飛行最美--輕航機世界

那天帶了組槳給阿谷,在路上我就一直在想這隻槳的設計.那麼我們今天就來聊聊螺旋槳的故事吧.Propeller 螺旋槳,他作用的原理是什麼?其實說穿了跟飛機機翼的結構有點像喔,螺旋槳產生的推力,是由本身槳葉的攻角設計與發動機輸出的R.P.M來共同創造,來拉動飛機,不曉得大家有沒有發現螺旋槳的槳葉攻角設計是成非線性的怪模樣,換句話說也就是從槳葉的根部一直到槳葉的尖端,在這距離中這每一單位的攻角都不一樣.?為什麼會這樣呢?讓我們來探討一下.

 

一般的螺旋槳從槳葉的根部為攻角最大,一直持續的遞減到槳尖端為攻角最小,大家來看一下(圖片一),大家應該還記得機翼產生升力的原理,其實螺旋槳也是一樣的,它的設計就是類似機翼的翼剖面設計,因為氣體流過上下速度不一樣的原理,而產生浮力,但是呢請大家再看一下(圖片二),槳因為是旋轉的結構,他會有一個問題產生,就是氣流經過槳葉每一單位的流速都不同,就跟跑操場一樣,假設大家都要在同一時間抵達終點,跑最外面的人是不是要跑得比較快,而在最內圈的人就要跑得比較慢,這樣抵達終點的時間才會一樣,那麼槳的設計就有這個大問題產生,如果整片槳葉的攻角都是一樣的,那麼因為經過槳葉的每一單位流速速率不同,所產生的浮力(也就是推力)就會變得很不平均.如果是這樣的設計那這支槳的效率就會變的很差。

那麼為了要讓槳葉上的每一個單位所產生的浮力(推力)都能一致,氣流速度越快的地方(槳尖端)攻角就設計成最小,相對於槳葉氣流流速最慢的根部就設計成攻角最大,然後沿著槳尖端攻角持續的遞減下去,這樣就能創造出很平均的推力,也能創造出最佳的效率。The reason for the twist is to produce uniform lift from the hub to the tip.

 

一般來說螺旋槳在原廠設計的時候,是根據發動機的R.P.M跟空速做為基礎來設計出最佳效率的槳葉角度,一般來說會有兩支槳可以搭配,一種是爬升用的,一種是巡航用的,而爬升用的槳設計平均pitch都會比較小,它所產生的阻力也相對的小,可以提高轉速獲得發動機所帶來的更大馬力,對於爬升還有起飛來說效率都會增加許多,另一種的槳就是巡航用的槳,前面我們有談論到巡航是根據空速、阻力、推力所計算出來所獲得最佳省油性的空速點,推力就包含了槳葉效率在裡面,一般來說巡航專用的槳它的pitch會比較大,在巡航空速飛行,所會用到的發動機轉速會比較低,設計在這個發動機轉速與槳葉角度配合的效率是比較高的,所以經濟省油,用途不同,所選擇的也不同。

 

再進步一點的就是可調整式的螺旋槳了,在地面的時候就可以調整槳葉的角度,來符合您飛行時的需求,不過在調整的時候過大或過小的pitch都是不行ㄉ,這個只能在地面時做調整,後來科技日新月異,為了能增加飛行時的爽度跟發動機與螺旋槳有更佳的效率,又發明了在空中就可改變螺距的機構設計,這種可變螺距的設計,通常可以獲得更好的槳效率產生,可以讓發動機所輸出的馬力範圍更佳的來靈活運用搭配,創造更好的螺旋槳效率,有些大型飛機也利用這樣的機構設計,使飛機在降落後,可以讓槳葉的pitch成負值.利用反向的推力產生空氣煞車的作用,讓飛機在跑道上可以更快速的減速下來。