螺旋桨的作用是将最大的发动机轴马力传递给空气。根据所执行的任务情况,对于每种飞机和发动机的组合,都存在选择最佳螺旋桨大问题。一种设计是产生最大水平速度,另一种采用较大桨径和小桨距的稍有区别的设计,则能得到最大爬升速度。在各种情况下都能最好使用的螺旋桨是介于这2个极端情况之间,它被认为是实用螺旋桨。
螺旋桨在各种飞行条件下的使用效率,主要取决于发动机和飞机的性能数值(速度、马力和转速),如果这些数值不正确,螺旋桨将还不到所要求的性能。
01
桨距
为了便于讨论,我们用3/4半径处的叶片元素来描述螺旋桨的运动。这个位置是我们确定桨距的地方,桨距实际上是螺旋桨在每一转中向前移动的距离。
桨距可以描述成三种状态——空气动力桨距、几何桨距和有效桨距。空气动力桨距也称为零-拉力桨距,这种桨距是在无拉力产生的情况下螺旋桨向前移动的距离,它发生于螺旋桨“卸载”的俯冲情况之中。假如空气是固态的话,几何桨距是3/4半径处叶片元素旋进空气中的距离,该桨距值是印在螺旋桨上的。有效桨距是在每转中螺旋桨实际向前移动的距离。“滑距”(slip)是几何桨距和有效桨距之间的距离差,其值只有几何桨距的百分之几。
02
效率
要使螺旋桨像机翼一样以最高效率工作,必须是在其最大升阻比的攻角下产生升力。每个叶片元素都应处在这样的迎面气流之中,在这种气流中产生的阻力最小而升力最大。典型的实用螺旋桨被折衷设计成既能在很广泛的范围内起作用,又能在巡航时效率最高,因为巡航是最经常的飞行方式。
在静态条件下当螺旋桨是不动的时候,每个叶片剖面元素的攻角太大,特别是靠近桨毂处更是如此。这样,静态条件下的拉力是最大的。当超轻型飞机要以比螺旋桨所设计的还要快的速度飞行时,每个叶片元素的攻角就减小,而且螺旋桨的总效率下降。
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