螺旋桨

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螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转,将发动机转动功率转化为推进力的装置。螺旋桨,是带有叶片的原动机的机械元件,叶片通常围绕轴呈放射状(星形)排列。 从技术上讲,船舶现在被称为船舶螺旋桨。在飞机上,螺旋桨有时被称为空气螺杆;在直升飞机中,轴承效应主导着推进力,人们在那里谈到旋翼。对于根据相同原理工作的风力涡轮机,只是从气流中反向提取能量,而不是产生能量用于推进或升力,人们也称之为推斥器。 螺旋桨是涡轮...

螺旋桨

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螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转,将发动机转动功率转化为推进力的装置。螺旋桨,是带有叶片的原动机机械元件,叶片通常围绕轴呈放射状(星形)排列。

技术上讲,船舶现在被称为船舶螺旋桨。 在飞机上,螺旋桨有时被称为空气螺杆; 在直升飞机中,轴承效应主导着推进力,人们在那里谈到旋翼。 对于根据相同原理工作风力涡轮机,只是从气流中反向提取能量,而不是产生能量用于推进或升力,人们也称之为推斥器。

按机型分类

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螺旋桨是涡轮机的元件,它们吸收机械功并将其以流动能的形式传递到周围的介质中;这些算作工作机器

船舶领域

螺旋桨是船舶的主要推进方式之一,螺旋桨通常布置于船舶艉部,主要由桨叶和桨毂两部分构成。

由于船舶在水中运动时,会受到来自水和空气的总阻力,螺旋桨的作用力与水流情况密切有关,依靠拨水向后来产生推力,从而推动船舶前进运动。

螺旋桨与船体和主机构成一个复杂的联动机构,船体是能量的需求者,螺旋桨是能量的转换器,主机是能量的发生器,这三者之间的工作状态及能量转换相互关联和牵制。

飞机领域

螺旋桨在飞机领域也有广泛的应用。螺旋桨飞机,是指用空气螺旋桨将发动机的功率转化为推进力的飞机,其工作原理是:发动机做功驱动螺旋桨,通过螺旋桨的旋转产生推力推动飞机向前运动,依靠飞机固定翼产生的升力使得飞机升空。螺旋桨飞机是固定翼飞机的一种。

作用原理及应用

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叶片的形状和对齐方式使得周围介质(例如空气或水)在转子旋转时倾斜或不对称地围绕它们流动。 机翼经历动态升力,其轴向分量一方面由转子的轴承承受并称为推力,另一方面导致介质沿相反方向流动,转子喷射。 如果产生压力并不重要,如气垫船的情况,但需要推力,那么效率会随着旋翼面积的增加而增加,因为旋翼射流在其质量增加时以相同的动量吸收较少的动能。

升力的切向分量与流动阻力一起产生扭矩,驱动器必须通过轴传递该扭矩并导致转子喷嘴旋转。在管道流动中,通过转子上游和/或下游的导叶可以大 大减少与流动旋转相关的能量损失,而在自由流动中,速度比(所谓的提前度的倒数)为如果可能,会选择超过一个。

叶型的流入是介质通过转子表面的流速与叶片从内向外增加的固有运动叠加的结果(前者可能是通过介质的驱动速度和加速的速度之和转子射流中介质的运动)。 这种有效流动的方向从内向外变化。 通过扭转叶片,可以在整个叶片长度上实现基本恒定的有效攻角。

为了能够在液体中使用更高的速度而不发生破坏性空化,使用具有低升力系数的扁平叶片,它们完全填充转子表面甚至彼此重叠,同时用于加速相对稀薄的空气(也高升力系数)非常细的叶片就足够了。

向外,流入速度几乎呈线性增加,每个剖面深度可能的升力几乎是二次方,但必要的升力(与扫过的圆环面积)仅呈线性,这就是必要的剖面深度与半径成反比减小的原因.

推进器

如果螺旋桨的安装方式不是“拉”,而是“推”,则称为压力螺旋桨。在飞机上,这种螺旋桨的布置使飞行员能够在飞行方向上坐在螺旋桨的前面。

牵引和压力螺旋桨的组合也是可能的(推拉螺旋桨),B-36轰炸机应用了喷气发动机和推进螺旋桨组合的概念。

除了典型的螺旋桨驱动器之外,它由两叶或四叶螺旋桨驱动,具体取决于路线剖面。

推进螺旋桨通常用于重量控制的超轻型飞机

由于推进式螺旋桨通常位于机翼后方,理论上比通常位于机翼前方的牵引式螺旋桨更具优势。

牵引螺旋桨在机翼前面设置气流进入螺旋运动,从而扰乱机翼周围的理想气动流动,而推进螺旋桨,至少在理论上,不会对机翼周围的流动产生负面影响。

然而螺旋桨前面的飞行器部件(机身、机翼、发动机舱)干扰了压力螺旋桨的理想进气和效能;因此,推动器配置的效率往往低于可比的拉动器配置。

它们的声音也往往更大,因为螺旋桨叶片穿过例如机翼的尾流,这会在叶片上产生压力分布的快速变化,这在通常的旋转频率下处于可听范围内。

推进式螺旋桨的优点是提高了纵向稳定性,即当飞机向上倾斜时,它会产生一个俯仰力矩,反之亦然(取决于俯仰角和俯仰率)。这同样适用于偏航角和速率。牵引螺旋桨具有相反的效果。因此,推进螺旋桨主要用于在纵向稳定性方面配置异常的飞机,例如鸭式配置(“鸭式飞机”)。

特点

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其中 T 表示螺旋桨推力,Q 扭矩,D 螺旋桨直径,n 速度和 ρ 介质密度。严格来说,开放水效率仅适用于“均匀流入”(没有一艘船的存在)。 作为进步程度的函数,它具有对于特别节能的驱动器应遵守的最 大值。螺旋桨在船上的布置会产生相互作用,称为吸力系数、尾流系数和布置的质量程度,它们与螺旋桨在航行中的效率一起决定推进的质量。

与飞机涡轮机相比,飞机螺旋桨的效率要高得多,为 80% 至 90%,但速度只能达到 700 公里/小时左右。 船用螺旋桨也可以达到这些值,但只有足够低的推力系数,由于吃水和螺旋桨尺寸的限制,很少适用。

螺旋桨

几何参数

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直径

螺旋桨的直径是它的翼尖在旋转过程中所描绘的圆的直径。

直径的选择取决于螺旋桨的旋转速度、可用功率和所需速度。 对于相同的功率,直径通常在较慢的船上较大,而在较快的船上较小。 在所有其他变量相同的情况下,直径随着功率增加、RPM 降低(由于较低的发动机速度和/或较大的传动比)或水面螺旋桨而增加。

叶片的材料强度刚度以及叶尖的速度通常是高速飞机螺旋桨直径的限制因素。 如果叶尖速度超过音速,预计会产生相当大的噪音和低效率。 当螺旋桨本身产生的空气湍流导致叶片尖端振动时,也会发生类似的情况,这与缺乏刚性有关。

可能的直径也部分受到结构条件的限制,例如,舷外机的防风板或飞行器的离地间隙。

坡度

几何螺距对应于螺丝固体材料中旋转一圈所覆盖的距离,类似于木头中的螺钉。 对应的几何形状为螺旋面。 压力侧的螺旋桨表面实际上在很大程度上对应于这种形状,除了轮毂区域。

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词条目录
  1. 螺旋桨
  2. 按机型分类
  3. 船舶领域
  4. 飞机领域
  5. 作用原理及应用
  6. 推进器
  7. 特点
  8. 几何参数
  9. 直径
  10. 坡度

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