螺旋桨是一个(gè)旋转的翼面,适用于任何机(jī)翼的诱导阻力,失速和其他空(kōng)气(qì)动力学原理也都对螺旋桨适用。它提供必要的拉力或推力(lì)使飞机在空气中移动。螺(luó)旋桨产生推力的方式非常类似于机翼产生升力的方式(shì)。产(chǎn)生的升力大小依赖于桨叶的(de)形态、螺(luó)旋(xuán)桨叶迎角和发动机(jī)的(de)转速。螺旋(xuán)桨(jiǎng)叶本身是扭转的,因此(cǐ)桨叶角从毂轴到叶尖(jiān)是(shì)变化的。最大安装角在毂(gū)轴处,而最小安装角在叶尖。
螺旋桨截面安(ān)装角(jiǎo)的(de)变化
螺旋桨叶扭转的原因是为了从毂轴到叶尖产生一致的(de)升力。当桨叶旋转时(shí),桨叶(yè)的不同部分有不同的部分有不同的实际(jì)速度。桨叶(yè)尖部线速度比靠近毂(gū)轴部位要快,因为相同时间内叶尖要旋转的距离比毂轴(zhóu)附近要长。从(cóng)毂轴(zhóu)到叶尖安装角的变化和线速度的(de)相应变化就能够(gòu)在桨叶长度上产生一致的升力。如果螺旋桨(jiǎng)叶设计成整(zhěng)个长度上它的安(ān)装角相(xiàng)同,那么效率会非(fēi)常低,因为(wéi)随着空(kōng)速的(de)增加,靠(kào)近轴附近的部(bù)分将会有负(fù)迎角,而叶(yè)尖会失速。
螺旋桨各个截面同一角(jiǎo)速(sù)度下不同(tóng)的线速度
轻型、微型(xíng)无人机一般安装定(dìng)距螺旋桨,大型、小型无(wú)人机根据需要可通过安装变距螺(luó)旋桨提高动力性(xìng)能。
1.定距(jù)螺旋桨
定距桨(jiǎng)不(bú)能改变桨距。这种螺旋桨,只有在一定(dìng)的空速和转速组合下才能获得最好的效率。另外,还可以把(bǎ)定距桨分为两种类(lèi)型,爬(pá)升螺旋桨和巡航螺旋(xuán)桨。飞机是安装(zhuāng)爬升螺旋桨还是巡航螺旋(xuán)桨,依赖于它(tā)的预期用途。
(1)爬升螺旋桨(jiǎng)有小(xiǎo)的桨距,因此(cǐ)旋转阻力更(gèng)少(shǎo)。阻(zǔ)力较低导致转速更高,和(hé)具有更多的功(gōng)率能力,在起飞和(hé)爬升时这增(zēng)加了性能(néng),但是在巡航飞行时降低了性能。
(2)巡航螺旋桨(jiǎng)有高(gāo)桨距,因此旋(xuán)转阻力更多(duō)。更多阻力导(dǎo)致较低转速,和(hé)较(jiào)低的功(gōng)率能力,它降低(dī)了起飞和爬升性能,但是增为了高速巡航(háng)飞行效率(lǜ)。
螺旋桨通常安(ān)装在轴上,这个轴可(kě)能是发动机曲轴的延(yán)伸。在这种(zhǒng)情况下,螺(luó)旋桨(jiǎng)转速就(jiù)和曲轴的转速相同了。某些(xiē)其他发动机,螺旋(xuán)桨是安装(zhuāng)在和发动(dòng)机曲轴经齿轮传动的轴上(shàng)。这时,曲轴(zhóu)的转速就和螺旋桨(jiǎng)的转速(sù)不同了(le)。
轻型、微型无人机常用定距螺(luó)旋(xuán)桨,尺寸通(tōng)常(cháng)用X×Y来表示(shì),其中(zhōng)X代表螺(luó)旋桨直径,单位为(wéi)英寸(in),Y代表螺距,即螺(luó)旋桨在空气中(zhōng)旋转一圈(quān)桨平(píng)面经过的距离,单位为英寸(in)。例如,22× 10的(de)螺旋桨尺寸为(wéi)桨径22in,约(yuē)为(wéi)55.88cm,螺距10in,约为25.4cm。
轻型、微型无人机一般(bān)使用2叶桨,少数(shù)使(shǐ)用3叶桨或4叶桨等。根据无人机行业习惯,通常(cháng)定义右旋前进的螺(luó)旋桨为(wéi)正桨,左旋(xuán)前进的螺旋(xuán)桨为反桨(jiǎng)。桨径20in以下的螺旋桨有木材、工(gōng)程塑料或碳(tàn)纤维等材质,需(xū)要根据实(shí)际需要选用。部分螺旋桨桨(jiǎng)叶(yè)设计成马刀形(xíng)状,桨(jiǎng)尖后掠,这(zhè)样可以在一定程度(dù)上提高效率。
2.变距螺(luó)旋桨
一些较旧(jiù)的可调桨(jiǎng)距螺旋桨只(zhī)能在(zài)地面调(diào)节,大多数现代可调桨距螺旋桨(jiǎng)被设计成可以(yǐ)在飞行(háng)中(zhōng)调(diào)节螺旋桨的桨距。第一代可调桨距螺旋(xuán)桨只提供两个桨距设定——低(dī)桨距设定和(hé)高(gāo)桨距设定。然而(ér),今天,几乎所有可调桨距螺旋桨系(xì)统都可以在一个范围内调(diào)节桨距(jù)。恒速(sù)螺旋桨是最常见的可调桨距螺(luó)旋(xuán)桨类型(xíng)。恒速(sù)螺旋桨的主要优点是它在(zài)大的空速和(hé)转速组合范围内把发(fā)过机功率的大部(bù)分(fèn)转换成推进马(mǎ)力。恒速螺旋桨比其他螺旋桨更有效率是因为它能够在特定条件下选择最(zuì)有效率(lǜ)的发(fā)动机转速(sù)。
装配恒速螺旋(xuán)桨的(de)无人机有两项控制(zhì),油门控制和螺(luó)旋(xuán)桨控制,油门控制功率输出,螺旋桨控(kòng)制调节发动机转速。
一旦选(xuǎn)择了一个特定的转速,一个调节器会(huì)自动地调节必要的螺旋桨桨叶角(jiǎo)。以保持选(xuǎn)择(zé)的转速。例如,巡航飞行期间设(shè)定了需(xū)要的(de)转速之后,空速的增加或者螺(luó)旋桨载荷(hé)的降低将(jiāng)会导致(zhì)螺旋桨为维持选择的转速而增加桨叶角。空速降(jiàng)低(dī)或者螺旋桨载荷(hé)增加会导致(zhì)螺旋桨桨叶角降(jiàng)低(dī)。
恒(héng)速(sù)螺(luó)旋桨的桨叶(yè)角范围由(yóu)螺旋桨的恒速范围和高(gāo)低(dī)桨距止位来确定(dìng)。只要螺旋(xuán)桨桨叶(yè)角位于恒速范(fàn)围(wéi)内,而不超出任何一个桨距止位,发动机转(zhuǎn)速就能(néng)维持恒定。然而(ér),一旦螺旋桨桨叶到达(dá)止位(wèi),发动机转(zhuǎn)速将随(suí)空速和螺旋桨载荷(hé)的变化而适(shì)当地增加或者降低。例如,选择了一个特定的转速,飞机速度降低到(dào)足够使螺旋桨桨叶旋转(zhuǎn)直到到达低桨(jiǎng)距止位,如果需要空速再次(cì)降低,必须减小发动机转速,就像安(ān)装了固(gù)定(dìng)桨距(jù)螺旋桨一样。当恒速螺(luó)旋(xuán)桨(jiǎng)的飞(fēi)机(jī)加速到较快的速度时还会发生相同的情况(kuàng)。随(suí)着飞机加速,螺旋桨桨叶角增加,以维持选定(dìng)的转速直到到达(dá)高桨距止位。一旦达到止位,桨叶(yè)角(jiǎo)就不能(néng)再增加,如果需要再加速(sù),发动机(jī)必须增加(jiā)转速(sù)。
在装配(pèi)恒速螺旋(xuán)桨(jiǎng)的飞机上,功(gōng)率输出(chū)由油门控制,用进气压力表(biǎo)指示。这个仪表测量进(jìn)气道歧管中油(yóu)气混合气的绝(jué)对压力,更准确的说法是测量歧管绝对(duì)压(yā)力(MAP)。在恒定转速和高度条件(jiàn)下,产生功率的大小直接和(hé)流到(dào)燃烧室的油气混合流有关。当你(nǐ)增(zēng)加油门设定时,流到发动机的油气就会增(zēng)多,因(yīn)此(cǐ),歧管绝对压力增(zēng)加。当发动机不运行时,歧管压力表指示周(zhōu)围空气压力。当(dāng)发(fā)动(dòng)机(jī)气动后,歧(qí)管(guǎn)压力指示(shì)将(jiāng)会降低到一个低于周围(wéi)空气压力(lì)的值。(AOPA云)

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