空氣螺旋槳

空氣螺旋槳又稱“螺旋槳”，“螺槳”指的是通過葉片在空中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推進(jìn)力的裝置。由幾個葉片和一個中心輪轂組成。當(dāng)螺旋槳被發(fā)動機(jī)的輸出軸帶動旋轉(zhuǎn)時，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)動螺旋槳的動力裝置有兩種航空活塞發(fā)動機(jī)和渦槳發(fā)動機(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)動機(jī)的配置關(guān)系，分為拉進(jìn)式（位于發(fā)動機(jī)前）和推進(jìn)式（位于發(fā)動機(jī)后）一般不適合高速飛機(jī)（時速800公里/h以上），但在低、在亞音速范圍內(nèi)，它的效率超過噴氣式發(fā)動機(jī)。廣泛應(yīng)用于支線飛機(jī)和通用航空飛機(jī)。

通過在空中旋轉(zhuǎn)葉片將發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)動力轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力或升力的裝置，簡稱螺旋槳。它由多個葉片和一個中心輪轂組成葉片像扭曲的細(xì)長機(jī)翼一樣安裝在輪轂上，發(fā)動機(jī)軸與輪轂連接并帶動其旋轉(zhuǎn)。中國明代（1368 ~ 1644）民間的玩具“竹蜻蜓”實際上是一個原始的推進(jìn)器。在噴氣發(fā)動機(jī)出現(xiàn)之前，所有有動力的飛機(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，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)生一個向前的力，也就是推進(jìn)力。一般來說，螺旋槳除了旋轉(zhuǎn)還有前進(jìn)速度。如果我們切掉一個小葉片，就像一個小翅膀，它的相對氣流速度是由前進(jìn)速度和旋轉(zhuǎn)速度合成的。葉片上向前方向的氣動力分量構(gòu)成拉力。旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)的分量形成一個阻止螺旋槳旋轉(zhuǎn)的扭矩，這個扭矩被發(fā)動機(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。其實葉片上每個截面的前進(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。這就是為什么每個刀片都有一個扭曲。

螺旋槳有2、3或4個刀片通常，葉片數(shù)量越多，吸收的功率越大。大功率渦槳飛機(jī)有時會使用套筒螺旋槳，實際上是兩個螺旋槳反方向旋轉(zhuǎn)，可以抵消反扭矩。雙葉木槳常用于發(fā)動機(jī)功率小于100 kW的輕型飛機(jī)。它是一個雙面由木頭拼接而成的扭曲槳，中間的孔與發(fā)動機(jī)軸相連。螺旋槳在高速旋轉(zhuǎn)時要承受離心慣性力和葉片本身的氣動載荷。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)動機(jī)和空氣動力引起的振動。大功率發(fā)動機(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固，可以做得更薄，有利于提高螺旋槳高速時的效率。20世紀(jì)70年代后，復(fù)合材料被用來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過大。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)。

空氣螺旋槳

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)動的（右圖b）起初，使用雙螺距螺旋槳。高速時距離遠(yuǎn)，低速時距離遠(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)器實際上是一個自動螺距調(diào)節(jié)器、保持恒定轉(zhuǎn)速的裝置。駕駛員可以通過控制調(diào)節(jié)器和油門來改變發(fā)動機(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)一個引擎無法停止時，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，另一方面可能會進(jìn)一步損壞引擎。正因如此，變距螺旋槳也能自動跟隨螺旋槳，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

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，美國在20世紀(jì)70年代末開始研究一種叫做風(fēng)扇螺旋槳的多葉螺旋槳。它有8 ~ 10個彎葉片，葉片薄，直徑小。彎刀可以做成后掠翼的形狀（見后掠翼飛機(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)