螺旋槳飛機

早期飛機大多使用槳葉角固定不變的螺旋槳，它的結構簡單，但不能適應飛行速度變化。飛行速度大於200公里/時則需要用變槳距螺旋槳，才能提高螺旋槳的效率。但這種螺旋槳構造複雜，成本較高，只用於一些速度較高、功率較大的飛機。

第二次世界大戰以前的飛機，基本上是使用活塞式發動機作動力裝置驅動螺旋槳。近代在渦輪噴氣發動機的基礎上研製出了渦輪螺旋槳發動機和渦輪槳扇發動機。用這兩種發動機驅動螺旋槳使螺旋槳的工作效率大大提高，同時也提高了飛機的性能。

在第二次世界大戰中，為了進一步提高飛機的高空性能，有些飛機上還裝有廢氣渦輪增壓器，利用廢氣來增加進氣的壓力，如美國的B-24、P-47等飛機。70年代後期，一些通用航空的飛機也採用廢氣渦輪增壓器來提高飛行性能。

渦輪螺旋槳發動機的功率重量比（推重比也即推力重量比）比活塞式發動機大2～3倍，在相同的質量下可提供更大的功率，而且發動機橫截面積較小，燃油消耗率在速度相對較高時比活塞式發動機小，使用價格較低的煤油，故在 600～800公里/時速度範圍內的旅客機、運輸機、海岸巡邏機和反潛機大多為渦輪螺旋槳飛機。

螺旋槳飛機按發動機類型不同分為活塞式螺旋槳飛機和渦輪螺旋槳飛機。人力飛機和太陽能飛機通常都用螺旋槳推進，也屬於螺旋槳飛機的範圍。渦輪螺旋槳發動機的功率重量比，比活塞式發動機大2～3倍，在相同的重量下可提供更大的功率，燃油消耗率在速度較高時比活塞式發動機小，且可使用價格較低的航空煤油，故在600～800千米/時速度範圍內的旅客機、運輸機等大多為渦輪螺旋槳飛機。

按螺旋槳與發動機相對位置的不同，又分為拉進式螺旋槳飛機和推進式螺旋槳飛機。前者的螺旋槳裝在發動機前面，“拉”著發動機前進；後者螺旋槳裝在發動機之後，“推”著發動機前進。早期的飛機中曾有不少是推進式的，這種型式的缺點較多，螺旋槳效率不如拉進式高，因拉進式螺旋槳前沒有發動機短艙的阻擋。此外在推進式螺旋槳飛機上難於找到發動機和螺旋槳的恰當位置，特別是裝在機身上更困難。相反，在拉進式螺旋槳飛機上，發動機無論是裝在機身頭部或是裝在機翼短艙前面都很方便。當裝在機翼上時，螺旋槳後面的高速氣流還可用來增加機翼升力，改善飛機起飛性能，因此拉進式飛機遂佔據了統治地位。在少數大型飛機和水上飛機上，發動機多至8～12台以上，將發動機前後串置在短艙上，形成拉進和推進的混合型式。

螺旋槳飛機的結構比較複雜。為了降低轉速和提高螺旋槳效率，絕大多數發動機裝有減速器。這類飛機的發動機裝有滑油散熱器。液冷活塞式發動機還裝有冷卻液散熱器。槳轂和發動機均有流線型外罩，以減小阻力。機身前部的發動機和螺旋槳往往影響飛行員的視線，個別飛機將發動機安排在座艙下方，用一長軸與機頭的螺旋槳相連，如美國的P-39戰鬥機。有的飛機將座艙偏置在機翼一側來改進前方視線，成為特殊的不對稱飛機，如德國的BV-141飛機。頭部裝有機槍的拉進式戰鬥機需要採用協調機構，以保證子彈從旋轉著的螺旋槳槳葉中間發射出去。有的飛機將機炮炮管裝在螺旋槳軸內，炮彈由槳軸內的炮管射出。螺旋槳旋轉時產生一個反作用扭矩，大功率發動機的飛機常用較大的垂直尾翼或偏置垂直尾翼產生的力矩來加以平衡，也可以採用反向旋轉的同軸螺旋槳來抵消反作用扭矩，如蘇聯的安22飛機。

現代的螺旋槳飛機多採用槳葉角可調的變距螺旋槳，這種螺旋槳可根據飛行需要調整槳葉角，提高螺旋槳的工作效率。由於螺旋槳在旋轉時，槳根和槳尖的圓周速度不同，為了保持槳葉各部分都處於最佳氣動力狀態，所以把槳根的槳葉角設計成最大，依次遞減，槳尖的槳葉角最小工作狀態的槳葉是一根懸壁梁受力態勢，為了增加槳根的強度，槳根的截面積設計為最大。

一架飛機上槳葉數目根據發動機的功率而定，有2葉、3葉和4葉的，也有5葉、6葉的。裝於飛機頭部的螺旋槳為拉力式螺旋槳，裝於飛機後部的螺旋槳為推力式螺旋槳，還有既裝有拉力式螺旋槳又裝有推力式螺旋槳的飛機。

飛機螺旋槳在發動機驅動下高速旋轉，從而產生拉力，牽拉飛機向前飛行。這是人們的常識。可是，有人認為螺旋槳的拉力是由於螺旋槳旋轉時槳葉把前面的空氣吸入並向後排，用氣流的反作用力拉動飛機向前飛行的，這種認識是不對的。

那麼，飛機的螺旋槳是怎樣產生拉力的呢？如果大家仔細觀察，會看到飛機的螺旋槳結構很特殊，單支槳葉為細長而又帶有扭角的翼形葉片，槳葉的扭角（槳葉角）相當於飛機機翼的迎角，但槳葉角為槳尖與旋轉平面呈平行逐步向槳根變化的扭角。

槳葉的剖面形狀與機翼的剖面形狀很相似，前槳面相當於機翼的上翼面，曲率較大，后槳面則相當於下翼面，曲率近乎平直，每支槳葉的前緣與發動機輸出軸旋轉方向一致，所以，飛機螺旋槳相當於一對豎直安裝的機翼。

槳葉在高速旋轉時，同時產生兩個力，一個是牽拉槳葉向前的空氣動力，一個是由槳葉扭角向後推動空氣產生的反作用力。

從槳葉剖面圖中可以看出槳葉的空氣動力是如何產生的，由於前槳面與后槳面的曲率不一樣，在槳葉旋轉時，氣流對曲率大的前槳面壓力小，而對曲線近於平直的后槳面壓力大，因此形成了前後槳面的壓力差，從而產生一個向前拉槳葉的空氣動力，這個力就是牽拉飛機向前飛行的動力。

另一個牽拉飛機的力，是由槳葉扭角向後推空氣時產生的反作用力而得來的。槳葉與發動機軸呈直角安裝，並有扭角，在槳葉旋轉時靠槳葉扭角把前方的空氣吸入，並給吸入的空氣加一個向後推的力。與此同時，氣流也給槳葉一個反作用力，這個反作用力也是牽拉飛機向前飛行的動力。

由槳葉異型曲面產生的空氣動力與槳葉扭角向後推空氣產生的反作用力是同時發生的，這兩個力的合力就是牽拉飛機向前飛行的總空氣動力。

螺旋槳選裝產生的效應有進動、滑流扭轉、螺旋槳反作用。若是多發螺旋槳飛機，還可能出現有拉力不對稱。

固定翼飛機平衡在地面主要是受螺旋槳的滑流扭轉作用，飛行中，當螺旋槳的扭轉氣流打在飛機垂直尾翼的一側時，則會引起飛機的方向偏轉。

如果螺旋槳是向右旋轉的，則扭轉氣流上層自左向右側扭轉，從左方向作用於垂直尾翼，使尾翼產生向右的空氣動力，對飛機重心形成左偏力矩，即機頭向左偏轉。螺旋槳的轉速越大，扭轉氣流對飛機的方向偏轉影響越明顯。故地面起飛時抵右舵修正方向。空中由於飛機自身速度增大，滑流作用減弱，使用方向舵配平即可。

隨著航空燃氣渦輪技術的進步，人們在渦輪噴氣發動機的基礎上，又發展了多種發動機，如根據能量輸出形式的不同，有渦輪螺旋槳發動機、渦輪風扇發動機、渦輪軸發動機和螺槳風扇發動機等。

隨著噴氣技術的發展，渦輪噴氣發動機的缺點也越來越突出，主要是在低速下耗油量大，效率較低，使飛機的航程變得很短。儘管這對於執行防空任務的高速戰鬥機並不十分嚴重，但用在對經濟性有嚴格要求的亞音速民用運輸機上卻是不可接受的。

渦輪螺旋槳發動機速度低於700公里/時，空氣螺旋槳速度推進效率較高。速度越大，推進效率反而越低。同時，螺旋槳飛機所需功率會隨著速度的三次方成正比增加，由於技術上的限制活塞發動機，無法提供體積更小、重量更輕和功率最大的發動機。渦輪螺旋槳發動機的重量比比活塞式發動機大2～3倍，在相同的重量下可提供更大的功率，而且發動機截面積小，燃油消耗率在速度較高時比活塞式發動機小，燃燒價格較低的煤油，故在時速在600-800公里的旅客機、運輸機、海岸巡邏機和反潛機大多為渦輪螺旋槳飛機。

螺旋槳飛機，是指空氣通過螺旋槳將發動機的功率轉化為推進力的飛機。而裝有渦輪式發動機的螺旋槳飛機則被稱為渦輪螺旋槳飛機（簡稱：渦槳飛機）。1930年英國人惠特爾發明了第一台渦輪噴氣發動機，靠噴管高速噴出的燃氣產生反作用推力。渦輪噴氣發動機很快便以其強大的動力、優異的高速性能取代了老式活塞式發動機，成為戰鬥機的首選動力裝置，並開始在其他飛機中得到應用。

為了進一步增大速度，降低燃油消耗率，美國於70年代提出一種先進的渦輪螺旋槳系統，採用8～10片具有后掠的薄剖面槳葉，從空氣動力學角度對槳轂和發動機短艙進行一體化設計，使阻力和雜訊達到最小。這種推進裝置可使飛機速度達到馬赫數為0.8，比一般裝有渦輪風扇發動機的飛機省油30%～40%。高速螺旋槳飛機比渦輪噴氣飛機省燃料，正處在研究試驗階段。