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飛行員航空知識手冊 航空知識手冊全集

時間:2011-04-08 11:31來源:網絡 作者:航空 點擊:


當飛機在地面靜止而引擎工作時,或者在起飛的開始階段緩慢的移動時,螺旋槳效率是很低的,因為螺旋槳受阻止不能全速前進以達到它的最大效率。這時,每一個螺旋槳葉以一定的迎角在空氣中旋轉,相對于旋轉它所需要的功率大小來說產生的推力較少。
為理解螺旋槳的行為,首先考慮它的運動,它是既旋轉又向前的。因此,如圖3-27中顯示的螺旋槳力向量,螺旋槳葉的每一部分都向下和向前運動。空氣沖擊螺旋槳葉的角度就是迎角。這個角度引起的空氣偏向導致了在螺旋槳引擎側的氣動壓力比大氣壓力大,所以產生了推力。
槳葉的形狀葉產生推力,因為它的彎曲就像機翼的外形。所以,空氣流過螺旋槳時,一側的壓力就小于另一側。如機翼中的情形一樣,這產生一個向較低壓力方向的反作用力。對于機翼,它的上面氣壓低,升力是向上的。對于螺旋槳,它是垂直安裝的,而不是水平的飛機上,壓力降低的區域是螺旋槳的前面,這樣推力就是朝前的。按照空氣動力學的說法,推力是螺旋槳外形和槳葉迎角的結果.
考慮推力的另外一個方法是螺旋槳應對的空氣質量方面。這方面,推力等于它的空氣質量,螺旋槳引起的滑流速度越大,飛機速度就越小。產生推力所消耗的功率取決于空氣團的運動速度。一般來說,推力大約是扭距的80%,其他20%消耗在摩擦阻力和滑移上。對于任何旋轉速度,螺旋槳吸收的馬力平衡力引擎輸出的馬力。對螺旋槳的任意一周,螺旋槳處理的空氣總量依賴于槳葉角,它確定了螺旋槳推動了多少的空氣。所以,槳葉角是一個很好的調整螺旋槳負荷的方法來控制引擎轉速。
槳葉角也是一個很好的調整螺旋槳迎角的方法。在橫速螺旋槳上,對所有引擎和飛機速度,槳葉角必須可調以提供最大效率迎角。螺旋槳和機翼的升力-阻力曲線,表明最大效率迎角是一個小的值,從2到4度變化的正值。實際槳葉角必須維持這個隨飛機前進速度而變化的小迎角.
為一周旋轉和前進速度的效率最好而設計了固定槳距和地面可調節(ground-adjustable)螺旋槳。這些螺旋槳設計用于特定的飛機和引擎配合。螺旋槳可以在起飛,爬升和巡航或高速巡航時提供最大螺旋槳效率。這些條件的任何改變將會導致螺旋槳和引擎效率的降低。由于任何機械的效率是有用的輸出功率和實際輸出功率的比值,那么螺旋槳效率就是推力功率和制動功率的比值。螺旋槳的效率范圍一般是50%到87%,和螺旋槳的滑距(Slip)有關。
螺旋槳滑距是螺旋槳的幾何節距和有效節距之間的差值。如圖3-28,幾何節距是螺旋槳旋轉一周應該前進的理論距離;有效節距是螺旋槳旋轉一周的實際前進距離。因此,幾何的或者理論的節距是基于沒有滑動的,但是實際的或者有效的節距包含了螺旋槳在空氣中的滑動

螺旋槳扭曲的原因是螺旋槳葉的外面部分切向速度比中心部分快。如圖3-29,如果槳葉在全部長度上的幾何節距相同,在巡航速度上靠近螺旋槳中心的部分會有負迎角而螺旋槳尖部將會失速。在槳葉幾何節距范圍內的扭曲或者變形讓巡航飛行時螺旋槳葉在他的長度上保持相對恒定的迎角工作。換句話說,就是螺旋槳葉的扭曲對應于螺旋槳葉長度上不同速度的部分有合適的迎角,這樣就能夠讓推力在螺旋槳葉長度上的分布相對均衡。

通常1度到4度能夠提供最有效的升力/阻力比,但是固定節距螺旋槳的飛行時迎角可變范圍可以從0度到15度。這個變化是由于相對氣流的變化進而導致飛機速度的變化。簡而言之,螺旋槳迎角是兩個運動的結果:螺旋槳沿其軸的轉動和它的前進運動。
然而恒速螺旋槳會在飛行中遇到的大多數情況下自動調節它的槳葉角保持在最大效率。在起飛時,此時要求最大功率和推力,恒速螺旋槳處于低螺旋槳葉角或節距。低槳葉角時迎角小,能夠保持和相對風的效率。同時,它使得螺旋槳旋轉一周推動的空氣質量更小。這樣的輕載荷讓引擎旋轉高轉速,能夠在一定時間內把最大量的燃油轉換成熱能。高轉速也產生了最大的推力;因為,盡管每旋轉一周推動的空氣質量變小了,但是每分鐘的旋轉次數大大增加了,推動的氣流運動速度變高了,在飛機低速時,推力是最大的。

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