飞机螺旋桨(民用小型螺旋桨飞机)

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螺旋桨的工作原理

先说一个无聊的部分。螺旋桨的横截面类似于机翼的横截面。

根据伯努利原理，流速高的压力小，流速低的压力大。螺旋桨可以看作是一边前进一边旋转的翅膀。

通过叶片每个截面的气流由沿旋转轴的前进速度和旋转产生的切向速度组成。在螺旋桨半径r1和R2 (R1 < R2)处，在这两个地方各取一个最小截面来讨论叶片上的气流。v-轴向速度；n——螺旋桨速度；φ-气流角，即气流与螺旋桨旋转平面的夹角；α-桨叶剖面迎角；β-叶片角，即叶片截面弦线与旋转平面的夹角。很明显α+β = φ。& ltp = & # 34"& gt& lt/r2)在这两个地方各取一个最小截面来讨论刀片上的气流。v-轴向速度；n——螺旋桨速度；φ-气流角，即气流与螺旋桨旋转平面的夹角；α-桨叶剖面迎角；β-叶片角，即叶片截面弦线与旋转平面的夹角。很明显α+β = φ。& lt& gt

空当空气流过桨叶的每一段时，产生气动力、阻力δ D和升力δ L，合成后的总空气动力为δ R，R沿飞行方向的分量为拉力δt，与螺旋桨旋转方向相反的力δp阻止螺旋桨旋转。螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩是由整个叶片各段的拉力和阻止螺旋桨转动的力相加而成。& lt=""p = & # 34"& gt

▲螺旋桨结构图

▲螺旋桨升力示意图

正向和反向螺旋桨

熟悉无人机和四旋翼的人可能都知道，螺旋桨分为正向螺旋桨和反向螺旋桨。

一般螺旋桨正面是光滑的，刻有相应的螺旋桨参数值。当面朝前时，逆时针旋转的是正螺旋桨，顺时针旋转的是反螺旋桨。

对于普通的电动飞机模型，通常通过改变电机的方向来改变向前的拉力或向后的推力。但不建议反向使用螺旋桨，因为效率低。

▲常见航模军刀桨(主桨)

▲一对飞机模型的碳纤维正反桨

对于有一定发动机动力输出方向的活塞式发动机，向前拉动时需要前螺旋桨，常见于轻型移动固定翼飞机。

推回时需要反推螺旋桨，常见于捕食者、翼龙等攻击型无人机，两栖腰推固定翼飞机。

▲前拉轻型运动固定翼飞机

▲腰推螺旋桨固定翼飞机

▲后推式三叶螺旋桨捕食者B无人机

普通飞机模型一般用塑料螺旋桨。对于汽油、甲醇等大型飞机模型，以及无人机的活塞式发动机，螺旋桨一般采用碳纤维、木材或铝合金制成。

螺旋桨和螺旋桨常用于四旋翼，如双发和四发，无人机，甚至大型涡桨发动机。正向螺旋桨逆时针旋转，反向螺旋桨顺时针旋转，同时旋转产生的扭矩抵消。

另一种是同轴反向旋转，螺旋桨和螺旋桨安装在同一根轴上，反向旋转以抵消扭矩，常用于直升机和大型涡桨运输机。

▲四旋翼飞行器

▲四旋翼飞行器的结构

▲大型四引擎螺旋桨运输机

▲大型双发螺旋桨运输机

▲同轴反转直升机

▲大型四发共轴对转螺旋桨运输机

螺旋桨的分类

如上所述，螺旋桨可分为前进螺旋桨和后退螺旋桨。其实螺旋桨有很多种，按螺距可分为定距和变距。

固定螺距螺旋桨

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固定螺距螺旋桨不能改变螺距。

这种螺旋桨只有在一定的空转速组合下才能达到最佳效率。另外，定距螺旋桨又可分为爬升螺旋桨和巡航螺旋桨两种。飞机是配备爬升螺旋桨还是巡航螺旋桨取决于它的预期用途。

(1)爬升螺旋桨螺距小，所以旋转阻力较小。

更低的阻力导致更高的速度和更大的功率容量，这提高了起飞和爬升期间的性能，但降低了巡航飞行期间的性能。

(2)巡航螺旋桨螺距大，所以旋转阻力更大。

阻力越大，导致转速越低，动力能力越低，降低了起飞和爬升性能，但提高了高速巡航飞行的效率。

螺旋桨通常安装在轴上，轴可能是发动机曲轴的延伸。

在这种情况下，螺旋桨速度与曲轴速度相同。在其他一些发动机中，螺旋桨安装在与发动机曲轴相啮合的轴上。此时，曲轴的转速与螺旋桨的转速不同。

定距螺旋桨常用于轻型和微型无人机，其尺寸通常用X×Y表示，其中x代表螺旋桨直径，单位为英寸(in)，Y代表螺距，即螺旋桨在空的空气中旋转一周的距离，单位为英寸(in)。比如22× 10螺旋桨，螺旋桨直径22英寸，约55.88cm，螺距10英寸，约25.4cm。

轻型和微型无人机一般采用2叶桨，少数采用3叶桨或4叶桨。

按照无人机行业的习惯，通常定义右旋螺旋桨为正转螺旋桨，左旋螺旋桨为反转螺旋桨。螺旋桨直径小于20in的螺旋桨材质有木质、工程塑料或碳纤维，需要根据实际需要选择。有的螺旋桨桨叶设计成马刀形状，桨尖后掠，可以在一定程度上提高效率。

▲螺旋桨的工作原理

▲木质定距螺旋桨

可变螺距螺旋桨

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一些较老的可调螺距螺旋桨只能在地面上调节，大多数现代可调螺距螺旋桨都是为了在飞行中调节螺旋桨的螺距。

第一代可调螺距螺旋桨只提供两种螺距设定——低螺距设定和高螺距设定。

然而，今天，几乎所有的可调螺距螺旋桨系统都可以在一个范围内调节螺距。

恒速螺旋桨是最常见的可调螺距螺旋桨。恒速螺旋桨的主要优点是可以在空速度和转速的较大范围内，将产生的大部分功率转化为推进马力。

恒速螺旋桨比其他螺旋桨效率更高，因为它可以在特定条件下选择最有效的发动机转速。

装有恒速螺旋桨的无人机有油门控制和螺旋桨控制两种控制，油门控制动力输出，螺旋桨控制调节发动机转速。

一旦选定了特定的速度，调节器将自动调整必要的螺旋桨叶片角度，以保持选定的速度。

比如巡航飞行时设定好所需转速后，增加空速度或减少螺旋桨载荷会导致螺旋桨增加桨叶角度以维持所选转速。空速度降低或螺旋桨负载增加会导致螺旋桨桨叶角度减小。

恒速螺旋桨的叶片角度范围由螺旋桨的恒速范围和高低螺距停止决定。只要螺旋桨桨叶角度在恒定速度范围内，并且不超过任何螺距停止，发动机速度就可以保持恒定。

但螺旋桨叶片一旦到达停止位置，发动机转速会随着空转速和螺旋桨负载的变化而适当增减。

例如，如果选择了一个特定的速度，飞机速度降低到足以旋转螺旋桨叶片，直到达到低螺距停止。如果空的转速需要再次降低，就必须降低发动机转速，就像安装了定距螺旋桨一样。

当装有恒速螺旋桨的飞机加速到更快的速度时，也会发生同样的情况。随着飞机加速，螺旋桨桨叶角度增加，以保持选定的速度，直到达到高螺距停止。一旦到达停止位置，叶片角度就不能再增加了。如果需要再次加速，发动机必须提高转速。

在装有恒速螺旋桨的飞机上，功率输出由油门控制，由进气压力表指示。该仪表测量进气歧管中混合气的绝对压力，更准确地说，是歧管绝对压力(MAP)。

在速度和高度不变的情况下，产生的功率与流向燃烧室的油气混合物流量直接相关。当您增加油门设置时，流向发动机的油和气体将增加，因此绝对歧管压力将增加。

当发动机不运转时，歧管压力表指示环境空气压。当发动机是气动的时，歧管压力指示将降低到低于环境空空气压力的值。

▲螺旋桨螺距变化示意图

▲可调三叶桨

螺旋桨多少叶片合适？

无论是看螺旋桨运输机、无人机，甚至是最典型的直升机，都可以看到，有的是双叶桨，有的是三叶桨，有的是四叶桨，甚至更多。那么螺旋桨适合多少叶片呢？

实际上，螺旋桨叶片的数量不是任意指定的。

用什么样的螺旋桨，用多少叶片，还要考虑发动机的功率，飞行中的阻力等因素。

最早的时候，由于发动机马力小，螺旋桨的研究和加工也处于早期阶段，导致一战和二战期间飞机上大量使用二叶或三叶螺旋桨。

随着加工水平的提高，螺旋桨开始使用金属材料，再加上水动力学和风洞试验，使得三叶螺旋桨开始普及。

后来随着发动机马力的增大，4叶桨和6叶桨成为可能。但与此同时，螺旋桨叶片数量的增加增加了空的空气阻力。

同时，如果通过增加螺旋桨的长度和迎风面积来提高效率，也是有限的，甚至螺旋桨会触地。因此，增加螺旋桨叶片的数量也是一种可行的方法。

▲三叶螺旋桨风洞试验

▲8桨叶的美军预警机

来源:网络

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