螺旋桨叶片的入射角(俯仰角)因轮毂和叶尖而异。
翼型产生升力。
空客A400M运输机螺旋桨形成的低压涡流中,水分凝结成可见的水蒸气。 螺旋桨是螺旋桨飞机设计中的关键部件。它们产生维持飞机飞行所需的推力;如果没有螺旋桨产生的向前运动,就没有足够的气流流过机翼产生升力。 螺旋桨通常由多个叶片组成,这些叶片连接到由驱动轴驱动的中央轮毂。叶片的横截面翼型形状,类似于机翼。飞机螺旋桨的物理功能是将发动机产生的旋转运动转化为飞机的向前运动。升力的产生 螺旋桨叶片通过改变其接触的空气方向来产生升力。根据牛顿第一运动定律,空气被叶片转动,从而对流体施加一个力,使其方向改变。根据牛顿第三运动定律,叶片会相应地受到一个力。这个力可以分解为阻力和升力分量。阻力与初始流体运动方向相同,升力与流体运动方向垂直。 气流转向的原因很复杂,包括质量、动量和能量守恒。所有这些量在螺旋桨叶片穿过空气的物理系统中都必须守恒。在像空气这样的流体中,只要动量和能量守恒,质量就可以自由地重新分配。速度和动量的矢量需要考虑三个空间维度,并且每个维度的动量都必须守恒。在流体中,一个方向的速度变化会导致垂直方向的速度变化。我们观察到气流转向对叶片周围压力和速度变化、其产生的涡量以及其产生的下洗流的影响。用扭转平衡力 螺旋桨叶片的叶尖比靠近轮毂的叶根移动得快得多。这是因为对于螺旋桨的任何旋转来说,叶尖在相同的时间内移动的距离都比叶根更大。因此,叶片上的力会有很大差异,在螺旋桨设计中必须考虑到这一点。为了在叶片上产生均匀的升力,需要沿叶片长度从叶尖到叶根引入扭转,在快速旋转的叶尖附近角度较小,而在速度相对较慢的叶根附近角度较大。这使得叶尖具有较低的攻角,使其在高速时不会失速,而叶根具有较高的攻角,以确保即使在低速时也能产生升力。 螺旋桨的总迎角(或螺距)可以是固定的,也可以是可变的。定距螺旋桨的角度由制造商设定,无法更改。它的目标是在特定的运行模式(例如爬升或巡航)下实现最佳效率。 另一方面,变距螺旋桨能够在各种运行条件下改变螺距,以实现最佳效率。早期的可调螺距螺旋桨有两种设置,只能在地面进行调整。如今,许多变距螺旋桨能够在飞行中实现各种设置范围内的调整。恒速螺旋桨是一种变距螺旋桨,它通过调速器自动调节螺距,在各种空气负荷下保持恒定的发动机转速。这种螺旋桨允许飞行员根据当前飞行条件选择最高效的发动机转速,从而保持高效率。弯度与效率 螺旋桨叶片设计的另一个方面是叶片横截面翼型的弯度。弯度是指翼型上下表面的特征曲线及其之间的不对称性。改变这些曲线将产生不同的叶片性能特征,使工程师能够根据所需的运行状态定制叶片形状,以实现最佳效率。 螺旋桨效率是指螺旋桨输出的有用推力与发动机输入螺旋桨的功率之比。效率随空速和发动机转速而变化,通常与螺旋桨进距比相关。进距比将飞机空速与螺旋桨叶尖速度联系起来。当飞机高速飞行或螺旋桨低速旋转时,进距比会较高。现代螺旋桨在一定进距比范围内的效率通常超过80%~85%。可变螺距螺旋桨可以通过调节叶片攻角来扩展这一效率范围。 (航柯)