发动机课堂:螺旋桨如何产生拉力?

来源:2020-11-21 21:11:12

涡轮螺旋桨发动机的特殊部件:螺旋桨和减速器

螺旋桨是将航空发动机(活塞式或燃气涡轮式)的轴功率转化为航空器拉力或推进力的叶片推进装置,由桨叶、桨毂、操纵机构等构成。

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螺旋桨剖面结构

这类螺旋桨常用于二战期间的美制战斗机、轰炸机和运输机。

其操纵机构利用转速敏感元件,感受螺旋桨转速的变化,用以改变、调节桨叶的桨叶角(即桨距),达到调节发动机转速和螺旋桨拉力的目的。在发动机起动时,桨叶安装角变小,使螺旋桨转动阻力矩最小,便于起动;飞机起飞时桨叶安装角变大,使螺旋桨产生最大拉力;当飞机降落后在地面滑跑时,还可将桨叶调到负桨位置以产生负拉力,对飞机进行刹车,缩短滑行距离;飞机飞行中,一旦发动机因故障而停车时,操纵机构自动将桨叶前缘调整到与飞行方向一致的位置(称为顺桨),以免桨叶被气流吹转,形成飞机的阻力。

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A400M的两个涡桨发动机

上图A400M的两个涡桨发动机一个处于工作状态,另一个处于停车状态。可明显看出两个发动机的桨叶安装角的区别。

减速器是使发动机输出轴转速降低到飞机推进器或附件所需转速和转向的齿轮装置。飞机推进器可以是飞机的螺旋桨,也可以是直升机的旋翼。

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P-3飞机的推进器是螺旋桨

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CH-47飞机的推进器是旋翼

涡轮螺旋桨发动机的减速器均采用齿轮传动,要求减速器在高负荷、高转速下工作可靠、效率高。由于在减速器的设计、加工中,作到了精益求精,其传动效率可高达98-99%;虽然传动效率这么高,但因传递功率大,其摩擦功率可高达50-200马力(37-147千瓦),需通过对齿轮、轴承喷入大量的滑油,以带走摩擦产生的热量。

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采用齿轮传动的减速器

在结构方面,涡轮螺旋桨发动机减速器的传动比(减速器输入轴转速与输出轴转速之比)通常为10-16。为了达到减速器的传动比要求,必然是齿轮尺寸很大,或者采用复杂的多级传动方式。

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普惠公司研制的高速减速器

而由于减速器通常设置在压气机前,因此齿轮尺寸过大会使得减速器外形增大、发动机迎风面积变大,最终导致阻力增加。同时发动机进气道中的气流偏转增大,会造成较大的进气损失,使得功率降低。因此,为了解决大传动比与小外廓尺寸之间的矛盾,涡轮螺旋桨发动机的减速器只能设计得较复杂、加工精度要求高。(小鱼儿)


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