一、工作原理可以把螺旋槳看成是一個一面旋轉一面前進的機翼進行討論。流經(jīng)槳葉各剖面的氣流由沿旋轉軸方向的前進速度和旋轉產(chǎn)生的切線速度合成。在螺旋槳半徑rl和r2(r1<r2)兩處各取極小一段，討論槳葉上的氣流情況。V一軸向速度;n一螺旋槳轉速;中一氣流角，即氣流與螺旋槳旋轉平面夾角；a一槳葉剖面迎角甲一槳葉角，即槳葉剖面弦線與旋轉平面夾角。顯而易見P=a+Q。空氣流過槳葉各小段時產(chǎn)生氣動力，阻力△D和升力△L,合成后總空氣動力為△R。AR沿飛行方向的分力為拉力AT,與旋螺槳旋轉方向相反的力AP阻止螺旋槳轉動。將整個槳葉上各小段的拉力和阻止旋轉的力相加，形成該螺旋槳的拉力和阻止螺旋槳轉動的力矩。必須使螺旋槳各剖面在升阻比較大的迎角工作，才能獲得較大的拉力，較小的阻力矩,也就是效率較高。螺旋槳工作時。軸向速度不隨半徑變化,而切線速度隨半徑變化。因此在接近槳尖，半徑較大處氣流角較小，對應槳葉角也應較小。而在接近槳根,半徑較小處氣流角較大,對應槳葉角也應較大。螺旋槳的槳葉角從槳尖到槳根應按一定規(guī)律逐漸加大。所以說螺旋槳是一個扭轉了的機翼更為確切。氣流角實際上反映前進速度和切線速度的比值。對某個螺旋槳的某個剖面，剖面迎角隨該比值變化而變化。迎角變化，拉力和阻力矩也隨之變化。用進矩比“J”反映槳尖處氣流角/=丫/疝。式中D-螺旋槳直徑。理論和試驗證明:螺旋槳的拉力(T),克服螺旋槳阻力矩所需的功率(P)和效率(n)可用下列公式計算：T=Ctpn2D4P=Cppn3D5n=j?ct/cp式中:Ct-拉力系數(shù)；Cp-功率系數(shù);p一空氣密度小一螺旋槳轉速;D-螺旋槳直徑。其中Ct和Cp取決于螺旋槳的幾何參數(shù),對每個螺旋槳其值隨J變化。特性曲線給出該螺旋槳拉力系數(shù)、功率系數(shù)和效率隨前進比變化關系。是設計選擇螺旋槳和計算飛機性能的主要依據(jù)之一。從計算公式可以看到，當前進比較小時,螺旋槳效率很低。對飛行速度較低而發(fā)動機轉速較高的輕型飛機極為不利。例如:飛行速度為72千米/小時,發(fā)動轉速為6500轉/分時,n^32%O因此超輕型飛機必須使用減速器,降低螺旋槳的轉速,提高進距比,提高螺旋槳的效率。二、幾何參數(shù)直徑(D):影響螺旋槳性能重要參數(shù)之一。一般情況下，直徑增大拉力隨之增大,效率隨之提高。所以在結構允許的情況下盡量選直徑較大的螺旋槳。此外還要考慮螺旋槳槳尖氣流速度不應過大(<0.7音速)，否則可能出現(xiàn)激波，導致效率降低。槳葉數(shù)目(B):可以認為螺旋槳的拉力系數(shù)和功率系數(shù)與槳葉數(shù)目成正比。超輕型飛機一般采用結構簡單的雙葉槳。只是在螺旋槳直徑受到限制時，采用增加槳葉數(shù)目的方法使螺旋槳與發(fā)動機獲得良好的配合。實度(。)：槳葉面積與螺旋槳旋轉面積(nR2)的比值。它的影響與槳葉數(shù)目的影響相似。隨實度增加拉力系數(shù)和功率系數(shù)增大。槳葉角(P):槳葉角隨半徑變化，其變化規(guī)律是影響槳工作性能最主要的因素。習慣上以70%直徑處槳葉角值為該槳槳葉角的名稱值。螺距:它是槳葉角的另一種表示方法。圖1—1—22是各種意義的螺矩與槳葉角的關系。幾何螺距(H):槳葉剖面迎角為零時，槳葉旋轉一周所前進的距離。它反映了槳葉角的大小,更直接指出螺旋槳的工作特性。槳葉各剖面的幾何螺矩可能是不相等的。習慣上以70%直徑處的幾何螺矩做名稱值。國外可按照直徑和螺距訂購螺旋槳。如64/34,表示該槳直徑為60英寸,幾何螺矩為34英寸。實際螺距(Hg):槳葉旋轉一周飛機所前進的距離?？捎肏g=v/n計算螺旋槳的實際螺矩值?？砂碒=1.1?1.3Hg粗略估計該機所用螺旋槳幾何螺矩的數(shù)值。理論螺矩(HT):設計螺旋槳時必須考慮空氣流過螺旋槳時速度增加，流過螺旋槳旋轉平面的氣流速度大于飛行速度。因而螺旋槳相對空氣而言所前進的距離一理論螺矩將大于實際螺矩。三、螺旋槳拉力在飛行中的變化.槳葉迎角隨轉速的變化在飛行速度不變的情況下，轉速增加，則切向速度(U)增大,進距比減小槳葉迎角增大,螺旋槳拉力系數(shù)增大。又由于拉力與轉速平方成正比,所以增大油門時,可增大拉力。.槳葉迎角隨飛行速度的變化：在轉速不變的情況下，飛行速度增大，進距比加大，槳葉迎角減小，螺旋槳拉力系數(shù)減小，拉力隨之降低。當飛行速度等于零時,切向速度就是合速度,槳葉迎角等于槳葉角。飛機在地面試車時，飛行速度(V)等于零,槳葉迎角最大，一些剖面由于迎角過大超過失速迎角氣動性能變壞，因而螺旋槳產(chǎn)生的拉力不一定最大。.螺旋槳拉力曲線：根據(jù)螺旋槳拉力隨飛行速度增大而減小的規(guī)律，可繪出螺旋槳可用拉力曲線。.螺旋槳拉力隨轉速、飛行速度變化的綜合情況:在飛行中，加大油門后固定。螺旋槳的拉力隨轉速和飛行速度的變化過程如下：由于發(fā)動機輸出功率增大，使螺旋槳轉速（切向速度）迅速增加到一定值，螺旋槳拉力增加。飛行速度增加，由于飛行速度增大,致使槳葉迎角又開始逐漸減小,拉力也隨之逐漸降低,飛機阻力逐漸增大,從而速度的增加趨勢也逐漸減慢。當拉力降低到一定程度（即拉力等于阻力）后，飛機的速度則不再增加。此時，飛行速度、轉速、槳葉迎角及螺旋槳拉力都不變，飛機即保持在一個新的速度上飛行。四、螺旋槳的自轉：當發(fā)動機空中停車后，螺旋槳會象風車一樣繼續(xù)沿著原來的方向旋轉，這種現(xiàn)象,叫螺旋槳自轉。螺旋槳自轉,不是發(fā)動機帶動的，而是被槳葉的迎面氣流“推著”轉的。它不但不能產(chǎn)生拉力,反而增加了飛機的阻力。螺旋槳發(fā)生自轉時，由于形成了較大的負迎角。槳葉的總空氣動力方向及作用發(fā)生了質的變化。它的一個分力（Q）與切向速度（U）的方向相同,成為推動槳葉自動旋轉的動力，迫使槳葉沿原來方向續(xù)繼旋轉：另一個分力（-P）與速度方向相反，對飛行起著阻力作用。一些超輕型飛機的發(fā)動機空中停車后由于飛行速度較小，產(chǎn)生自旋力矩不能克服螺旋槳的阻旋力矩時螺旋槳不會出現(xiàn)自轉。此時，槳葉阻力較大，飛機的升阻比（或稱滑翔比）將大大降低。五、螺旋槳的有效功率：.定義:螺旋槳產(chǎn)生拉力，拉著飛機前進,對飛機作功.螺旋槳單位時間所作功，即為螺旋槳的有效功率.公式：N槳=PV式中：N槳一螺旋槳的有效功率;P—螺旋槳的拉力;V一飛行速度.螺旋槳有效功率隨飛行速度的變化：（1）地面試車時，飛機沒有前進速度（V=0）,拉力沒有對飛機作功，故螺旋槳的有效功率為“零”。（2）飛行速度增大時,從實際測得的螺旋槳有效功率曲線：在OA速度范圍內(nèi)，螺旋槳的效功率隨飛行速度的增大而增大;在大于該速度范圍后螺旋槳有效功率則隨飛行速度的增大而減小。在OA速度范圍內(nèi)，當飛行速度增大時,拉力減小較慢，隨速度的增大,螺旋槳有效功率逐漸提高。當飛行速度增大到A時,螺旋槳的有效功率最大。當飛行速度再增大時，由于拉力迅速減小，因此隨著飛行速度的增加而螺旋槳有效功率反會降低。螺旋槳是發(fā)動機帶動旋轉的，螺旋槳的作用是把發(fā)動機的功率轉變?yōu)槔w機前進的有效功率。螺旋槳有效功率與發(fā)動機輸出功率之比,叫螺旋槳效率。n=N槳/N有效螺旋槳負責把引擎的功率轉變?yōu)橄蚯暗耐屏?，重要性不言而喻，螺旋槳推進飛機的原理與火箭、導風扇飛機、噴射機不同，也與船用螺旋槳不同，火箭等前進是因為動量守恒的關系，如果飛機也是靠動量守恒的原理前進，那螺旋槳就要把空氣盡量快盡量多往后吹去，那螺旋槳的形狀就應該像電扇葉片一樣寬且短，而不是像現(xiàn)在我們看的細細長長的，導風扇扇葉形狀類似船用螺旋槳，效率卻很差，因為導風扇引擎、加速管及支撐等物件擋住了不少氣流，而且導風扇后送的空氣速度不夠快，質量更不夠多。我們應該把槳葉看成一片小型的機翼，引擎轉動的速度加上飛機前進的速度，使槳葉對空氣產(chǎn)生相對的速度，槳葉的截面本來就是一個翼型，然后因伯努利定律產(chǎn)生升力，只是此時的升力是向前的，稱為推力，使飛機向前，歷史上有名的競速機GeeBee，得過很多次世界冠軍，也有不少模型像真機，請讀者注意其螺旋槳與機身的比例，它螺旋槳向后的氣流三分之二以上被引擎及機身偏折，根本沒往正后方吹，使人不禁懷疑它怎麼飛，可是它還是世界競速冠軍呢，所以記得螺旋槳的風大不大與推力毫無關系。螺旋槳可依不同方式分類，我們真正有興趣的是直徑與螺距，將於下節(jié)討論，其余分類如下:依槳葉數(shù)：單槳：競速機常用，可避免吃到前葉的尾流，效率最佳，但另一端要配平。雙槳：最常見的型式，合理的效率，容易平衡。三槳以上：像真機或槳葉長度受限時使用，效率稍差。依推力方向:拉力槳：即正槳，從飛機前面產(chǎn)生拉力使飛機向前。推力槳：即反槳，從飛機后面產(chǎn)生推力使飛機向前，少數(shù)引擎可逆轉，雙引擎飛機其中一個引擎逆轉用反槳以抵銷反扭力。依材值:木槳：剛性好，重量輕，但易損壞。塑膠槳：便宜，選擇性多，較不易損壞。碳纖槳：最好，最貴。第二節(jié)螺旋槳的選擇我們仔細看一支螺旋槳上面除了公司的標志外如:［APC］，另外還有一組數(shù)字12x9,這是選擇螺旋槳最重要的一組數(shù)字，12代表這支螺旋槳直徑是12英寸，9代表螺距是9英寸，另一組數(shù)字305x227是公制，單位是mm，代表意義完全一樣，直徑的意思大家都了解，螺距的意思是螺旋槳旋轉一圈，依螺旋槳的角度，理論上螺旋槳前進的距離，當螺旋槳旋轉時槳上的點因距離軸心的不同，行走的距離也不同［=2x3.1416xr］,現(xiàn)在的螺旋槳都是定螺距槳，就是旋轉一圈槳上每一點的螺距都一樣，所以越靠近軸心，槳葉角越大，槳尖部分角度就比較小，當然還有一種定螺角槳，這種槳槳上每一點角度都一樣，當旋轉一圈槳上每一點的螺距都不一樣，越靠槳尖越大，最常見的就是竹蜻蜓，相信大家都玩過，另外也常見於初級橡皮筋動力飛機，因為制作非常簡單。你買一個新引擎，引擎的說明書會建議你，試車時用多大的槳，像真機用多大的槳，特技機又用多大的槳，弄得你迷迷糊糊，在這里說明一下，試車時用的槳一般都比較大，是防止萬一不小心轉數(shù)過高，使新引擎燒毀，沒其他意思，像真機及特技機用的槳不同，最主要是因為飛機速度不同的關系,特技機一般飛行速度比較快，希望螺旋槳在高速飛行時比較有效率，像真機一般來說翼面負載大，希望螺旋槳在低速時比較有效率，起飛、降落時才不會出差錯，沒人會管它極速快不快，我們假設引擎輸出的最大功率是一定值，輸出功率在螺旋槳到達恒定轉速時要克服的是螺旋槳的阻力，我們前面說過應該把槳葉看成一片小型的機翼，螺距越大就是槳葉角越大，相當於機翼攻角越大，當然阻力就越大，螺旋槳越長，面積及槳端切線速度也越大，阻力也越大，既然最大功率是一定值，我們只好在直徑與螺距上作妥協(xié)。特技機希望螺旋槳在高速飛行時比較有效率，像真機希望螺旋槳在低速時比較有效率，我們再提醒一次應該把槳葉看成一片小型的機翼，既然是機翼，同樣就會有攻角、失速問題，甚至誘導阻力情形也一樣，為了找出最佳攻角，請參看，合成的氣流速度等於螺旋槳的切線速度加上飛機前進的速度［假如你對向量不熟悉的話，因為是相對運動，你可以假設你是一只螞蟻趴在螺旋槳前緣，你不動，讓氣流來吹你，想像一下因螺旋槳旋轉加上飛機前進，你臉上吹的是那方向來的風］,螺距太大而飛行速度不夠快，則攻角太大而失速，這種情形在這里叫螺旋槳打滑，螺距太小而飛行速度太快，則攻角太小，效率則很差，所以結論是高速飛機用小槳大螺距，低速飛機用大槳小螺距。以前在萊特兄弟時代，飛機做好以后要拉一個綁在樹上磅秤來測拉力，現(xiàn)在飛行場上偶而也有人這麼做，現(xiàn)在我們知道這是多余的，測得的拉力因沒有飛機前進的速度，所以只有在飛機靜止時有效，飛機有了速度后就不準了。螺距最好的解決辦法當然是使用變距螺旋槳，可依飛行速度不同改變螺距，二次大戰(zhàn)后大部分的螺旋槳飛機都已使用變距螺旋槳，可依飛行速度變換螺距以取得更佳的效率，萬一引擎熄火還可以打順槳，使螺旋槳的阻力減至最低增加滑行距離。日本MK模型出過一組60級用的可變距槳，但在美國模型飛機禁止用可變距槳，怕飛出來傷人，此外螺旋槳靠軸心部分效率很差，所以很多場合乾脆裝上機頭罩減低阻力。第三節(jié)螺旋槳角度的計算現(xiàn)在螺旋槳選擇性多，價格便宜，模型玩家很少自行制作，但偶而想玩橡皮筋動力飛機時，就不得不自己動手了，請各位不要瞧不起橡皮筋動力飛機，高級室內(nèi)橡皮筋動力飛機的螺旋槳會隨著橡皮筋扭力自動改變螺距，而且整架飛機不超過20公克，橡皮筋動力飛機因為轉速比引擎飛機慢，螺距比［螺距直徑］一般1.0?1.6左右，引擎飛機的螺距比大都在0.8以下。定螺角槳：因為定螺角槳只有一部分效率好，所以我們螺距以距離軸心70?80%的部位為準，螺旋槳靠軸心部分效率很差，所以靠軸心30%以內(nèi)部份根本不做槳葉，只剩一根軸。定螺距槳：因定螺距槳每個斷面角度均不一樣，假設要制作一支直徑為D英口寸螺距為p英寸的槳。第四節(jié)引擎的選擇模型飛機使用的引擎有很多種，現(xiàn)在因為大多數(shù)人都使用熱灼引擎(glowengine)及汽油引擎，大家?guī)缀跬诉€有其他模型引擎如：1柴油引擎：其實他是燒乙醚而不是燒柴油的，只是它踉踉柴油引擎一樣沒有火星塞，直接壓縮爆發(fā)，但真正的柴油引擎是將空氣壓縮后再噴入燃料爆發(fā)，而模型柴油引擎是將先空氣與燃料混合后再壓至爆發(fā)，二次大戰(zhàn)后歐洲國家管制甲醇及硝基甲烷，所以柴油引擎流行一陣子。2二氧化碳引擎：使用一個二氧化碳氣瓶，借壓縮的二氧化碳氣體推動活塞驅動螺旋槳，沒有任何點火裝置也不用燃料，常用於自由飛模型。3脈沖噴射引擎：又叫火管，星艮二次大戰(zhàn)德國V1火箭一樣的引擎，屬於噴射引擎的一種，聲音吵得嚇死人，中國大陸飛燕公司有生產(chǎn)兩種尺寸，非常便宜，美國還有公司出套件，讓人自行制作，號稱噴出的火焰有十公尺遠。很多人選擇引擎的原則是，選擇只要塞的下引擎室的最大引擎，這其實是一個不正確的觀念，我們知道飛行的阻力與速度平方成正比，當飛機速度已經(jīng)很高，這時候要增加一點點速度馬力要增加很大，選擇超過適當排氣量的引擎，不但重量增加，因耗油量也增加，所以裝上更大的油箱，翼面負載增加的結果使飛行攻角增大，阻力也因而增大，所以效果很差，更不要提對飛機結構的影響了，要改善飛行效率應從改善飛機的空氣動力著手，而不是一味加大引擎，此外競速飛機盡量選擇高轉速、低扭力的短沖程引擎，像真機盡量選擇低轉速、高扭力的長沖程引擎或四沖程引擎，以使螺旋槳發(fā)揮最大效率。很多人不曉得模型引擎的大小如32、120代表什麼意思，美國的引擎采用英制，32代表0.32立方英寸，120就代表1.20立方英寸，一立方英寸是16.39CC(立方公分)，所以32引擎排氣量是5.24(=0.32*16.39)立方公分，但世界上其他國家如德國等生產(chǎn)的引擎已漸漸采用公制。第五節(jié)導風扇很多很漂亮的像真噴射機，但機頭或機尾裝了一個引擎，在天上飛時離得遠看上去還好，擺在地面展示時，那引擎與螺旋槳實在煞風景，要把引擎與螺旋槳藏起來，在渦輪引擎還沒出來前導風扇是惟一選擇，導風扇是利用高轉速活塞引擎［24000rpm左右］推動類似渦輪扇葉，將大量空氣往后加速，可以模擬出類似渦輪引擎的效果，圖中槳轂的白漆是量轉速用的，導風扇雖然效率差，但因現(xiàn)代噴射機都很流線，機翼也不大，所以阻力小，像真噴射機飛行速度也不慢，但起飛滑行加速比較慢。導風扇飛機最需要注意的地方就是空氣的進出通道，進口的通道除了截面積要足夠外，也要做得非常流線，避免粗糙、突出物或溝縫，必要時只好在肚子挖”作弊孔”以增加空氣進入量，出口的通道除了要做得非常流線外，還要有一點漸縮，以增加排氣速度，還有一點要特別注意的，因為導風扇進氣口吸力很強，所有零件、電線都要固定好.第六節(jié)渦輪引擎模型渦輪引擎經(jīng)過這幾年的發(fā)展已漸漸成熟，雖然價位還不是一般人能接受，從早期危險的丙烷燃料到現(xiàn)在的煤油或JP燃料［煤油+汽油］，我們可以期待起動方式更方便，價位更低能讓一般人接受的引擎出現(xiàn)，模型渦輪引擎是一個具體而微的渦輪噴射引擎，渦輪引擎推進的原理是引擎前端將空氣吸入后，由壓縮器加壓，再至燃燒室燃燒，膨脹后的高壓氣體由后方排出，因動量守恒原理而得到向前的推力，高壓氣體同時也推動渦輪，渦輪再把動力傳給壓縮器，渦輪發(fā)動機因輸出動力方式的差異可分為：1渦輪噴射發(fā)動機：最典型的噴射引擎，原理如前所述，模型渦輪引擎就是屬於這種。2渦輪扇發(fā)動機：跟渦輪噴射發(fā)動機很類似，但有旁通氣流，請注意.發(fā)動機風扇吸入的空氣有部分沒經(jīng)過燃燒室就直接加壓后排出，那就是旁通氣流，優(yōu)點是比較經(jīng)濟，缺點是飛機最大速度會稍為慢，商用噴射機旁通比都很大，所以發(fā)動機看起來都很胖。3渦輪旋槳發(fā)動機：這也是一種噴射發(fā)動機，但是以螺旋槳方式輸出動力，踉活塞發(fā)動機比，噴射發(fā)動機零件少很多，重量也輕，比較好維修保養(yǎng)，又因為它沒有活塞、曲軸、頂桿等的往復運動，所以震動也減少很多，玩過遙控飛機的人都知道，震動是很多問題的根源。4渦輪軸發(fā)動機：這也是一種噴射發(fā)動機，但輸出的軸馬力最大，剛好用在直升機上，現(xiàn)代直升機都是采渦輪軸發(fā)動機，所以以后有人踉你說那架直升機是噴射引擎的，你也不要吃驚。［圖5-7］的后半截是一個后燃器，后燃器的原理是因為空氣經(jīng)過燃燒室燃燒后，只消耗到不到10%的氧氣，后燃器里面的空氣因剛從燃燒試室出來，當然很熱，而且還有很多氧氣，那乾脆就直接把燃料噴進去，再一次燃燒進一步加熱空氣增加推力，代價當然是效率非常差，但緊急時渦輪噴射型發(fā)動機幾乎可以增加100%的推力。渦輪發(fā)動機轉速很高，怠速時的轉速都比活塞引擎的全速還高，所以實機發(fā)動機起動時一般都要另外以電源車或氣源車先將引擎預轉至點火速度，渦輪發(fā)動機還有一些需注意的特性，活塞引擎的功率幾乎與轉速成正比，但渦輪發(fā)動機在轉速達最高轉速的50%時輸出的功率還不到20%，且低轉速時燃料消耗比約為全速時的三倍，所以低轉速時既耗油又沒效率，還有油門的反應比活塞引擎慢很多，此外因發(fā)動機需要大量空氣，改變飛行姿態(tài)時如進氣道設計不好會使壓縮器轉子失速，所以渦輪發(fā)動機不適合作特技