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第五章螺旋桨 【空气动力学连载】

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发表于 2006-11-11 14:44:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
第一节螺旋桨原理与分类 螺旋桨负责把引擎的功率转变为向前的推力,重要性不言而喻,螺旋桨推进飞机的原理与火箭、导风扇飞机、喷射机不同,也与船用螺旋桨不同,火箭等前进是因为动量守恆的关係,如果飞机也是靠动量守恆的原理前进,那螺旋桨就要把空气儘量快儘量多往后吹去,那螺旋桨的形状就应该像电扇叶片一样宽且短,而不是像现在我们看的细细长长的,导风扇扇叶形状类似船用螺旋桨,效率却很差,因为导风扇引擎、加速管及支撑等物件挡住了不少气流,而且导风扇后送的空气速度不够快,质量更不够多。 我们应该把桨叶看成一片小型的机翼,引擎转动的速度加上飞机前进的速度,使桨叶对空气產生相对的速度,桨叶的截面本来就是一个翼型,然后因伯努利定律產生升力,只是此时的升力是向前的,称为推力,使飞机向前,歷史上有名的竞速机GeeBee,得过很多次世界冠军,也有不少模型像真机,请读者注意其螺旋桨与机身的比例,它螺旋桨向后的气流三分之二以上被引擎及机身偏折,根本没往正后方吹,使人不禁怀疑它怎麼飞,可是它还是世界竞速冠军呢,所以记得螺旋桨的风大不大与推力毫无关係。 螺旋桨可依不同方式分类,我们真正有兴趣的是直径与螺距,将於下节讨论,其餘分类如下: 依桨叶数: 单桨:竞速机常用,可避免吃到前叶的尾流,效率最佳,但另一端要配平。 双桨:最常见的型式,合理的效率,容易平衡。 三桨以上:像真机或桨叶长度受限时使用,效率稍差。 依推力方向: 拉力桨:即正桨,从飞机前面產生拉力使飞机向前。 推力桨:即反桨,从飞机后面產生推力使飞机向前,少数引擎可逆转,双引擎飞机其中一个引擎逆转用反桨以抵销反扭力。 依材值: 木桨:刚性好,重量轻,但易损坏。 塑胶桨:便宜,选择性多,较不易损坏。 碳纤桨:最好,最贵。

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 楼主| 发表于 2006-11-11 14:54:50 | 显示全部楼层
橡皮筋动力飞机因为转速比引擎飞机慢,螺距比﹝螺距/直径﹞一般1.0~1.6左右,引擎飞机的螺距比大都在0.8以下。 定螺角桨:因为定螺角桨只有一部分效率好,所以我们螺距以距离轴心70~80%的部位为準,螺旋桨靠轴心部分效率很差,所以靠轴心30%以内部份根本不做桨叶,只剩一根轴。 定螺距桨:因定螺距桨每个断面角度均不一样,假设要製作一支直径为D英吋螺距为p英寸的桨,角度图解如﹝图5-5﹞。
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 楼主| 发表于 2006-11-11 14:49:55 | 显示全部楼层
你買一個新引擎,引擎的說明書會建議你,試車時用多大的槳,像真機用多大的槳,特技機又用多大的槳,弄得你迷迷糊糊,在這裡說明一下,試車時用的槳一般都比較大,是防止萬一不小心轉數過高,使新引擎燒毀,沒其他意思,像真機及特技機用的槳不同,最主要是因為飛機速度不同的關係,特技機一般飛行速度比較快,希望螺旋槳在高速飛行時比較有效率,像真機一般來說翼面負載大,希望螺旋槳在低速時比較有效率,起飛、降落時才不會出差錯,沒人會管它極速快不快,我們假設引擎輸出的最大功率是一定值,輸出功率在螺旋槳到達恆定轉速時要克服的是螺旋槳的阻力,我們前面說過應該把槳葉看成一片小型的機翼,螺距越大就是槳葉角越大,相當於機翼攻角越大,當然阻力就越大,螺旋槳越長,面積及槳端切線速度也越大,阻力也越大,既然最大功率是一定值,我們只好在直徑與螺距上作妥協。 特技機希望螺旋槳在高速飛行時比較有效率,像真機希望螺旋槳在低速時比較有效率,我們再提醒一次應該把槳葉看成一片小型的機翼,既然是機翼,同樣就會有攻角、失速問題,甚至誘導阻力情形也一樣,為了找出最佳攻角,請參看﹝圖5-3﹞,合成的氣流速度等於螺旋槳的切線速度加上飛機前進的速度﹝假如你對向量不熟悉的話,因為是相對運動,你可以假設你是一隻螞蟻趴在螺旋槳前緣,你不動,讓氣流來吹你,想像一下因螺旋槳旋轉加上飛機前進,你臉上吹的是那方向來的風﹞,螺距太大而飛行速度不夠快,則攻角太大而失速,這種情形在這裡叫螺旋槳打滑,螺距太小而飛行速度太快,則攻角太小,效率則很差,所以結論是高速飛機用小槳大螺距,低速飛機用大槳小螺距。以前在萊特兄弟時代,飛機做好以後要拉一個綁在樹上磅秤來測拉力,現在飛行場上偶而也有人這麼做,現在我們器D這是多餘的,測得的拉力因沒有飛機前進的速度,所以只有在飛機靜止時有效,飛機有了速度後就不準了
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 楼主| 发表于 2006-11-11 14:47:14 | 显示全部楼层
第二节螺旋桨的选择 我们仔细看一支螺旋桨﹝如图5-1﹞,
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 楼主| 发表于 2006-11-11 14:50:26 | 显示全部楼层
螺距最好的解决办法当然是使用变距螺旋桨,可依飞行速度不同改变螺距,二次大战后大部分的螺旋桨飞机都已使用变距螺旋桨,可依飞行速度变换螺距以取得更佳的效率,万一引擎熄火还可以打顺桨,使螺旋桨的阻力减至最低增加滑行距离。日本MK模型出过一组60级用的可变距桨,但在美国模型飞机禁止用可变距桨,怕飞出来伤人,此外螺旋桨靠轴心部分效率很差,所以很多场合乾脆装上机头罩减低阻力。(感谢 王斌先生 对本节指正)
 楼主| 发表于 2006-11-11 14:48:23 | 显示全部楼层
上面除了公司的标誌外[APC],另外还有一组数字12x9,这是选择螺旋桨最重要的一组数字,12代表这支螺旋桨直径是12英寸,9代表螺距是9英寸,另一组数字305x227是公制,单位是mm,代表意义完全一样,直径的意思大家都了解,螺距的意思是螺旋桨旋转一圈,依螺旋桨的角度,理论上螺旋桨前进的距离﹝如图5-2﹞,当螺旋桨旋转时桨上的点因距离轴心的不同,行走的距离也不同﹝=2 x 3.1416 x r﹞,现在的螺旋桨都是定螺距桨,就是旋转一圈桨上每一点的螺距都一样,所以越靠近轴心,桨叶角越大,桨尖部分角度就比较小,当然还有一种定螺角桨,这种桨桨上每一点角度都一样,当旋转一圈桨上每一点的螺距都不一样,越靠桨尖越大,最常见的就是竹蜻蜓,相信大家都玩过,另外也常见於初级橡皮筋动力飞机,因为製作非常简单。
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 楼主| 发表于 2006-11-11 14:54:08 | 显示全部楼层
第三节螺旋桨角度的计算 现在螺旋桨选择性多,价格便宜,模型玩家很少自行製作,但偶而想玩橡皮筋动力飞机时,就不得不自己动手了,请各位不要瞧不起橡皮筋动力飞机,高级室内橡皮筋动力飞机的螺旋桨会随著橡皮筋扭力自动改变螺距,而且整架飞机不超过2公克,这真的需要天分,我做的室内机则从来没有低於4公克﹝图5-4﹞。
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发表于 2006-12-22 14:31:59 | 显示全部楼层
这章传完了吗? 后面还有几小节的吧
发表于 2006-12-22 15:38:07 | 显示全部楼层
不错的文章,不过原理上有值得商榷的地方,空气螺旋桨的推力也是遵循动量守恒,不过传统螺旋桨理论没有以此为依据而已。 动量理论是螺旋桨主流理论之一。朱宝鎏老前辈1959年在第2期《航模爱好者》上发表过“设计螺旋桨的理论依据必须改进”一文中指出,用动量理论进行设计更符合螺旋桨工作实际情况,计算也更简单。该文后来用“设计螺旋桨的理论依据与方法”为题,重新发表在2002年第2期《航空模型》上。 [ 本帖最后由 wxyy 于 2006-12-22 15:50 编辑 ]
发表于 2006-12-22 16:15:10 | 显示全部楼层
好文章 要漫漫看
发表于 2009-1-17 19:00:04 | 显示全部楼层
发现一个很有用的技术文章,挖出来,大家一起学习~
发表于 2009-1-17 19:26:23 | 显示全部楼层
发表于 2009-4-8 23:21:17 | 显示全部楼层
顶上
发表于 2009-7-18 17:20:35 | 显示全部楼层
顶下,水平不够,看的迷迷糊糊,留个脚印以后再看。
发表于 2009-7-18 18:27:04 | 显示全部楼层
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