飛機螺旋槳變距的工作原理

2020-03-30   輕航之家

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在嚴格的意義上,螺旋槳槳距是指螺旋槳轉一圈縱向前進的理論距離。槳距和槳葉角描 述兩個不同的概念,然而它們是密切相關的。如說一個螺旋槳有固定的槳距,實際上意味螺 旋槳槳葉給定在固定的梁葉角上。槳距和槳葉角存在下述關係,即

幾何槳距定義為螺旋槳通過不可壓縮介質轉一圈前進的距離,沒有任何效率損失。所以,槳葉角大,則幾何槳距大。幾何槳距是從距離槳轂槳葉長度75%點測量的。

有效槳距是指螺旋槳轉一圈實際前進的距離。有效槳距從飛機在地面靜止時的零到最有效的飛行狀態幾何槳距的90%變化。幾何槳距和有效槳距之間的差稱為滑流(滑距)。

螺旋槳滑流代表由於低效引起的總損失。滑流的大小影響拉力的大小。飛行速度的大小則取決於螺旋槳的有效槳距和轉速。

可調槳距螺旋槳。地面可調槳距螺旋槳在飛行中槳葉角不能改變,在地面槳葉角可以改變。可控槳距螺旋槳在螺旋槳旋轉時槳葉角可被改變。這使槳葉角為特定的飛行狀態提供最好的性能。槳里位置的數目可被限制,如雙位可控螺旋槳,或槳距在最小和最大給定之間任何角度調節。

下面則將重點介紹雙位螺旋槳調節槳距的工作原理:

1.雙位螺旋槳

雙位螺旋槳利用控制活門引導發動機滑油進入螺旋槳以減小槳葉角;泄放滑油返回發動 機,使槳葉進入高槳葉角。兩種力用於引起槳葉角改變:在螺旋槳油缸里的滑油壓力和作用 在配重上的離心力。其他的力對系統工作影響很小。當螺旋槳控制杆向前移時減小槳葉角, 選擇活門轉動引導發動機滑油進入螺旋槳油缸,滑油壓力克服配重的離心力,槳葉角轉到低 槳葉角(見圖一

圖一:槳葉角減小

為增大槳葉角,駕駛艙控制杆後移,選擇活門轉動從螺旋槳釋放滑油,現在配重的離心 力大於螺旋槳油缸中滑油產生的力。滑油流出油缸返回發動機集油槽,螺旋槳由配重的離心 力保持在高槳葉角(見圖二)。

圖二:槳葉角增大

2.螺旋槳調速器

恆速螺旋槳系統中螺旋槳槳葉角由調速器作用改變而保持螺旋槳轉速不變。幾乎所有現 代中、高性能飛機都使用恆速螺旋槳。

螺旋槳調速器是一個轉速敏感部件,響應系統轉速的變化通過引導滑油進出螺旋槳來改 變槳葉角,使系統轉速回到初始值。

,調速器分成3部分:頭部、本體和基座。調速器頭部包含飛重、轉速計彈簧、控制滑輪 和轉速計架等。調速器本體包含螺旋槳滑油流動控制機構:分油活門、滑油油路、釋壓活 門。基座包含增壓泵,在發動機上的安裝面,引導發動機滑油到泵和滑油從螺旋槳返回發動 機集油槽的油路(見圖三

圖三:調速器結構

分油活門的位置由連到傳動軸端部的飛重作用決定。當轉速增加時,飛重向外張開,分 油活門抬高;當轉速減少時,飛重向內收,分油活門降低(見下面圖示)。分油活門的移動 響應轉速的改變,引導滑油流動調節槳葉角保持選擇的轉速。

飛重的作用力由位於飛重上面的轉速計彈簧力克服。彈簧力由駕駛員通過控制機構調 節。當希望高轉速時,駕駛艙控制杆向前移壓縮轉速計彈簧。增加的彈簧力使飛重向內收, 分油活門降低,引起槳葉角減小,轉速增加,直到飛重離心方克服轉速計彈簧力分油活門回 到中立位置。

無論何時飛重向外張開,分油活門抬高,調速器總是處於超速狀態(見圖四。當 飛重向內收,調速器處於低速狀態(見圖五。當轉速同調速器給定值一樣時,調速器 處於在轉速狀態(見圖六

圖四:調速器在超速狀態

圖五:調速器在低速狀態

圖六:調速器在勻轉速狀態

3.變距

螺旋槳調速器變距又可分為雙向變距、正向變距和反向變距三種形式。槳葉角增大叫變 大距,槳葉角減小叫變小距。螺旋槳變大距和變小距都是靠液體壓力進行的,這種螺旋槳調 速器稱為雙向液壓式調速器(見圖七

圖七:雙向變距

駕駛艙內的變距杆固定在某一位置,即調速器彈簣力一定時,調速器自動保持某一相應 的發動機轉速。這時離心力與彈簧力平衡,分油活門處於中立位置,螺旋槳槳葉角不發生 變化。

如果由於某種原因引起發動機轉速增大,則離心飛重抬起分油活門的力量増大,分油活 門上移。從滑油泵來的滑油進入大距油路,流入變距活塞左邊的A室,變距活塞右移,蠟 旋槳變大距。同時,變距活塞右邊B室的滑油順著小距油路回油。隨著螺旋槳槳葉角的增 大,螺旋槳的阻力力矩增加,發動機轉速減小。隨著轉速的減小,離心飛重抬起分油活門的 力量也隨之減小,分油活門又向下移,宜到轉速減小到原來的數值,分油活門回到中立位 量,堵住變距油路,螺旋槳槳葉角不再變大,轉速不再減小,調速器保持原來的轉速不變 (見圖八

圖八: 轉速增大時變大距工作情形

轉速減小時調速器的工作與轉速増大時的相反(見圖九

圖九: 轉速減小時變小距工作情形

有的螺旋槳不是完全依靠液體壓力來變大距和變小距。用液體壓力變大距,用螺旋槳槳 葉旋轉時所產生的離心力變小距叫反向變距(見圖十

圖十: 反向變距工作原理

這種形式的變距,當油壓損失 時會自動變小距,因此,反向變距螺旋槳有定距機構。

螺旋槳由液體壓力變小距,用螺旋槳上裝置的配重所產生的離心力變大距叫正向變距 (見圖十一

圖十一: 正向變距工作原理

如果需要改變裝有以上兩種調速器的發動機轉速,同雙向變距的情況一樣,應通過操縱 變距杆來實現。前推變距杆,調速器彈簧力增大,發動機轉速增大;後拉變距杆,發動機轉 速減小。

有的機型上用的是電動式調速器,主要由離心飛重、彈簧、雙向電動機、接觸裝置和繼 電器組成(見圖十二

圖十二:電動式調速器工作原理

駕駛艙變距杆固定在某一位置時,調速器彈簧力不變,自動保證發動機在某一轉速工 作。接觸裝置的中間接觸點恰好停留在中間位置,與上、下接觸點均不接觸。電動機不轉 動,螺旋槳槳葉角不發生變化。如果由於某種原因引起發動機轉速增大,則離心飛重向上抬 起中間觸點的力量也增大,中間觸點上移,與上面的接觸點接觸,電動機隨即轉動,使螺旋槳變大距,發動機轉速減小,直到轉速回到原來的數值為止。中間接觸點又回到中間位置, 電路斷開,電動機停止轉動,槳葉角不再增大,發動機又回到原來的轉速。發動機轉速減 小,調速器的工作情形與上面所述完全相反。如果需要改變發動機轉速,應通過操縱變距杆 來實現。

如上所述,改變螺旋槳的槳葉角叫變距;增大槳葉角叫變大距;減小槳葉角叫變小距。螺旋槳從高槳葉角返回低槳葉角叫回槳。飛行速度、高度改變引起發動機轉速變化,適當地 改變槳葉角,使阻力力矩始終等於旋轉力矩,轉速就可以保持不變。例如,飛行速度增大 時,槳葉迎角a減小,螺旋槳變「輕」,發動機轉速會因阻力力矩減小而增大。這種情況 下,如果增大槳葉角飢發動機轉速就不會隨飛行速度增大而增大(見圖十三)。發動機啟動時螺旋槳應在低槳葉角位置。

圖十三: 飛行速度變化時槳葉角的調節

來源:原創 民航百科資訊

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