4.5.2 螺旋桨产生拉力的原理

4.5.2 螺旋桨产生拉力的原理

1.桨叶角

桨叶角是螺旋桨旋转平面和桨叶弦线构成的夹角,如图4-27所示。

图4-27 桨叶角

2.桨弦(弦线)

桨叶剖面前后缘之间的连线称为螺旋桨的弦线;桨叶旋转时所转过的平面称为旋转面;所有螺旋桨桨叶有前缘、后缘和弦线。桨叶凸起的一面称为叶背,平坦的一面称为叶面,如图4-27所示。

3.桨叶迎角

桨叶迎角(又称攻角)是桨叶弦线和相对气流的夹角,通常用α表示,如图4-28所示。相对气流的方向由飞机通过空气运动的速度和螺旋桨的旋转运动决定。例如,当螺旋桨在静止的飞机上旋转,相对风的方向精确地对着螺旋桨的旋转运动,桨叶迎角和桨叶角是一样的。

图4-28 桨叶迎角

4.螺旋桨产生拉力(推力)的原理

飞机的螺旋桨是怎样产生拉力的呢?如果仔细观察,会看到飞机的螺旋桨结构很特殊,单支桨叶为细长而又带有扭转角的翼形叶片,桨叶的扭转角(桨叶角)相当于飞机机翼的迎角,但桨叶角为桨尖与旋转平面呈平行逐步向桨根变化的扭角,即桨叶角从螺旋桨的桨根到桨叶尖端,桨叶角逐渐减小,如图4-29所示。

桨叶的剖面形状与机翼的剖面形状很相似,前桨面相当于机翼的上翼面,曲率较大,后桨面则相当于下翼面,曲率近乎平直,每支桨叶的前缘与发动机输出轴旋转方向一致,所以,飞机螺旋桨相当于一对竖直安装的机翼。

桨叶在高速旋转时,气流流过螺旋桨后,会产生空气动力R,空气动力R可分解为两个力:一个是牵拉桨叶向前的空气动力F;另一个是由桨叶扭角向后推动空气产生的反作用力,即阻碍螺旋桨旋转的阻力P。

从桨叶剖面图(图4-30)中可以看出,桨叶的剖面与固定翼翼型剖面相似。空气流过桨面时,会在螺旋桨叶面产生一个高压区,在叶背产生一个低压区,形成压力差,产生一个向前拉桨叶的空气动力。同时,由于旋转的螺旋桨对空气做功,使空气压缩并推动空气向后流动,空气在流动过程中给予桨叶向前的反作用力即气动拉力。压力差与气动拉力的合力就是空气动力R。空气动力R在水平方向的分力F就是螺旋桨飞机向前的拉力;空气动力R在切线方向的分力P就是螺旋桨受到的空气阻力。

图4-29 桨叶角变化

图4-30 桨叶剖面图