶角是一样的，显然，越接近桨尖的切面，桨叶迎角越大；越到桨根，桨叶迎角越小。

要解决这个问题，可以采用桨叶扭转的方法，也就是使螺旋桨距离桨轴不同距离的剖面采用不同的形状和桨叶角，如图5.4所示。如果整个叶片的桨叶角相同，当飞机以巡航速度飞行时，即使桨根部分的桨叶迎角还是负值，桨尖部分就可能已经失速了。而采用桨叶扭转后，至少在巡航飞行时，螺旋桨叶在其长度上能保持相对恒定的桨叶迎角，拉力在螺旋桨叶长度上的分布也能相对均衡。

通常1~4的桨叶迎角能够提供最大升力／阻力比，但是对于定距螺旋桨飞机，飞行时桨叶迎角的变化范围可以从015。这个变化是由于相对气流的变化和由此而导致飞机飞行速度的变化而造成的。简而言之，螺旋桨迎角的大小是由两种运动合成决定的。这两种运动分别是：螺旋桨沿桨轴的转动和它随飞机的前进运动。两者的合运动轨迹为螺旋线。