旋翼與螺旋槳的“異同”

依蔓 史慶起

旋翼直升機(jī)

固定翼螺旋槳飛機(jī)

槳葉尺寸大有不同

螺旋槳和旋翼都是航空器上重要的動(dòng)力部件，螺旋槳主要用于大型無(wú)人機(jī)和一些固定翼飛機(jī)，旋翼多用于直升機(jī)和小型無(wú)人機(jī)。在外觀及尺寸上，螺旋槳和旋翼有明顯的不同。由于固定翼飛機(jī)飛行速度很快，螺旋槳槳尖處的旋轉(zhuǎn)速度非常高，且螺旋槳槳葉尺寸越大，旋轉(zhuǎn)速度越高，這使得槳尖處的速度極易突破聲速。一旦槳尖處旋轉(zhuǎn)速度超聲速，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)阻力就會(huì)大大增加，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。因此，固定翼飛機(jī)的螺旋槳槳葉尺寸往往不會(huì)做得太長(zhǎng)。與螺旋槳不同，旋翼為了提高升力，槳葉葉片相對(duì)較長(zhǎng)。

固定翼飛機(jī)的螺旋槳做不了太長(zhǎng)，其直徑（指槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)所形成的圓的直徑，雙葉槳的直徑正好是兩個(gè)槳葉尖之間的距離）一般在5米以下，與之相比，直升機(jī)的旋翼尺寸則要大得多。輕型直升機(jī)旋翼直徑達(dá)幾米，中型直升機(jī)可達(dá)十幾米，更大一些的直升機(jī)旋翼直徑甚至達(dá)30米以上。除了尺寸上的差異，由于工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景不同，螺旋槳與旋翼的外形也存在較大差別。螺旋槳葉片通常較短、葉面較寬，直升機(jī)旋翼因運(yùn)動(dòng)模式比螺旋槳更復(fù)雜，葉片寬度受限，所以只能通過(guò)增加長(zhǎng)度來(lái)提高升力，葉片呈長(zhǎng)條狀。

固定翼飛機(jī)的螺旋槳槳葉硬度較高，主要克服前進(jìn)阻力

直升機(jī)的旋翼槳葉為細(xì)長(zhǎng)柔性結(jié)構(gòu)，主要克服氣壓差

翼型上的差異

螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片通過(guò)推動(dòng)空氣獲得反作用力，可以將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)的推力或拉力。直升機(jī)旋翼的槳葉截面與固定翼飛機(jī)的機(jī)翼截面類似，旋轉(zhuǎn)時(shí)翼面上下兩側(cè)產(chǎn)生氣壓差，為直升機(jī)提供升力。

作為飛機(jī)推力或拉力的產(chǎn)生部件，一般螺旋槳的橫截面都采用類似機(jī)翼的翼型。在槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，根據(jù)伯努利定理，槳葉前方氣流流速大，壓強(qiáng)相對(duì)槳葉后方較小，利用壓力差，就可以給飛機(jī)提供向前的拉力。飛機(jī)誕生以來(lái)，機(jī)翼的翼型不斷更替，能適用于螺旋槳的翼型也不斷增加。

一般來(lái)說(shuō)，大部分的固定翼飛機(jī)螺旋槳不會(huì)像直升機(jī)旋翼槳葉那樣，從槳尖到槳根都采用同一種低速翼型，而是在速度較高的槳尖位置選擇較薄的高速翼型，在槳根處采用較厚的低速翼型，以減小阻力系統(tǒng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而提高轉(zhuǎn)速。如果槳根和槳尖處的翼型一致，很可能會(huì)使螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的阻力成倍增長(zhǎng)，降低轉(zhuǎn)速。

直升機(jī)旋翼

為何不能稱為螺旋槳

螺旋槳飛機(jī)通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)做功驅(qū)動(dòng)螺旋槳，靠螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力推動(dòng)飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)，靠飛機(jī)的機(jī)翼產(chǎn)生升力升空。直升機(jī)主要通過(guò)旋翼產(chǎn)生的升力升空，并通過(guò)調(diào)整尾部螺旋槳的螺距來(lái)抵消旋翼產(chǎn)生的不同轉(zhuǎn)速下的反作用力，進(jìn)而推動(dòng)機(jī)身向不同方向運(yùn)動(dòng)。兩者一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生推力，一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生向上的升力，工作原理完全不同，所以直升機(jī)的旋翼不能稱為螺旋槳。

固定翼飛機(jī)的螺旋槳槳葉不是平的，具有一定的扭轉(zhuǎn)角度

螺旋槳和旋翼雖然都是旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源，但由于旋翼要考慮扭轉(zhuǎn)、變距、揮舞、擺振等復(fù)雜受載情況，現(xiàn)實(shí)中設(shè)計(jì)難度相比螺旋槳要更高。

延伸閱讀

螺旋槳的槳葉數(shù)量因何而定？

通常安裝于飛機(jī)頭部的螺旋槳為拉力式螺旋槳，安裝于飛機(jī)尾部的螺旋槳為推力式螺旋槳。此外，還有些固定翼飛機(jī)二者皆有安裝。如果要提高螺旋槳的推力或拉力，增加螺旋槳的槳葉數(shù)量是辦法之一。一架飛機(jī)上螺旋槳的槳葉數(shù)量是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率而定的，小型飛機(jī)通常使用兩個(gè)葉片的螺旋槳；大型飛機(jī)上使用多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)裝有3個(gè)葉片以上的螺旋槳。

小型飛機(jī)常使用兩個(gè)葉片的螺旋槳

（責(zé)任編輯 / 李銀慧? 美術(shù)編輯 / 周游）