船用可調(diào)螺距側(cè)向推進(jìn)器

《船用可調(diào)螺距螺旋槳技術(shù)條件(GB/T 13411-1992)》由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。

在一些科幻節(jié)目也可見(jiàn)，比如有氮?dú)饧铀偻七M(jìn)器

用于推動(dòng)船艇運(yùn)動(dòng)的裝置。陸軍船艇推進(jìn)器主要有螺旋槳推進(jìn)器和噴水推進(jìn)器兩種。

螺旋槳推進(jìn)器 簡(jiǎn)稱(chēng)螺旋槳。螺旋槳安裝在船艇尾部水線(xiàn)以下的推進(jìn)軸上，由主機(jī)帶動(dòng)推進(jìn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，將水從槳葉的吸入面吸入，從排出面排出，利用水的反作用力推動(dòng)船艇前進(jìn)。螺旋槳分為固定螺距螺旋槳和可調(diào)螺距螺旋槳。①固定螺距螺旋槳。由槳轂和槳葉組成。槳葉一般為3~4片(見(jiàn)圖1)。槳葉臨近槳轂部分稱(chēng)葉根，外端稱(chēng)葉梢，正車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在前的一邊稱(chēng)導(dǎo)邊，在后的一邊稱(chēng)隨邊，螺旋槳盤(pán)面向船尾一面稱(chēng)排出面，向船首一面稱(chēng)吸入面。在固定螺距螺旋槳外緣加裝一圓形導(dǎo)管，即為導(dǎo)管螺旋槳。導(dǎo)管可提高螺旋槳的推進(jìn)效率，但倒車(chē)性能較差。導(dǎo)管螺旋槳又可分為固定式和可轉(zhuǎn)式。固定式導(dǎo)管螺旋槳使船艇回轉(zhuǎn)直徑增大，可轉(zhuǎn)式導(dǎo)管螺旋槳能改善船艇回轉(zhuǎn)性能。②可調(diào)螺距螺旋槳。通過(guò)槳轂內(nèi)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，在不改變推進(jìn)軸的轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)方向的情況下，改變槳葉的角度，即可改變推進(jìn)器的推進(jìn)功率和推進(jìn)方向。螺旋槳構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作可靠，效率較高，是船艇的主要推進(jìn)器。現(xiàn)代船艇的螺旋槳多采用大盤(pán)面比、適度側(cè)斜、徑向不等螺距和較多槳葉等結(jié)構(gòu)形式，以減小在船尾不均勻伴流場(chǎng)中工作時(shí)，可能產(chǎn)生的空泡、剝蝕、噪聲和過(guò)大的激振力。在一些高速船艇上則采用超空泡翼型螺旋槳。用于全墊升氣墊交通艇的空氣螺旋槳與固定螺距螺旋槳相似，是利用空氣的反作用力推動(dòng)船艇前進(jìn)。

噴水推進(jìn)器 由水泵、吸水管道和噴水管道組成(見(jiàn)圖2)。前進(jìn)時(shí)，水泵自船底吸水管道吸進(jìn)水流，從噴水管道高速?lài)姵觯@得水流的反作用力，推動(dòng)船艇前進(jìn)。倒航時(shí)，將裝置在噴水管道口上方的倒車(chē)斗放入水中，高速水流進(jìn)入倒車(chē)斗后，將向后方噴射的水流反射成向前的水流，在不改變主機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下使船艇倒航。噴水推進(jìn)器具有良好的淺水推進(jìn)效率和操縱性能，較低的噪聲和振動(dòng)，是淺水船艇采用較多的推進(jìn)裝置。

圖1 固定螺距螺旋槳示意圖

圖2 噴水推進(jìn)器示意圖

矢量推進(jìn)器

廣義上可以指所有采用推力矢量技術(shù)的推進(jìn)器，狹義上一般指飛行器上采用推力矢量技術(shù)的推進(jìn)器。簡(jiǎn)而言之，推力矢量技術(shù)就是通過(guò)偏轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)噴流的方向,從而獲得額外操縱力矩的技術(shù)。我們知道，作用在飛機(jī)上的推力是一個(gè)有大小、有方向的量，這種量被稱(chēng)為矢量。然而，一般的飛機(jī)上，推力都順飛機(jī)軸線(xiàn)朝前，方向并不能改變，所以我們?yōu)榱藦?qiáng)調(diào)這一技術(shù)中推力方向可變的特點(diǎn)，就將它稱(chēng)為推力矢量技術(shù)。

不采用推力矢量技術(shù)的飛機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的噴流都是與飛機(jī)的軸線(xiàn)重合的，產(chǎn)生的推力也沿軸線(xiàn)向前，這種情況下發(fā)動(dòng)機(jī)的推力只是用于克服飛機(jī)所受到的阻力，提供飛機(jī)加速的動(dòng)力。

采用推力矢量技術(shù)的飛機(jī)，則是通過(guò)噴管偏轉(zhuǎn)，利用發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力，獲得多余的控制力矩，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的姿態(tài)控制。其突出特點(diǎn)是控制力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)緊密相關(guān)，而不受飛機(jī)本身姿態(tài)的影響。因此，可以保證在飛機(jī)作低速、大攻角機(jī)動(dòng)飛行而操縱舵面幾近失效時(shí)利用推力矢量提供的額外操縱力矩來(lái)控制飛機(jī)機(jī)動(dòng)。第四代戰(zhàn)斗機(jī)要求飛機(jī)要具有過(guò)失速機(jī)動(dòng)能力，即大迎角下的機(jī)動(dòng)能力。推力矢量技術(shù)恰恰能提供這一能力，是實(shí)現(xiàn)第四代戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)要求的必然選擇。

普通飛機(jī)的飛行迎角是比較小的，在這種狀態(tài)下飛機(jī)的機(jī)翼和尾翼都能夠產(chǎn)生足夠的升力，保證飛機(jī)的正常飛行。當(dāng)飛機(jī)攻角逐漸增大，飛機(jī)的尾翼將陷入機(jī)翼的低能尾流中，造成尾翼失速，飛機(jī)進(jìn)入尾旋而導(dǎo)致墜毀。這個(gè)時(shí)候，縱然發(fā)動(dòng)機(jī)工作正常，也無(wú)法使飛機(jī)保持平衡停留在空中。

然而當(dāng)飛機(jī)采用了推力矢量之后，發(fā)動(dòng)機(jī)噴管上下偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的推力不再通過(guò)飛機(jī)的重心，產(chǎn)生了繞飛機(jī)重心的俯仰力距，這時(shí)推力就發(fā)揮了和飛機(jī)操縱面一樣的作用。由于推力的產(chǎn)生只與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)系，這樣就算飛機(jī)的迎角超過(guò)了失速迎角，推力仍然能夠提供力矩使飛機(jī)配平，只要機(jī)翼還能產(chǎn)生足夠大的升力，飛機(jī)就能繼續(xù)在空中飛行了。而且，通過(guò)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)推力偏轉(zhuǎn)之后，不僅推力能產(chǎn)生直接的投影升力，還能通過(guò)超環(huán)量效應(yīng)令機(jī)翼產(chǎn)生誘導(dǎo)升力，使總的升力提高。

裝備了推力矢量技術(shù)的戰(zhàn)斗機(jī)由于具有了過(guò)失速機(jī)動(dòng)能力，擁有極大的空中優(yōu)勢(shì)，美國(guó)用裝備了推力矢量技術(shù)的X-31驗(yàn)證機(jī)與F-18做過(guò)模擬空戰(zhàn)，結(jié)果X-31以1:32的戰(zhàn)績(jī)遙遙領(lǐng)先于F-18。

使用推力矢量技術(shù)的飛機(jī)不僅其機(jī)動(dòng)性大大提高，而且還具有前所未有的短距起落能力，這是因?yàn)槭褂猛屏κ噶考夹g(shù)的飛機(jī)的超環(huán)量升力和推力在升力方向的分量都有利于減小飛機(jī)的離地和接地速度，縮短飛機(jī)的滑跑距離。另外，由于推力矢量噴管很容易實(shí)現(xiàn)推力反向，飛機(jī)在降落之后的制動(dòng)力也大幅提高，因此著陸滑跑距離更加縮短了。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管不僅可以上下偏轉(zhuǎn)，還能夠左右偏轉(zhuǎn)，那么推力不僅能夠提供飛機(jī)的俯仰力矩，還能夠提供偏航力矩，這就是全矢量飛機(jī)。

推力矢量技術(shù)的運(yùn)用提高了飛機(jī)的控制效率，使飛機(jī)的氣動(dòng)控制面，例如垂尾和立尾可以大大縮小，從而飛機(jī)的重量可以減輕。另外，垂尾和立尾形成的角反射器也因此縮小，飛機(jī)的隱身性能也得到了改善。

推力矢量技術(shù)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的技術(shù)，它包括推力轉(zhuǎn)向噴管技術(shù)和飛機(jī)機(jī)體/推進(jìn)/控制系統(tǒng)一體化技術(shù)。推力矢量技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究需要尖端的航空科技，反映了一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力，目前世界上只有美國(guó)和俄羅斯掌握了這一技術(shù)，F(xiàn)-22和Su-37就是兩國(guó)裝備了這一先進(jìn)技術(shù)的各自代表機(jī)種。