空氣螺旋槳

空氣螺旋槳又稱“螺旋槳”，“螺槳”指的是通過(guò)葉片在空中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推進(jìn)力的裝置。由幾個(gè)葉片和一個(gè)中心輪轂組成。當(dāng)螺旋槳被發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片的斜面將空氣推回，使葉片得到反作用力，即推進(jìn)力。驅(qū)動(dòng)螺旋槳的動(dòng)力裝置有兩種航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)。按葉片數(shù)分為雙葉、三葉、四葉槳等等；根據(jù)葉片角度是否可以改變，分為定距槳、半變距槳（地面調(diào)整槳葉角）和變距槳（空中調(diào)整槳葉角）根據(jù)與發(fā)動(dòng)機(jī)的配置關(guān)系，分為拉進(jìn)式（位于發(fā)動(dòng)機(jī)前）和推進(jìn)式（位于發(fā)動(dòng)機(jī)后）一般不適合高速飛機(jī)（時(shí)速800公里/h以上），但在低、在亞音速范圍內(nèi)，它的效率超過(guò)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。廣泛應(yīng)用于支線飛機(jī)和通用航空飛機(jī)。

通過(guò)在空中旋轉(zhuǎn)葉片將發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力或升力的裝置，簡(jiǎn)稱螺旋槳。它由多個(gè)葉片和一個(gè)中心輪轂組成葉片像扭曲的細(xì)長(zhǎng)機(jī)翼一樣安裝在輪轂上，發(fā)動(dòng)機(jī)軸與輪轂連接并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。中國(guó)明代（1368 ~ 1644）民間的玩具“竹蜻蜓”實(shí)際上是一個(gè)原始的推進(jìn)器。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)之前，所有有動(dòng)力的飛機(jī)都使用螺旋槳作為產(chǎn)生推進(jìn)力的裝置。螺旋槳仍然用于亞音速飛機(jī)的活塞和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。直升機(jī)旋翼和尾槳也是螺旋槳。

當(dāng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片不斷地放出大量空氣（推進(jìn)介質(zhì)）向后推在葉片上產(chǎn)生一個(gè)向前的力，也就是推進(jìn)力。一般來(lái)說(shuō)，螺旋槳除了旋轉(zhuǎn)還有前進(jìn)速度。如果我們切掉一個(gè)小葉片，就像一個(gè)小翅膀，它的相對(duì)氣流速度是由前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度合成的。葉片上向前方向的氣動(dòng)力分量構(gòu)成拉力。旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的分量形成一個(gè)阻止螺旋槳旋轉(zhuǎn)的扭矩，這個(gè)扭矩被發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩平衡。槳葉剖面弦(相當(dāng)于翼弦)與旋轉(zhuǎn)平面的夾角稱為葉片安裝角。螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周，以葉片安裝角為導(dǎo)向前進(jìn)的距離稱為螺距。其實(shí)葉片上每個(gè)截面的前進(jìn)速度都是一樣的，只是圓周速度和截面到轉(zhuǎn)軸的距離一樣（半徑）成正比，各段相對(duì)氣流與旋轉(zhuǎn)平面的夾角隨著離旋轉(zhuǎn)軸距離的增加而逐漸減小為了使葉片各段和相對(duì)氣流保持在有利的攻角范圍內(nèi)，各段的安裝角度也隨著離轉(zhuǎn)軸距離的增加而減小。這就是為什么每個(gè)刀片都有一個(gè)扭曲。

螺旋槳有2、3或4個(gè)刀片通常，葉片數(shù)量越多，吸收的功率越大。大功率渦槳飛機(jī)有時(shí)會(huì)使用套筒螺旋槳，實(shí)際上是兩個(gè)螺旋槳反方向旋轉(zhuǎn)，可以抵消反扭矩。雙葉木槳常用于發(fā)動(dòng)機(jī)功率小于100 kW的輕型飛機(jī)。它是一個(gè)雙面由木頭拼接而成的扭曲槳，中間的孔與發(fā)動(dòng)機(jī)軸相連。螺旋槳在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)要承受離心慣性力和葉片本身的氣動(dòng)載荷。大功率螺旋槳葉根離心力可達(dá)200 kn( 20噸力)此外，還有發(fā)動(dòng)機(jī)和空氣動(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，葉片采用鋁合金和鋼。鋁和鋼葉片由于材料堅(jiān)固，可以做得更薄，有利于提高螺旋槳高速時(shí)的效率。20世紀(jì)70年代后，復(fù)合材料被用來(lái)制造葉片以減輕重量。

固定螺距和可變螺距螺旋槳

螺旋槳分為定（槳）螺距和變螺距螺旋槳可以分為兩類

①定距螺旋槳：木制螺旋槳一般都是固定距離的。它的槳距（或槳葉安裝角）是固定的。高速飛行時(shí)適合低速的葉片安裝角度太小；同樣，適合高速飛行的安裝角度在低速時(shí)過(guò)大。所以定距槳只在選定的速度范圍內(nèi)效率高，其他狀態(tài)下效率低。定距螺旋槳結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，廣泛應(yīng)用于小功率的輕型飛機(jī)和超輕型飛機(jī)。

②變距螺旋槳：為了知道螺旋槳的高度、低速性能的矛盾導(dǎo)致了飛行中變槳距螺旋槳的出現(xiàn)。螺旋槳變距機(jī)構(gòu)（右圖a）由水力或電力驅(qū)動(dòng)的（右圖b）起初，使用雙螺距螺旋槳。高速時(shí)距離遠(yuǎn)，低速時(shí)距離遠(yuǎn)（如起飛、爬升狀態(tài)）使用低俯仰，然后逐漸增加俯仰數(shù)，以適應(yīng)更多的飛行條件。最完美的變距螺旋槳是帶有調(diào)速器的恒速螺旋槳。速度調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一個(gè)自動(dòng)螺距調(diào)節(jié)器、保持恒定轉(zhuǎn)速的裝置。駕駛員可以通過(guò)控制調(diào)節(jié)器和油門來(lái)改變發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳的轉(zhuǎn)速，一方面調(diào)節(jié)螺旋槳的張力，同時(shí)使螺旋槳處于最佳工作狀態(tài)。在多引擎飛機(jī)上，當(dāng)一個(gè)引擎無(wú)法停止時(shí)，螺旋槳在迎面氣流的作用下像風(fēng)車一樣旋轉(zhuǎn)，一方面增加了飛行阻力，造成很大的力矩，另一方面可能會(huì)進(jìn)一步損壞引擎。正因如此，變距螺旋槳也能自動(dòng)跟隨螺旋槳，即葉片轉(zhuǎn)向氣流方向使螺旋槳靜止，以減少阻力。變距螺旋槳還可以減小螺距，產(chǎn)生負(fù)張力以增加阻力，縮短降落距離。這種狀態(tài)被稱為反螺旋槳。

風(fēng)扇螺旋槳

為了提高亞音速民用飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，降低飛機(jī)的燃油消耗，美國(guó)在20世紀(jì)70年代末開(kāi)始研究一種叫做風(fēng)扇螺旋槳的多葉螺旋槳。它有8 ~ 10個(gè)彎葉片，葉片薄，直徑小。彎刀可以做成后掠翼的形狀（見(jiàn)后掠翼飛機(jī)）薄葉片的作用有利于提高螺旋槳的速度。適用于較高的飛行馬赫數(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80 ~ 120kW/米2)