2.2.2 涡桨发动机的结构特点
涡桨发动机的进气道、压气机、燃烧室、涡轮等部件的工作原理及作用与涡喷发动机完全相同,本节主要介绍螺旋桨与减速器。
1.螺旋桨
螺旋桨是指靠桨叶在空气中旋转,将发动机转动功率转化为推进力的装置。螺旋桨主要由桨毂和桨叶组成,如图2-20所示。螺旋桨由两个或较多的桨叶与桨毂相连,桨叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面,桨毂与涡桨发动机的动力输出轴相连。
假设螺旋桨在一种不能流动的介质中旋转,那么螺旋桨每转一圈,就会向前进一个距离,同一片桨叶旋转一圈所形成的螺旋距离,称为桨距。根据桨距的变化情况,螺旋桨一般可分为定距螺旋桨和变距螺旋桨,如图2-21所示。定距螺旋桨结构简单、质量小,由于其桨叶安装角是固定的,适合低速飞行的桨叶安装角在高速飞行时显得过小,适合高速飞行的桨叶安装角在低速飞行时显得过大。定距螺旋桨只能在设计飞行速度范围内保持较高的推进效率,而其他状态下推进效率则较低。变距螺旋桨的桨叶安装角可以调节角度,可根据飞行速度的变化调节桨叶安装角,使螺旋桨在不同飞行速度下都具有较高的推进效率。变距螺旋桨的变距机构可由液压或电力驱动。
图2-20 螺旋桨结构
图2-21 不同类型的螺旋桨
(a)定距螺旋桨;(b)变距螺旋桨
另外,涡桨发动机中还有一类独特的螺旋桨——对转式螺旋桨,如图2-22所示。这种螺旋桨与普通的螺旋桨最大的不同在于:其单个发动机上有两组并列转动的螺旋桨,这两组螺旋桨转动的角速度方向相反,连接在同一台发动机上并利用行星齿轮组实现反转,可将涡流引起的能量损失降到最低,获得更高的推进效率。
图2-22 对转式螺旋桨
2.减速器
减速器用于连接发动机动力输出轴与推进装置,使发动机动力输出轴的转速降至减速齿轮组推进装置所需的转速。涡桨发动机的减速器主要由减速齿轮组组成,如图2-23所示。与地面减速齿轮结构相比,涡桨发动机中的减速结构更紧凑。为了确保传动平稳,轮齿一般采用斜齿、人字齿或螺旋齿。此外,由于在高负荷、高转速下工作,轮齿摩擦会产生大量的热量,需要喷入大量的润滑油以带走摩擦产生的热量。
图2-23 涡桨发动机中的减速齿轮组
涡桨发动机的减速器具有较大的传动比,一般为10~16;此外,减速齿轮在设计和制造上都做到了精益求精,传动效率可高达98%~99%。但由于尺寸与质量的限制,航空发动机减速器的强度储备和安全系数一般均低于地面减速器,而为了保证工作的可靠性,它们规定的使用寿命显著低于地面减速器。