風力發(fā)電機變槳實訓裝置

靠槳葉在空氣中旋轉(zhuǎn)將發(fā)動機轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為推進力或升力的裝置，簡稱螺旋槳。它由多個槳葉和中央的槳轂組成，槳葉好像一扭轉(zhuǎn)的細長機翼安裝在槳轂上,發(fā)動機軸與槳轂相連接并帶動它旋轉(zhuǎn)。中國明代(1368~1644年)民間的玩具"竹蜻蜓"實際上是一種原始的螺旋槳。噴氣發(fā)動機出現(xiàn)以前，所有帶動力的航空器無不以螺旋槳作為產(chǎn)生推動力的裝置。螺旋槳仍用于裝活塞式和渦輪螺旋槳發(fā)動機的亞音速飛機。直升機旋翼和尾槳也是一種螺旋槳。

螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，槳葉不斷把大量空氣(推進介質(zhì))向后推去，在槳葉上產(chǎn)生一向前的力，即推進力。一般情況下，螺旋槳除旋轉(zhuǎn)外還有前進速度。如截取一小段槳葉來看，恰像一小段機翼，其相對氣流速度由前進速度和旋轉(zhuǎn)速度合成(圖1 )。槳葉上的氣動力在前進方向的分力構成拉力。在旋轉(zhuǎn)面內(nèi)的分量形成阻止螺旋槳旋轉(zhuǎn)的力矩，由發(fā)動機的力矩來平衡。槳葉剖面弦(相當于翼弦)與旋轉(zhuǎn)平面夾角稱槳葉安裝角。螺旋槳旋轉(zhuǎn)一圈，以槳葉安裝角為導引向前推進的距離稱為槳距。實際上槳葉上每一剖面的前進速度都是相同的，但圓周速度則與該剖面距轉(zhuǎn)軸的距離(半徑)成正比，所以各剖面相對氣流與旋轉(zhuǎn)平面的夾角隨著離轉(zhuǎn)軸的距離增大而逐步減小，為了使槳葉每個剖面與相對氣流都保持在有利的迎角范圍內(nèi)，各剖面的安裝角也隨著與轉(zhuǎn)軸的距離增大而減小。這就是每個槳葉都有扭轉(zhuǎn)的原因。

螺旋槳效率 以螺旋槳的輸出功率與輸入功率之比表示。輸出功率為螺旋槳的拉力與飛行速度的乘積。輸入功率為發(fā)動機帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)的功率。在飛機起飛滑跑前，由于前進速度為零，所以螺旋槳效率也是零，發(fā)動機的功率全部用于增加空氣的動能。隨著前進速度的增加，螺旋槳效率不斷增大，速度在200~700公里/時范圍內(nèi)效率較高,飛行速度再增大，由于壓縮效應槳尖出現(xiàn)波阻，效率急劇下降。螺旋槳在飛行中的最高效率可達85%~90%。螺旋槳的直徑比噴氣發(fā)動機的大得多，作為推進介質(zhì)的空氣流量較大，在發(fā)動機功率相同時，螺旋槳后面的空氣速度低,產(chǎn)生的推力較大，這對起飛(需要大推力)非常有利。

螺旋槳有2、3或4個槳葉,一般槳葉數(shù)目越多吸收功率越大。有時在大功率渦輪螺旋槳飛機上還采用一種套軸式螺旋槳，它實際上是兩個反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，可以抵消反作用扭矩。在發(fā)動機功率低于100千瓦的輕型飛機上，常用雙葉木制螺旋槳。它是用一根拼接的木材兩邊修成扭轉(zhuǎn)的槳葉，中間開孔與發(fā)動機軸相連接。螺旋槳要承受高速旋轉(zhuǎn)時槳葉自身的離心慣性力和氣動載荷。大功率螺旋槳在槳葉根部受到的離心力可達200千牛( 20噸力)。此外還有發(fā)動機和氣動力引起的振動。大功率發(fā)動機一般采用3葉和4葉螺旋槳，并多用鋁合金和鋼來制造槳葉。鋁和鋼制槳葉因材料堅固可以做得薄一些，有利于提高螺旋槳在高速時的效率。70年代以后還用復合材料制造槳葉以減輕重量。

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(zhuǎn)，這種現(xiàn)象， 叫螺旋槳自轉(zhuǎn)。 螺旋槳自轉(zhuǎn)，不是發(fā)動機帶動的，而是被槳葉的迎面氣流"推著"轉(zhuǎn)的。它不但不能 產(chǎn)生拉力，反而增加了飛機的阻力。 從圖1-1-24中看出，螺旋槳發(fā)生自轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)的動力，迫使槳葉沿原來方向續(xù)繼旋轉(zhuǎn):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(zhuǎn)。此時，槳葉阻力較大，飛機的升阻比(或稱滑 翔比)將大大降低。