直升飞机螺旋桨旋转中的叶片是如何调整角度的?

折翼的天使Jack_juang


这个问题很有意思。航空发动机专业的同学来回答一下。

我们看到的飞机螺旋桨,包括直升机的螺旋桨还有涡桨发动机的螺旋桨【如下图所示】,这些螺旋桨在工作的时候转速都是不变的——这样的特征与我们常说的涡扇发动机/涡喷发动机不一样,涡扇/涡喷发动机的转子转速在不同工作状态下转速不同,所以可以产生不一样的推力。

那么既然飞机的螺旋桨转速不变,要如何控制这些螺旋桨产生的力的大小呢?答案就是改变螺旋桨的角度,从而在搅动空气的时候获得不一样的反作用力。

那么问题就来了,高速转动的螺旋桨是怎么调整角度的呢?

这个问题看起来很简单,但是实际上却有很多工程上的问题,最重要的问题就是:螺旋桨是在旋转的,而飞机是不动的,一个在动、一个不动,就好像让你不能碰到一台机器还又要操作这台机器一样,怎么在不动的飞机上发出一个信号让动的螺旋桨角度变化、并且维持这个角度呢?

所以说,为了架起来动-不动之间桥梁,有两个办法:1,油。2,电。

下面这两张动图就是油压控制下螺旋桨角度调整的原理图。可以看到,通过把高压的油输送到一个腔室里面,就可以驱动一个活塞运动,从而迫使螺旋桨的角度发生变化。因为只要做好了密封,那么流体是可以从静止的物体流入运动的物体中。这种结构对螺旋桨角度的调整是单向的,油进入到腔室里,螺旋桨角度就变化到最大值,阀门打开,油流出去,螺旋桨角度就变到最小。这种结构简单、有效,一般用在比较简单的小型螺旋桨飞机上。

下面这张图同样是通过油压控制的螺旋桨角度调整结构。但是相比上面的结构,这个结构更加复杂,可以通过油压双向调整螺旋桨的角度,所以一般用在载荷更大、对角度控制要求更加精细的飞机上。

而下面这张图则是通过电机控制的螺旋桨角度调整装置【图片来源于网络】。我们可以看到,通过变桨驱动电机的转动可以驱动复杂的调整齿轮,最后改变螺旋桨的角度。而电机的控制信号还有电力,可以通过电刷实现——也就是一根刷子,可以用来连接转动件和静止件。一般这种结构用在地面的风力发电机上,目前在航空发动机中应用则不多。但是随着航空发动机的发展,电机控制的方式因为精确度高、结构更加简单,肯定是要替代传统的油压控制机构。我已经看到了很多相关的专利了。

所以你知道了飞机中的螺旋桨是怎么调整角度的吗?


SilentTurbine


可以调整角度的螺旋桨有个专业名词,叫变距桨,变距是为了让螺旋桨的状态与发动机的状态相适应。

具体使桨叶角变化的机构比较复杂,总的来说就是驱动伺服机构使桨叶绕其轴线转动一定角度,以此来改变桨距。

具体可以看这个图,还是很清楚的



紫色破空间


螺旋桨变距是个非常专业且复杂的问题,简单说需要空勤人员通过操纵手柄,经过一系列机械液压装置传动,最终作用于桨叶实现变距。