直升機螺旋槳原理(飛機螺旋槳的工作原理)
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螺旋槳飛機按發動機類型不同分為活塞式螺旋槳飛機和渦輪螺旋槳飛機。人力飛機和太陽能飛機通常都用螺旋槳推進, 也屬於螺旋槳飛機的範圍。渦輪螺旋槳發動機的功率重量比,比活塞式發動機大2~3倍,在相同的重量下可提供更大的功率,燃油消耗率在速度較高時比活塞式發動機小,且可使用價格較低的航空煤油,故在600~800千米/時速度範圍內的旅客機、運輸機等大多為渦輪螺旋槳飛機。
按螺旋槳與發動機相對位置的不同,又分為拉進式螺旋槳飛機和推進式螺旋槳飛機。前者的螺旋槳裝在發動機前麵,"拉"著發動機前進;後者螺旋槳裝在發動機之後,"推"著發動機前進。早期的飛機中曾有不少是推進式的,這種型式的缺點較多,螺旋槳效率不如拉進式高,因拉進式螺旋槳前沒有發動機短艙的阻擋。此外在推進式螺旋槳飛機上難於找到發動機和螺旋槳的恰當位置,特別是裝在機身上更困難。相反,在拉進式螺旋槳飛機上,發動機無論是裝在機身頭部或是裝在機翼短艙前麵都很方便。當裝在機翼上時,螺旋槳後麵的高速氣流還可用來增加機翼升力,改善飛機起飛性能,因此拉進式飛機遂占據了統治地位。在少數大型飛機和水上飛機上,發動機多至8~12台以上,將發動機前後串置在短艙上,形成拉進和推進的混合型式。
螺旋槳的工作原理
飛機螺旋槳在發動機驅動下高速旋轉,從而產生拉力,牽拉飛機向前飛行。這是人們的常識。可是,有人認為螺旋槳的拉力是由於螺旋槳旋轉時槳葉把前麵的空氣吸入並向後排,用氣流的反作用力拉動飛機向前飛行的,這種認識是不對的。
那麽,飛機的螺旋槳是怎樣產生拉力的呢?如果大家仔細觀察,會看到飛機的螺旋槳結構很特殊,單支槳葉為細長而又帶有扭角的翼形葉片,槳葉的扭角(槳葉角)相當於飛機機翼的迎角,但槳葉角為槳尖與旋轉平麵呈平行逐步向槳根變化的扭角。
槳葉的剖麵形狀與機翼的剖麵形狀很相似,前槳麵相當於機翼的上翼麵,曲率較大,後槳麵則相當於下翼麵,曲率近乎平直,每支槳葉的前緣與發動機輸出軸旋轉方向一致,所以,飛機螺旋槳相當於一對豎直安裝的機翼。
槳葉在高速旋轉時,同時產生兩個力,一個是牽拉槳葉向前的空氣動力,一個是由槳葉扭角向後推動空氣產生的反作用力。
從槳葉剖麵圖中可以看出槳葉的空氣動力是如何產生的,由於前槳麵與後槳麵的曲率不一樣,在槳葉旋轉時,氣流對曲率大的前槳麵壓力小,而對曲線近於平直的後槳麵壓力大,因此形成了前後槳麵的壓力差,從而產生一個向前拉槳葉的空氣動力,這個力就是牽拉飛機向前飛行的動力。
另一個牽拉飛機的力,是由槳葉扭角向後推空氣時產生的反作用力而得來的。槳葉與發動機軸呈直角安裝,並有扭角,在槳葉旋轉時靠槳葉扭角把前方的空氣吸入,並給吸入的空氣加一個向後推的力。與此同時,氣流也給槳葉一個反作用力,這個反作用力也是牽拉飛機向前飛行的動力。
由槳葉異型曲麵產生的空氣動力與槳葉扭角向後推空氣產生的反作用力是同時發生的,這兩個力的合力就是牽拉飛機向前飛行的總空氣動力。
進動、滑流扭轉、螺旋槳反作用。若是多發螺旋槳飛機,還可能出現有拉力不對稱。
固定翼飛機平衡在地麵主要是受螺旋槳的滑流扭轉作用,飛行中,當螺旋槳的扭轉氣流打在飛機垂直尾翼的一側時,則會引起飛機的方向偏轉。
如果螺旋槳是向右旋轉的,則扭轉氣流上層自左向右側扭轉,從左方向作用於垂直尾翼,使尾翼產生向右的空氣動力,對飛機重心形成左偏力矩,即機頭向左偏轉。螺旋槳的轉速越大,扭轉氣流對飛機的方向偏轉影響越明顯。故地麵起飛時抵右舵修正方向。空中由於飛機自身速度增大,滑流作用減弱,使用方向舵配平即可。
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