可以把螺旋槳看成是一個一面旋轉一面前進的機翼進行討論。流經槳葉各剖面的氣流由沿旋轉軸方向的前進速度和旋轉產生的切線速度合成。在螺旋槳半徑r1和r2(r1

空氣流過槳葉各小段時產生氣動力，阻力ΔD和升力ΔL，合成后總空氣動力為ΔR。ΔR沿飛行方向的分力為拉力ΔT，與旋螺槳旋轉方向相反的力ΔP阻止螺旋槳轉動。將整個槳葉上各小段的拉力和阻止旋轉的力相加，形成該螺旋槳的拉力和阻止螺旋槳轉動的力矩[2]。

必須使螺旋槳各剖面在升阻比較大的迎角工作，才能獲得較大的拉力，較小的阻力矩，也就是效率較高。螺旋槳工作時。軸向速度不隨半徑變化，而切線速度隨半徑變化。因此在接近槳尖，半徑較大處氣流角較小，對應槳葉角也應較小。而在接近槳根，半徑較小處氣流角較大，對應槳葉角也應較大。螺旋槳的槳葉角從槳尖到槳根應按一定規律逐漸加大。所以說螺旋槳是一個扭轉了的機翼更為確切。

氣流角實際上反映前進速度和切線速度的比值。對某個螺旋槳的某個剖面，剖面迎角隨該比值變化而變化。迎角變化，拉力和阻力矩也隨之變化。用進矩比“J”反映槳尖處氣流角，J=V/nD。式中D—螺旋槳直徑。理論和試驗證明：螺旋槳的拉力(T)，克服螺旋槳阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式計算：

η=J·Ct/Cp

式中：Ct-拉力系數；Cp-功率系數；ρ-空氣密度；n-螺旋槳轉速；D-螺旋槳直徑。其中Ct和Cp取決于螺旋槳的幾何參數，對每個螺旋槳其值隨J變化。特性曲線給出該螺旋槳拉力系數、功率系數和效率隨前進比變化關系。是設計選擇螺旋槳和計算飛機性能的主要依據之一。

螺旋槳空氣槳播報

螺旋槳概述

靠槳葉在空氣中旋轉將發動機轉動功率轉化為推進力或升力的裝置，簡稱螺旋槳。它由多個槳葉和中央的槳轂組成，槳葉好像一扭轉的細長機翼安裝在槳轂上,發動機軸與槳轂相連接并帶動它旋轉。噴氣發動機出現以前，所有帶動力的航空器無不以螺旋槳作為產生推動力的裝置。螺旋槳仍用于裝活塞式和渦輪螺旋槳發動機的亞音速飛機。直升機旋翼和尾槳也是一種螺旋槳。

螺旋槳原理

螺旋槳旋轉時，槳葉不斷把大量空氣（推進介質）向后推去，在槳葉上產生一向前的力，即推進力。一般情況下，螺旋槳除旋轉外還有前進速度。如截取一小段槳葉來看，恰像一小段機翼，其相對氣流速度由前進速度和旋轉速度合成。槳葉上的氣動力在前進方向的分力構成拉力。在旋轉面內的分量形成阻止螺旋槳旋轉的力矩，由發動機的力矩來平衡。槳葉剖面弦(相當于翼弦)與旋轉平面夾角稱槳葉安裝角。螺旋槳旋轉一圈，以槳葉安裝角為導引向前推進的距離稱為槳距。實際上槳葉上每一剖面的前進速度都是相同的，但圓周速度則與該剖面距轉軸的距離（半徑）成正比，所以各剖面相對氣流與旋轉平面的夾角隨著離轉軸的距離增大而逐步減小，為了使槳葉每個剖面與相對氣流都保持在有利的迎角范圍內，各剖面的安裝角也隨著與轉軸的距離增大而減小。這就是每個槳葉都有扭轉的原因。

螺旋槳效率以螺旋槳的輸出功率與輸入功率之比表示。輸出功率為螺旋槳的拉力與飛行速度的乘積。輸入功率為發動機帶動螺旋槳旋轉的功率。在飛機起飛滑跑前，由于前進速度為零，所以螺旋槳效率也是零，發動機的功率全部用于增加空氣的動能。隨著前進速度的增加，螺旋槳效率不斷增大，速度在200～700公里/時范圍內效率較高,飛行速度再增大，由于壓縮效應槳尖出現波阻，效率急劇下降。螺旋槳在飛行中的最高效率可達85%～90%。螺旋槳的直徑比噴氣發動機的大得多，作為推進介質的空氣流量較大，在發動機功率相同時，螺旋槳后面的空氣速度低,產生的推力較大，這對起飛（需要大推力）非常有利。

螺旋槳構造特點

螺旋槳有2、3或4個槳葉,一般槳葉數目越多吸收功率越大。有時在大功率渦輪螺旋槳飛機上還采用一種套軸式螺旋槳，它實際上是兩個反向旋轉的螺旋槳，可以抵消反作用扭矩。在發動機功率低于100千瓦的輕型飛機上，常用雙葉木制螺旋槳。它是用一根拼接的木材兩邊修成扭轉的槳葉，中間開孔與發動機軸相連接。螺旋槳要承受高速旋轉時槳葉自身的離心慣性力和氣動載荷。大功率螺旋槳在槳葉根部受到的離心力可達200千牛(20噸力)。此外還有發動機和氣動力引起的振動。大功率發動機一般采用3葉和4葉螺旋槳，并多用鋁合金和鋼來制造槳葉。鋁和鋼制槳葉因材料堅固可以做得薄一些，有利于提高螺旋槳在高速時的效率。70年代以后還用復合材料制造槳葉以減輕重量。

螺旋槳自轉

當發動機空中停車后，螺旋槳會象風車一樣繼續沿著原來的方向旋轉，這種現象，叫螺旋槳自轉。螺旋槳自轉，不是發動機帶動的，而是被槳葉的迎面氣流“推著”轉的。它不但不能產生拉力，反而增加了飛機的阻力。螺旋槳發生自轉時，由于形成了較大的負迎角。槳葉的總空氣動力方向及作用發生了質的變化。它的一個分力(Q)與切向速度(U)的方向相同，成為推動槳葉自動旋轉的動力，迫使槳葉沿原來方向續繼旋轉：另一個分力(-P)與速度方向相反，對飛行起著阻力作用。一些超輕型飛機的發動機空中停車后由于飛行速度較小，產生自旋力矩不能克服螺旋槳的阻旋力矩時螺旋槳不會出現自轉。此時，槳葉阻力較大，飛機的升阻比(或稱滑翔比)將大大降低。

螺旋槳分類

螺旋槳分為定（槳）距和變距螺旋槳兩大類。

①定距螺旋槳

木制螺旋槳一般都是定距的。它的槳距（或槳葉安裝角）是固定的。適合低速的槳葉安裝角在高速飛行時就顯得過小；同樣，適合高速飛行的安裝角在低速時又嫌大。所以定距螺旋槳只在選定的速度范圍內效率較高，在其他狀態下效率較低。定距螺旋槳構造簡單，重量輕，在功率很小的輕型飛機和超輕型飛機上得到廣泛應用。

②變距螺旋槳

為了解決定距螺旋槳高、低速性能的矛盾，遂出現了飛行中可變槳距的螺旋槳。螺旋槳變距機構由液壓或電力驅動。最初使用的是雙距螺旋槳。高速時用高距，低速（如起飛、爬升狀態）時用低距，以后又逐步增加槳距的數目，以適應更多的飛行狀態。最完善的變距螺旋槳是帶有轉速調節器的恒速螺旋槳。轉速調節器實際上是一個能自動調節槳距、保持恒定轉速的裝置。駕駛員可以通過控制調節器和油門的方法改變發動機和螺旋槳的轉速，一方面調節螺旋槳的拉力，同時使螺旋槳處于最佳工作狀態。在多發動機飛機上，當一臺發動機發生故障停車時，螺旋槳在迎面氣流作用下像風車一樣轉動,一方面增加飛行阻力，造成很大的不平衡力矩，另外也可能進一步損壞發動機。為此變距螺旋槳還可自動順槳，即槳葉轉到基本順氣流方向而使螺旋槳靜止不動，以減小阻力。變距螺旋槳還能減小槳距，產生負拉力，以增加阻力，縮短著陸滑跑距離。這個狀態稱為反槳。

為了提高亞音速民用機的經濟性和降低飛機的油耗，70年代后期美國開始研究一種多槳葉螺旋槳，稱為風扇螺旋槳。它有8～10片彎刀狀槳葉，葉片薄，直徑小。彎刀形狀能起相當于后掠翼（見后掠翼飛機）的作用，薄葉片有利于提高螺旋槳的轉速。它適用于更高的飛行馬赫數(M=0.8)。由于葉片較多,螺旋槳單位推進面積吸收的功率可提高到300千瓦/平米(一般螺旋槳為80～120千瓦/平米)。

螺旋槳拉力變化

隨轉速的變化

在飛行速度不變的情況下，轉速增加，則切向速度(U)增大，進距比減小槳葉迎角增大，螺旋槳拉力系數增大又由于拉力與轉速平方成正比，所以增大油門時，可增大拉力。

隨速度的變化

在轉速不變的情況下，飛行速度增大，進距比加大，槳葉迎角減小，螺旋槳拉力系數減小。，拉力隨之降低。當飛行速度等于零時，切向速度就是合速度，槳葉迎角等于槳葉角。飛機在地面試車時，飛行速度(V)等于零，槳葉迎角最大，一些剖面由于迎角過大超過失速迎角氣動性能變壞，因而螺旋槳產生的拉力不一定最大。

螺旋槳拉力曲線

根據螺旋槳拉力隨飛行速度增大而減小的規律，可繪出螺旋槳可用拉力曲線。

螺旋槳有效功率

螺旋槳產生拉力，拉著飛機前進，對飛機作功。螺旋槳單位時間所作功，即為螺旋槳的有效功率。

螺旋槳綜合情況

在飛行中，加大油門后固定。螺旋槳的拉力隨轉速和飛行速度的變化過程如下：由于發動機輸出功率增大，使螺旋槳轉速(切向速度)迅速增加到一定值，螺旋槳拉力增加。飛行速度增加，由于飛行速度增大，致使槳葉迎角又開始逐漸減小，拉力也隨之逐漸降低，飛機阻力逐漸增大，從而速度的增加趨勢也逐漸減慢。當拉力降低到一定程度(即拉力等于阻力)后，飛機的速度則不再增加。此時，飛行速度、轉速、槳葉迎角及螺旋槳拉力都不變，飛機即保持在一個新的速度上飛行。

螺旋槳螺旋槳飛機

螺旋槳飛機的結構比較復雜。為了降低轉速和提高螺旋槳效率，絕大多數發動機裝有減速器。這類飛機的發動機裝有滑油散熱器。液冷活塞式發動機還裝有冷卻液散熱器。槳轂和發動機均有流線型外罩，以減小阻力。機身前部的發動機和螺旋槳往往影響飛行員的視線，個別飛機將發動機安排在座艙下方，用一長軸與機頭的螺旋槳相連，如美國的P-39戰斗機。有的飛機將座艙偏置在機翼一側來改進前方視線，成為特殊的不對稱飛機，如德國的BV-141飛機。頭部裝有機槍的拉進式戰斗機需要采用協調機構，以保證子彈從旋轉著的螺旋槳槳葉中間發射出去。有的飛機將機炮炮管裝在螺旋槳軸內，炮彈由槳軸內的炮管射出。螺旋槳旋轉時產生一個反作用扭矩，大功率發動機的飛機常用較大的垂直尾翼或偏置垂直尾翼產生的力矩來加以平衡，也可以采用反向旋轉的同軸螺旋槳來抵消反作用扭矩，如蘇聯的安22飛機。

現代的螺旋槳飛機多采用槳葉角可調的變距螺旋槳，這種螺旋槳可根據飛行需要調整槳葉角，提高螺旋槳的工作效率。由于螺旋槳在旋轉時，槳根和槳尖的圓周速度不同，為了保持槳葉各部分都處于最佳氣動力狀態，所以把槳根的槳葉角設計成最大，依次遞減，槳尖的槳葉角最小工作狀態的槳葉是一根懸壁梁受力態勢，為了增加槳根的強度，槳根的截面積設計為最大。

一架飛機上槳葉數目根據發動機的功率而定，有2葉、3葉和4葉的，也有5葉、6葉的。裝于飛機頭部的螺旋槳為拉力式螺旋槳，裝于飛機后部的螺旋槳為推力式螺旋槳，還有既裝有拉力式螺旋槳又裝有推力式螺旋槳的飛機。[3]

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