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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。
升空后,隨著飛機速度的增加,恒速螺旋槳自動改變到更高的迎角(或節距)。較高的槳葉
角再次保持小迎角且對相對風保持較好的效率。較高的槳葉角增加了每周旋轉推動的空氣質
量。這降低了發動機的轉速,減少了燃油消耗和發動機磨損,且保持推力在最大。
在起飛后,可控螺旋槳節距的飛機建立了穩定爬升,飛行員把發動機的輸出功率降低到爬升
功率,方法是首先降低進氣壓力然后降低槳葉角來降低轉速。
在巡航高度,當飛機處于水平飛行時,需要的功率比起飛和爬升時更低,飛行員再次通過降
低進氣壓力的方法降低發動機功率和增加槳葉角來降低轉速。再次的,這提供了扭矩要求以
匹配降低的發動機功率;因為,盡管螺旋槳每轉處理的空氣質量更大了,更多的是通過降低
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氣流速度和增加空速來彌補的。迎角仍然小,因為槳葉角已經隨空速的增加而增加。
扭矩和P 因子
對于飛行員來說,“扭矩”(飛機的向左旋轉趨勢)是由四個因素構成的,它們導致或者產生至
少圍繞飛機三個軸向之一的扭曲或者旋轉運動。這四個因素是:
1. 來自發動機或者螺旋槳的扭矩反作用
2. 螺旋槳氣流的螺旋運動效應
3. 螺旋槳的回轉作用(陀螺效應)
4. 螺旋槳的非對稱負載(P 因子)
扭矩反作用力
扭矩反作用力涉及到牛頓第三物理定律-對于任何作用力,有一個方向相反但是大小相同的
反作用力。應用到飛機上,這就是說內部的發動機部件或者螺旋槳朝一個方向旋轉,那么另
一個方向相反的大小相等的力試圖把飛機朝相反方向旋轉。如圖3-30
當飛機在空中飛行時,這個力繞飛機縱軸作用,有讓飛機旋轉的趨勢。為了補償這個力,一
些舊的飛機用一種不好的方式在被強制下降的機翼一側產生更多的升力。更加現代的飛機的
設計是發動機偏移來抵消扭矩的效應。
說明:大多數美國制造的飛機發動機推動螺旋槳旋轉從飛行員座位上看是順時針的。這里討
論的就是指這種發動機。
一般的,補償因子是永久設定好的,在巡航速度上補償這個力,因為大多數飛機的工作升力
就是在這個速度上。但是,副翼配平片可以在其它速度上進一步調節。
起飛旋轉期間飛機的輪子在地面上,扭矩反作用力引起一個額外的繞飛機垂直軸的旋轉運動。
當飛機的左側因為扭矩反作用力作用而被強制向下時,左側的主起落架承受更多的重量。這
導致左側論壇的地面摩擦力或者阻力比右側更多,這樣進一步導致了左轉彎運動。這個運動
的強度依賴于很多變量。一部分變量是:
1. 發動機尺寸和馬力
2. 螺旋槳尺寸和轉速
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3. 飛機大小(長度,高度,寬度)
4. 地面條件
這個起飛階段的偏航運動是通過飛行員正確的使用方向舵或者方向舵配平而糾正的。
螺旋狀氣流效應
飛機螺旋槳的高速旋轉使螺旋槳引起的氣流做螺旋狀旋轉。在螺旋槳高速轉動和低速前進時
(如起飛和近進),這個螺旋型旋轉的氣流非常強勁,在飛機的垂直尾翼面上施加一個強的側
面力。如圖3-31
當這個螺旋狀氣流沖擊垂直翼面的左側時,它導致飛機繞垂直軸的左轉彎運動。螺旋氣流越
強,這個力就越明顯。然而,隨前進速度的增加,這個螺旋氣流變長,效應也變弱。
螺旋槳引起的螺旋狀氣流也會導致繞縱軸的滾轉運動。
注意到這個由于螺旋氣流引起的滾轉運動是向右的,而扭矩反作用力引起的旋轉是向左的,
效果上說是互相抵消的。但是這些力變化非常大,它是由飛行員隨時使用飛行控制來適當的
糾正的。這些力必須是抵消的,不管哪一個力是否顯著。
陀螺效應
在理解螺旋槳的陀螺效應之前,理解基本的陀螺運動原理是必要的。
陀螺儀的所有實際應用都基于陀螺效應的兩個基本屬性:在空間和進動上的剛度。這里要討
論的就是進動。
進動是一個自旋轉子受到作用于輪緣的擾動力的合成作用,或者擾動。從圖3-32 可以看到,
當作用一個力之后,合成力在旋轉方向前面90 度位置生效。
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飛機旋轉的螺旋槳是一個很好的陀螺裝置,這樣它也有類似屬性。任何時刻施加一個擾動螺
旋槳旋轉面的力,合成力位于旋轉方向的前面90 度未知,方向和施加的力是一樣的,將導
致一個俯仰運動或者偏航運動,或者兩種運動的合成,具體依賴于力的作用點。
扭矩效應的這個因素總是和后三點式飛機有關系,也更明顯,在尾輪抬起后的飛機起飛搖擺
過程中最常發生。如圖3-33。
俯仰角的變化和在螺旋槳飛機的旋轉頂部施加一個力有相同的效應。合成力在垂直軸的90
度位置發生作用,導致飛機向左的偏航運動。這個運動的程度取決于很多變量,其中之一是
尾輪抬升后的急轉。然而,當一個力作用到轉動的螺旋槳的邊緣的任何一點,進動或者陀螺
效應總會發生;合成力將仍然是在旋轉方向上偏離作用點90度的位置。根據力的作用位置,
會導致飛機左偏航或者右偏航,上仰或者俯沖,或者是俯仰和偏航的結合。
陀螺效應的結果可以這樣說,任何繞垂直軸的偏航導致俯仰運動,任何繞橫軸的俯仰導致偏
航運動。
為糾正陀螺效應的影響,飛行員有必要適當的使用升降舵和方向舵來防止不必要的俯仰和偏
航運動。
不對稱載荷(P 因子)
當飛機以大迎角飛行時,向下運動的槳葉受力比向上運動的槳葉大;這樣推力中心就移動到
了螺旋槳旋轉面的右側-導致繞垂直軸的向左偏航運動。那個解釋是正確的,然而,要證明
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這種現象,必定產生每一個槳葉上的有效風向量問題,在考慮飛機迎角和每個槳葉的迎角雙
重因素時顯得更為棘手。
這個不對稱載荷是由合成速度引起的,合成速度是螺旋槳葉在它的旋轉面內的速度和空氣水
平的通過螺旋槳旋轉面的通過速度合成得來的。飛機以正的迎角飛行時,從后面看右側或者
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