桨叶角

航空术语

桨叶角（propeller blade angle），又称桨叶的扭角，是指螺旋桨弦线和螺旋桨旋转平面之间的夹角，它随半径变化而变化，其变化规律是影响桨工作性能最主要的因素。习惯上，以70%直径处桨叶角值为该桨桨叶角的名称值。

动力来源

飞机螺旋桨在发动机驱动下高速旋转，从而产生拉力，牵拉飞机向前飞行。这是人们的常识。可是，有人认为螺旋桨的拉力是由于螺旋桨旋转时桨叶把前面的空气吸入并向后排，用气流的反作用力拉动飞机向前飞行的，这种认识是不对的。那么，飞机的螺旋桨是怎样产生拉力的呢？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。桨叶在高速旋转时，同时产生两个力，一个是牵拉桨叶向前的空气动力，一个是由桨叶扭角向后推动空气产生的反作用力。另一个牵拉飞机的力，是由桨叶扭角向后推空气时产生的反作用力而得来的。桨叶与发动机轴呈直角安装，并有扭角，在桨叶旋转时靠桨叶扭角把前方的空气吸入，并给吸入的空气加一个向后推的力。与此同时，气流也给桨叶一个反作用力，这个反作用力也是牵拉飞机向前飞行的动力。由桨叶异型曲面产生的空气动力与桨叶扭角向后推空气产生的反作用力是同时发生的，这两个力的合力就是牵拉飞机向前飞行的总空气动力。

早期飞机大多使用桨叶角固定不变的螺旋桨，它的结构简单，但不能适应飞行速度变化。现代的螺旋桨飞机多采用桨叶角可调的变距螺旋桨，这种螺旋桨可根据飞行需要调整桨叶角，提高螺旋桨的工作效率。由于螺旋桨在旋转时，桨根和桨尖的圆周速度不同，为了保持桨叶各部分都处于最佳气动力状态，所以把桨根的桨叶角设计成最大，依次递减，桨尖的桨叶角最小。

测量实验

测量方法

涡轮螺旋桨发动机的特点是利用螺旋桨将燃气大部分可用能量转换成推进功率，即有效功85%～90%传递给螺旋桨产生拉力，涡桨发动机的推进效率近似等于螺旋桨的有效效率。因此，桨叶角是涡轮螺旋桨发动机的重要参数之一。测量的准确与否不但直接影响对发动机性能（拉力、推进效率等）评定，而且是检查螺旋桨发动机顺桨、回桨、反桨等的位置标志。

朱宇在《涡轮螺旋桨发动机桨叶角测量试验》详细介绍了涡轮螺旋桨发动机桨叶角测量方法，包括桨叶角传感器的研制、安装以及测试系统数据遥测、采集处理整个无线传输过程。螺旋桨测试系统包含遥测系统和数据采集/记录系统。遥测系统的动部件和静部件由德国德泰遥测公司（ Datatel）研制，为 40通道应变、桨叶角遥测系统，具有抗干扰能力强、信号质量好、数据精度高、使用维护方便的特点。机载数据采集/记录系统由德国雷卡公司（ Heim System GmbH）提供。该机载采集/记录器可满足同时记录 40 通道信号，并具有数据远传、机上实时监视功能。该方法在运八飞机试验平台上成功地进行了飞行验证，为验证螺旋桨空中调节和运行规律提供了宝贵的试验数据，对于今后螺旋桨、旋翼及其它高速旋转部件的试飞测试具有重要参考价值。

实验结果

桨叶角随飞行速度的变化

保持飞行高度不变、发动机状态不变，进行加减速平飞试验，得到涡桨发动机螺旋桨桨叶角跟速度的关系。随着飞行速度的增大，发动机总增压比增大，涡轮中的焓降也加大，同时发动机进气流量随飞行速度的增大而增大，因此发动机输出功率增大。为了保持发动机恒转速，发动机桨叶角增大。

桨叶角随飞行高度的变化

保持发动机状态不变，进行等速爬升飞行试验。随着飞行高度的增加，空气密度减小很快，虽然发动机输出功率减小，但螺旋桨需用扭矩也同时减小，发动机转速仍然有增大的趋势，为了保持发动机转速恒定，发动机桨叶角随高度的增加而增大。

桨叶角随发动机状态的变化

飞行高度和飞行速度不变时，随着发动机油门角度的增大，发动机油耗增大，发动机输出轴功率也同时增大，为了保持等转速调节，螺旋桨桨叶角增大。

测量结论

（1）通过试验，较为准确地掌握了螺旋桨空中调节和运行规律，为该螺旋桨的设计定型提供了宝贵的试验数据；

（2）从试验过程和试验结果可知，为了获得准确的试验数据，桨叶角传感器设计、加工和安装的质量是非常关键的因素。

控制调节

桨叶角控制

一旦飞行员设定好螺旋桨的转速，螺旋桨调速器就会自动地调整桨叶角以维持选择的转速。它是通过利用机油压力的变化实现的。通常，桨距变化所使用的油压直接来自于发动机润滑系统。当使用调速器后，通过油泵增加油压来利用机油，而这个油泵和调速器是集成在一起的。更高的压力能够使桨叶角变化得更快。螺旋桨的运行转速由调速器调节。飞行员通过驾驶舱中的螺旋桨控制杆改变调速器齿条的位置而改变调速器的设定。

在一些恒速螺旋桨上，通过使用桨叶的固有离心扭转运动实现桨距的改变，这个运动倾向于使桨叶向低桨距位置变平，而作用到和螺旋桨叶相连的液压活塞的油压把桨叶向高桨距位置移动。另一种恒速螺旋桨使用连接到桨毂中桨叶柄的配重物。调速器油压和桨叶扭转运动使桨叶向低桨距位置移动，而作用于配重物上的离心力把配重物(和桨叶)向高桨距位置移动。在上述的第一种情况下，调速器油压使桨叶向高桨距位置移动;在第二种情况下，调速器油压和桨叶扭转运动使桨叶向低桨距位置移动。因此，一旦失去调速器油压，将会以互相不同的方式对每个桨叶造成影响。

桨叶角调节范围

恒速螺旋桨的桨叶角范围为11.5°～40°。飞机速度越高，桨叶角范围越大，如图1所示。

桨叶角的可能范围术语称为螺旋桨的调节范围。调节范围的定义是在高桨叶角和低桨叶角桨距停止位之间的螺旋桨桨叶行程极限。只要螺旋桨桨叶角位于调节范围内且不靠近每一桨距停止位，就能够维持恒定的发动机转速。然而，一旦螺旋桨桨叶达到它的桨距停止位极限，发动机转速将会与固定桨距螺旋桨类似，随着空速和螺旋桨负荷的变化而增加或降低。例如，一旦选择了一个具体的转速，如果空速充分地降低，螺旋桨桨叶将会降低桨距，以便维持选择的转速，直到它们到达低桨距停止位。在那一点，空速任何程度的进一步降低都会导致发动机转速降低。相反，如果空速增加，螺旋桨桨叶角将增加，直到达到高桨距停止位。然后发动机转速会开始增加。

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