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直升机螺旋桨(旋翼):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,可有两个或较多的叶与毂相连,叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种推进器。
直升机叶片数目是按发动机重功率来定,功率越大,叶片越多,一般是偶数,平衡桨叶。
至于桨叶长度,这和桨叶数和功率有关系,一般桨叶数越多,长度越短直升机的桨叶一般用2、3、4片,直升机重了,单加快桨叶转数提高升力会有极限,翼尖在接近音速时,桨叶会有震颤,影像安全,翼型很难保持,所以重型直升机会采用五片以上的桨叶,在相对较低的转数下,提高升力,并且在桨叶外型特别设计后,可降低噪音,高速多桨叶的翼尖还有异型的空气动力设计,桨叶达到五片以上,桨叶旋转时的闪动较低,可降低可视度。桨叶长度与数量通常是成正比而不是成反比。桨叶数量越多的直升机,桨叶长度通常也越长而不是更短。
直升飞机的旋翼一般是复合材料,或者特殊合金的制成的,现在大多是复合材料或碳纤维。
双翼螺旋桨的速度高于单翼螺旋桨,飞行稳定、安全,载重量相对较大。速度越高的飞机,机翼单位面积的升力越大,对机翼面积的要求就越小;速度越低的飞机,为了足够的升力,必须加大机翼的面积。
根据发动机功率和设计载重匹配旋翼数量,一般4个居多。所以这个数量是设计方案初就确定的,不能在生产过程中修改。旋翼多的直升机最大起飞重量高。
直升飞机的飞行原理 直升机的旋翼和电扇并不是一回事。 电扇是通过叶片的斜面来向下排挤空气从而产生升 力, 而直升机的叶片十分长,如此长的叶片在重力和阻力作用下会产生弯曲,并且很难保持 斜面的形状。所以直升机的旋翼是如机翼一般的流线型,下面平而上面鼓,旋转的时候上方 空气流速大于下方,从而产生向上的升力。 现在的直升机螺旋桨(叫旋翼)的桨叶是由碳纤维和玻璃钢纤维与复合材料制造而成。 有一定的弹性,不转时,桨叶略有下垂弯曲。当螺旋桨旋转时,由于离心力的原理,桨叶会 被拉直。打个比方,我们看杂技“水流星”吧,两只水碗栓在一根绳子两端,放着不动时, 绳子是支持不了水碗的,当旋转起来后,我们看到水碗和绳子象直线一样,空中飞舞。 直升机的旋翼是怎么支撑飞机的重量?这个问题就是直升机的飞行原理: (以一般直升机 为例)直升机能在空中进行各种姿态的飞行,都是由主旋翼旋转产生的升力并操纵其大小和 方向来实现的。升力大于重量时,就上升,反之,就下降。平衡时,就悬停在空中。直升机 的升力大小,不但决定于旋翼的转速,而且决定于旋翼的安装角(又称桨叶角)。升力随着转 速.桨叶角的增大而增大;随着转速.桨叶角的减小而减小。直升机在飞行时,桨叶在转每一 圈的过程中,桨叶角都是不同的;而且,每片桨叶的桨叶角也是不同的。这才使直升机能够 前.后仰,左.右倾,完成各种姿态。直升机尾旋翼的转速和桨叶角的变化同主旋翼原理相同, 控制直升机的左转弯.右转弯和直飞。不管天空有风无风,直升机要稳定飞行,不变航向,也 要靠稳定陀螺仪控制尾旋翼来完成。总之,直升机旋翼系统非常复杂,我只讲直升机空中姿 态变化与旋翼的关系。 直升机利用电机带动螺旋桨产生的推力改变直升机重心的方法,来实现控制其前进或后 退。简化了直升机的机械结构,有利于减轻直升机的重量。 旋翼扭转角 如果大家仔细观察,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角的 翼形叶片,桨叶的扭角(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。它们旋转速度是一样的,旋转时线速度叶根处底而叶尖处高,必 须在根部增大它的迎角(或叫功角)才能使气流在叶片的各个型面上都有最佳的做功能力 。 什么是挥舞运动? 旋翼类飞机(包括旋翼机和直升飞机)在正常飞行的时候,每一片旋翼的旋转方向和飞 机的前进方向之间的角度都在周期性变化着。如果旋翼在飞机右侧是向前旋转的,那么飞机 右侧的旋翼切割空气的速度就总是:旋翼旋转速度+飞机飞行速度;相反,左侧的旋翼相对空 气的速度就是:旋翼旋转速度-飞机飞行速度。所以,旋翼总是在旋转到飞机右侧的时候得到 更大的升力,而被抬得更高,左侧的情况则恰恰相反。 地面效应 当直升机接近地面时会产生地面效应,直升机离地滞空时,旋翼把空气向下抽,因此旋 翼和地面之间的空气密度变大,形成气垫效果,浮力会变佳,离地越近,效果越佳,但是因 为空气被压缩,无处逸散而产生乱流,导致停悬的不稳定,所以R/C 直升机在接近地面时会 呈现不稳定现象而比较难控制,产生这种气垫效果的高度大约是旋翼面直径的一半左右。 平衡杆(又叫稳定锤) 真的直升机也有用平衡杆的,不过很少了,因为不须耍. 模刑直升机因为是用伺服噐(舵 机)来控制,堆力比较少,很难直接推控旋桨, 所以大多用平衡杆,用很小的力就可改变平衡杆 的小翼 pitch, pitch 改了就会把整支平衡杆的位置改变, 然后平衡杆改变旋桨的 pitch 角 度,来达至操控. 简单来说,平衡杆起了贡杆作用, 减轻了伺服系统的负荷. 随著伺服系统的叐展, 现在 模型直升机乜有 Flybar-less 的型号, 即不须用平衡杆,但耍用负荷大的伺服系统. 平衡杆在同轴双桨遥控直升机在飞行过程中,是依靠上下两层浆的共同作用而保持姿态 平衡的,但当直升机做需要前进、后退等动作时,下层浆会在舵机的作用下改变姿态,这时 上下两层浆的平衡被打破,这时高速旋转的平衡杆,就如同一个陀螺一样,具有干涉这种变 化,力图恢复平衡的趋向,通过球头拉杆自动控制上层浆的姿态,以使上下两层浆恢复平衡。 此外,飞行过程中气流变化复杂,即便是稳定悬停时,也会不断受到环境干扰气流的影响, 这些都会导致上下两层浆的工作失衡,这时候,高速旋转的平衡杆的陀螺效应就会干涉这种 失衡,以维持原有姿态。 旋翼米重不能太少了,2.8 千克/米左右,太少不牢固。而且离心力太小,陀螺效应差, 飞起来飘浮不定。 直升飞机改变方向时是加上人工输入的偏移信号来控制陀螺仪的。 共轴双桨则是使用两副主桨同时为直升机提供升力,但两副主桨的倾斜角度和旋转方向 都相反,从而起到互相抵消扭力的作用。共轴双桨直升机不需要尾桨,控制左右是通过副翼 舵机改变主桨倾角来实现。 所有双桨直升机都是靠改变速度差完成自旋
空气螺旋桨把发动机旋转作功形式转变为直线作功形式;把发动机的功率转变为拉动飞机前进的有效功率。它的工作效率及与发动机有配合程度,直接影响模型飞机的性能。在航模竞技比赛中,出于追求动力组极限水平的需要,对螺旋桨的要求更为“苛刻”;因此以“量体裁衣”手工方式制作螺旋桨的好处显而易见。
本文以一个直径(D)200mm、几何桨距(H)120mm的两叶等距螺旋桨(适用于装有1.5cc压燃式发动机或2.5cc电热式发动机的特技模型飞机)为例,介绍削制螺旋桨的方法。
1.桨距、动力桨距和几何桨距:
桨距:从广义而言,可以理解为螺旋桨旋转一周沿桨轴方向所通过的直线距离。习惯上螺旋桨70%半径处的桨距值为“称呼值”,它具有标示意义。
动力桨距(Hg):桨叶旋转一周模型飞机所通过的距离(见图1)。设计螺旋桨时首先要确定动力桨距值。
几何桨距:(H):桨叶弦线迎角为零时,螺旋桨旋转一周所前进的距离(也见图1)。它体现了桨叶角的实际大小,是“看得见、摸得着”的实际参数。航模图纸上一般都标出几何桨距,是消制螺旋桨的主要依据。
2.动力桨距和几何桨距的关系:
由于螺旋桨工作在接近于有利迎角下,与零度迎角之间的角差的存在,因此动力桨距值必然小于几何桨距值。几何桨距和动力桨距的关系是:几何桨距(H)= 1.1 ~ 1.3倍动力桨距(Hg)。也就是说,设计模型飞机时,动力桨距确定后,可以通过上述公式概略估算出螺旋桨的几何桨距。
3.通常使用的螺旋桨是各段几何桨距值相等的所谓等距桨。它的优点是设计、制作比较容易;缺点是工作效率劣于不等距桨。由于不等距桨各段的几何桨距值和桨角均不一样,尽管其效率高,但制作的难度大。故初学者从削等距桨起步较为稳妥。
4.桨叶角(β):桨叶角是指桨叶剖面弦线与旋转平面之间的夹角。
5.几何桨距和桨叶角的关系:
几何桨距和桨叶角直接关联,是同一个问题的两种表达方式。几何桨距强调的是总体,桨叶角强调的是局部。就等距螺旋桨而言,桨叶角随其在螺旋桨半径方向上所处位置的不同而异;随着由桨根到桨尖方向的逐渐位移,桨叶角渐渐有规律地减小。
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