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第138章 螺旋槳飛機

它是用一根拼接的木材兩邊修成扭轉的槳葉,中間開孔與發動機軸相連接。螺旋槳要承受高速旋轉時槳葉自身的離心慣性力和氣動載荷。大功率螺旋槳在槳葉根部受到的離心力可達200千牛(20噸力)。

此外還有發動機和氣動力引起的振動。大功率發動機一般采用3葉和4葉螺旋槳,并多用鋁合金和鋼來制造槳葉。鋁和鋼制槳葉因材料堅固可以做得薄一些,有利于提高螺旋槳在高速時的效率。70年代以后還用復合材料制造槳葉以減輕重量。

當發動機空中停車后,螺旋槳會象風車一樣繼續沿著原來的方向旋轉,這種現象,叫螺旋槳自轉。螺旋槳自轉,不是發動機帶動的,而是被槳葉的迎面氣流“推著”轉的。

它不但不能產生拉力,反而增加了飛機的阻力。螺旋槳發生自轉時,由于形成了較大的負迎角。槳葉的總空氣動力方向及作用發生了質的變化。

它的一個分力與切向速度的方向相同,成為推動槳葉自動旋轉的動力,迫使槳葉沿原來方向續繼旋轉:另一個分力與速度方向相反,對飛行起著阻力作用。

一些超輕型飛機的發動機空中停車后由于飛行速度較小,產生自旋力矩不能克服螺旋槳的阻旋力矩時螺旋槳不會出現自轉。此時,槳葉阻力較大,飛機的升阻比(或稱滑翔比)將大大降低。

螺旋槳分為定(槳)距和變距螺旋槳兩大類。第一種是定距螺旋槳。

木制螺旋槳一般都是定距的。它的槳距(或槳葉安裝角)是固定的。適合低速的槳葉安裝角在高速飛行時就顯得過小;同樣,適合高速飛行的安裝角在低速時又嫌大。

所以定距螺旋槳只在選定的速度范圍內效率較高,在其他狀態下效率較低。定距螺旋槳構造簡單,重量輕,在功率很小的輕型飛機和超輕型飛機上得到廣泛應用。

第二種是變距螺旋槳,為了解決定距螺旋槳高、低速性能的矛盾,遂出現了飛行中可變槳距的螺旋槳。螺旋槳變距機構由液壓或電力驅動。

最初使用的是雙距螺旋槳。高速時用高距,低速(如起飛、爬升狀態)時用低距,以后又逐步增加槳距的數目,以適應更多的飛行狀態。

最完善的變距螺旋槳是帶有轉速調節器的恒速螺旋槳。轉速調節器實際上是一個能自動調節槳距、保持恒定轉速的裝置。

駕駛員可以通過控制調節器和油門的方法改變發動機和螺旋槳的轉速,一方面調節螺旋槳的拉力,同時使螺旋槳處于最佳工作狀態。

在多發動機飛機上,當一臺發動機發生故障停車時,螺旋槳在迎面氣流作用下像風車一樣轉動,一方面增加飛行阻力,造成很大的不平衡力矩,另外也可能進一步損壞發動機。

為此變距螺旋槳還可自動順槳,即槳葉轉到基本順氣流方向而使螺旋槳靜止不動,以減小阻力。變距螺旋槳還能減小槳距,產生負拉力,以增加阻力,縮短著陸滑跑距離。這個狀態稱為反槳。

為了提高亞音速民用機的經濟性和降低飛機的油耗,70年代后期美國開始研究一種多槳葉螺旋槳,稱為風扇螺旋槳。它有8到10片彎刀狀槳葉,葉片薄,直徑小。彎刀形狀能起相當于后掠翼(見后掠翼飛機)的作用,薄葉片有利于提高螺旋槳的轉速。

它適用于更高的飛行馬赫數。于葉片較多,螺旋槳單位推進面積吸收的功率可提高到300千瓦/平米(一般螺旋槳為80到120千瓦/平米)。

隨轉速的變化

在飛行速度不變的情況下,轉速增加,則切向速度(U)增大,進距比減小槳葉迎角增大,螺旋槳拉力系數增大又由于拉力與轉速平方成正比,所以增大油門時,可增大拉力。

拉力的變化隨速度的變化而變化。在轉速不變的情況下,飛行速度增大,進距比加大,槳葉迎角減小,螺旋槳拉力系數減小。

拉力隨之降低。當飛行速度等于零時,切向速度就是合速度,槳葉迎角等于槳葉角。飛機在地面試車時,飛行速度等于零,槳葉迎角最大,一些剖面由于迎角過大超過失速迎角氣動性能變壞,因而螺旋槳產生的拉力不一定最大。

根據螺旋槳拉力隨飛行速度增大而減小的規律,可繪出螺旋槳可用拉力曲線。

有效功率,螺旋槳產生拉力,拉著飛機前進,對飛機作功。螺旋槳單位時間所作功,即為螺旋槳的有效功率。

綜合情況,在飛行中,加大油門后固定。螺旋槳的拉力隨轉速和飛行速度的變化過程如下:由于發動機輸出功率增大,使螺旋槳轉速(切向速度)迅速增加到一定值,螺旋槳拉力增加。

飛行速度增加,由于飛行速度增大,致使槳葉迎角又開始逐漸減小,拉力也隨之逐漸降低,飛機阻力逐漸增大,從而速度的增加趨勢也逐漸減慢。當拉力降低到一定程度(即拉力等于阻力)后,飛機的速度則不再增加。

此時,飛行速度、轉速、槳葉迎角及螺旋槳拉力都不變,飛機即保持在一個新的速度上飛行。螺旋槳飛機的結構比較復雜。

為了降低轉速和提高螺旋槳效率,絕大多數發動機裝有減速器。這類飛機的發動機裝有滑油散熱器。液冷活塞式發動機還裝有冷卻液散熱器。

槳轂和發動機均有流線型外罩,以減小阻力。機身前部的發動機和螺旋槳往往影響飛行員的視線,個別飛機將發動機安排在座艙下方,用一長軸與機頭的螺旋槳相連,如美國的P-39戰斗機。

有的飛機將座艙的偏置在機翼一側來改進前方視線,成為特殊的不對稱的飛機,如德國的BV-141飛機。

頭部裝有機槍的拉進式戰斗機需要采用協調機構,以保證子彈從旋轉著的螺旋槳的槳葉中間發射出去。

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