3.5　螺旋桨的效率

在桨叶的任意半径处，剖面弦线与螺旋桨旋转平面之间的夹角θ，定义为桨叶剖面的安装角，现在也称为桨距，为使整个螺旋桨叶素均在有利迎角下工作，就必须对桨叶沿径向扭转，因此叶素安装角沿桨叶半径方向是变化的。实验模拟中，选取r=56%R为安装角参考位置，θ分别为30°、38°、45°、50°、55°五种位置，桨叶扭角χ大约26.5°，对带螺旋桨无人机的气动特性进行了分析。如表3.5所示。

表3.5　转速为N=6 000 r·min-1、飞行速度V=25 m/s时不同安装角对螺旋桨性能的影响

如图3.15所示，在飞行速度0V和螺旋桨转速sn保持不变的情况下，随着螺旋桨安装角的不断增大，由它产生的推力在不断地增大，其有效功率ep也随之增大，而螺旋桨的扭矩也因桨叶自身安装角的增大使得气流经过桨叶时的有效迎角增大，故螺旋桨自身相对桨毂的扭矩也随之增大，其吸收功率pw也随之增大。

图3.15　不同安装角对螺旋桨推力和效率的影响

（a）推力；（b）效率

但螺旋桨的效率并不与桨叶安装角的大小完全成正比，它在θ=38°时，效率η达到最大，η=69.54%，而在其他位置效率则并未达到最佳。这主要是由于飞机在飞行过程中，流经桨叶各剖面的气流速度是由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成的。

当桨叶安装角增大到一定数值时，桨叶的迎角可能最大，但一些剖面由于迎角过大超过失速迎角时，螺旋桨的气动特性就会变坏，因而螺旋桨产生的推力会急剧减小，如图3.15中θ=50°和55°时，推力的增加已经趋于平缓，如果再增大桨叶安装角，螺旋桨所提供的推力就会急剧减小，有效功率随之减小；而与之不同的是桨叶安装角的增加，会使高速气流作用在桨叶切面的垂直分量增大，这可以大大地增加桨叶相对于桨毂的动力矩，螺旋桨的吸收功率pw也随之增大，两者共同作用，会直接影响螺旋桨的工作效率。