它是用一根拼接的木材两边修成扭转的桨叶,中间开孔与发动机轴相连接。螺旋桨要承受高速旋转时桨叶自身的离心惯性力和气动载荷。大功率螺旋桨在桨叶根部受到的离心力可达200千牛(20吨力)。
此外还有发动机和气动力引起的振动。大功率发动机一般采用3叶和4叶螺旋桨,并多用铝合金和钢来制造桨叶。铝和钢制桨叶因材料坚固可以做得薄一些,有利于提高螺旋桨在高速时的效率。70年代以后还用复合材料制造桨叶以减轻重量。
当发动机空中停车后,螺旋桨会象风车一样继续沿着原来的方向旋转,这种现象,叫螺旋桨自转。螺旋桨自转,不是发动机带动的,而是被桨叶的迎面气流“推着”转的。
它不但不能产生拉力,反而增加了飞机的阻力。螺旋桨发生自转时,由于形成了较大的负迎角。桨叶的总空气动力方向及作用发生了质的变化。
它的一个分力与切向速度的方向相同,成为推动桨叶自动旋转的动力,迫使桨叶沿原来方向续继旋转:另一个分力与速度方向相反,对飞行起着阻力作用。
一些超轻型飞机的发动机空中停车后由于飞行速度较小,产生自旋力矩不能克服螺旋桨的阻旋力矩时螺旋桨不会出现自转。此时,桨叶阻力较大,飞机的升阻比(或称滑翔比)将大大降低。
螺旋桨分为定(桨)距和变距螺旋桨两大类。第一种是定距螺旋桨。
木制螺旋桨一般都是定距的。它的桨距(或桨叶安装角)是固定的。适合低速的桨叶安装角在高速飞行时就显得过小;同样,适合高速飞行的安装角在低速时又嫌大。
所以定距螺旋桨只在选定的速度范围内效率较高,在其他状态下效率较低。定距螺旋桨构造简单,重量轻,在功率很小的轻型飞机和超轻型飞机上得到广泛应用。
第二种是变距螺旋桨,为了解决定距螺旋桨高、低速性能的矛盾,遂出现了飞行中可变桨距的螺旋桨。螺旋桨变距机构由液压或电力驱动。
最初使用的是双距螺旋桨。高速时用高距,低速(如起飞、爬升状态)时用低距,以后又逐步增加桨距的数目,以适应更多的飞行状态。
最完善的变距螺旋桨是带有转速调节器的恒速螺旋桨。转速调节器实际上是一个能自动调节桨距、保持恒定转速的装置。
驾驶员可以通过控制调节器和油门的方法改变发动机和螺旋桨的转速,一方面调节螺旋桨的拉力,同时使螺旋桨处于最佳工作状态。
在多发动机飞机上,当一台发动机发生故障停车时,螺旋桨在迎面气流作用下像风车一样转动,一方面增加飞行阻力,造成很大的不平衡力矩,另外也可能进一步损坏发动机。
为此变距螺旋桨还可自动顺桨,即桨叶转到基本顺气流方向而使螺旋桨静止不动,以减小阻力。变距螺旋桨还能减小桨距,产生负拉力,以增加阻力,缩短着陆滑跑距离。这个状态称为反桨。
为了提高亚音速民用机的经济性和降低飞机的油耗,70年代后期美国开始研究一种多桨叶螺旋桨,称为风扇螺旋桨。它有8到10片弯刀状桨叶,叶片薄,直径小。弯刀形状能起相当于后掠翼(见后掠翼飞机)的作用,薄叶片有利于提高螺旋桨的转速。
它适用于更高的飞行马赫数。于叶片较多,螺旋桨单位推进面积吸收的功率可提高到300千瓦/平米(一般螺旋桨为80到120千瓦/平米)。
随转速的变化
在飞行速度不变的情况下,转速增加,则切向速度(U)增大,进距比减小桨叶迎角增大,螺旋桨拉力系数增大又由于拉力与转速平方成正比,所以增大油门时,可增大拉力。
拉力的变化随速度的变化而变化。在转速不变的情况下,飞行速度增大,进距比加大,桨叶迎角减小,螺旋桨拉力系数减小。
拉力随之降低。当飞行速度等于零时,切向速度就是合速度,桨叶迎角等于桨叶角。飞机在地面试车时,飞行速度等于零,桨叶迎角最大,一些剖面由于迎角过大超过失速迎角气动性能变坏,因而螺旋桨产生的拉力不一定最大。
根据螺旋桨拉力随飞行速度增大而减小的规律,可绘出螺旋桨可用拉力曲线。
有效功率,螺旋桨产生拉力,拉着飞机前进,对飞机作功。螺旋桨单位时间所作功,即为螺旋桨的有效功率。
综合情况,在飞行中,加大油门后固定。螺旋桨的拉力随转速和飞行速度的变化过程如下:由于发动机输出功率增大,使螺旋桨转速(切向速度)迅速增加到一定值,螺旋桨拉力增加。
飞行速度增加,由于飞行速度增大,致使桨叶迎角又开始逐渐减小,拉力也随之逐渐降低,飞机阻力逐渐增大,从而速度的增加趋势也逐渐减慢。当拉力降低到一定程度(即拉力等于阻力)后,飞机的速度则不再增加。
此时,飞行速度、转速、桨叶迎角及螺旋桨拉力都不变,飞机即保持在一个新的速度上飞行。螺旋桨飞机的结构比较复杂。
为了降低转速和提高螺旋桨效率,绝大多数发动机装有减速器。这类飞机的发动机装有滑油散热器。液冷活塞式发动机还装有冷却液散热器。
桨毂和发动机均有流线型外罩,以减小阻力。机身前部的发动机和螺旋桨往往影响飞行员的视线,个别飞机将发动机安排在座舱下方,用一长轴与机头的螺旋桨相连,如美国的P-39战斗机。
有的飞机将座舱的偏置在机翼一侧来改进前方视线,成为特殊的不对称的飞机,如德国的BV-141飞机。
头部装有机枪的拉进式战斗机需要采用协调机构,以保证子弹从旋转着的螺旋桨的桨叶中间发射出去。