[科普中国]-螺旋桨式通风机

简介

螺旋桨式通风机在飞机上，一般搭配星形发动机，这种动力驱动往往应用于老式螺旋桨飞机。通风机由叶片和电机组成，能在低压差下产生很大流量的气流。1

在民用领域，还有一种螺旋桨通风机，用于一般通风、热加工中人工冷却或鼓风冷却和对有毒或有害气体、臭味等的稀释通风。其缺点是噪声大，在有中等或严重腐蚀或空气温度超长的地方不宜使用，因其电机、传动部位和轴承不能隔离保护。2

螺旋桨式通风机设计螺旋桨风量计算飞机螺旋桨(图1)在发动机驱动下高速旋转，从而产生拉力，牵拉飞机向前飞行，这是人们的常识。但有人认为螺旋桨的拉力是由于螺旋桨旋转时桨叶把前面的空气吸入并向后排，用气流的反作用力拉动飞机向前飞行的，这种认识是不对的。

飞机的螺旋桨结构很特殊，如图2所示，单支桨叶为细长而又带有扭角的翼形叶片，桨叶的扭角(桨叶角)相当于飞机机翼的迎角，但桨叶角为桨尖与旋转平面呈平行逐步向桨根变化的扭角。

桨叶的剖面形状与机翼的剖面形状很相似，前桨面相当于机翼的上翼面，曲率较大，后桨面则相当于下翼面，曲率近乎平直，每支桨叶的前缘与发动机输出轴旋转方向一致，所以，飞机螺旋桨相当于一对竖直安装的机翼，如图3所示。

桨叶在高速旋转时，同时产生两个力：一个是牵拉桨叶向前的空气动力；一个是由桨叶扭角向后推动空气产生的反作用力。

从桨叶剖面图(图4)中可以看出桨叶的空气动力是如何产生的，由于前桨面与后桨面的曲率不一样，在桨叶旋转时，气流对曲率大的前桨面压力小，而对曲线近于平直的后桨面压力大，因此形成了前后桨面的压力差，从而产生一个向前拉桨叶的空气动力，这个力就是牵拉飞机向前飞行的动力。

另一个牵拉飞机的力，是由桨叶扭角向后推空气时产生的反作用力而得来的。桨叶与发动机轴呈直角安装，并有扭角，在桨叶旋转时靠桨叶扭角把前方的空气吸入，并给吸入的空气加一个向后推的力。与此同时，气流也给桨叶一个反作用力，这个反作用力也是牵拉飞机向前飞行的动力。

由桨叶异型曲面产生的空气动力与桨叶扭角向后推空气产生的反作用力是同时发生的，这两个力的合力就是牵拉飞机向前飞行的总空气动力。1

几何参数早期飞机大多使用桨叶角固定不变的螺旋桨，它的结构简单，但不能适应飞行速度变化。现代的螺旋桨飞机多采用桨叶角可调的变距螺旋桨，如图5所示，这种螺旋桨可根据飞行需要调整桨叶角，提高螺旋桨的工作效率。

由于螺旋桨在旋转时，桨根和桨尖的圆周速度不同，为了保持桨叶各部分都处于最佳气动力状态，所以把桨根的桨叶角设计成最大，依次递减，桨尖的桨叶角最小。

工作状态的桨叶是一根处于受力状态的悬臂梁，为了增加桨根的强度，桨根的截面积设计为最大。

几何参数有以下几个。

（1）直径(D)。是影响螺旋桨性能的重要参数之一。一般情况下，直径增大拉力随之增大，效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。此外还要考虑螺旋桨桨尖气流速度不应过大(