（转）航模电动动力系统 （五）第二副机翼-螺旋桨
上一贴说了动力系统的核心-电机，电机的光轴是不能带动飞机的，于是电机将能量这个接力棒传递给了动力系统的最后一环，螺旋桨。螺旋桨看上去自己身边的机翼如此不同，但如果你拿出一副螺旋桨，仔细观察的话，你会发现它是有翼型的，他也是在空气中运动的，它也是提供力的，虽然是拉力 而不是升力，其实如果你公平的看待螺旋桨的话，它其实就是一副旋转的机翼。把螺旋桨看成机翼，你就能更轻松的理解螺旋桨的秘密。
图1：螺旋桨的翼型，好的螺旋桨的设计师非常复杂的，从翼根到翼尖的翼型是逐渐变化的。
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机翼的关键参数是翼展，翼面积，翼型，攻角。每一个指标的后面都有对应着螺旋桨的参数。其中螺旋桨的翼型基本是生产厂商确定的，我们除了花更多钱买更好的桨外没有什么选择，按照我一贯的原则，只能花钱搞定的东西我帮不上忙，自己摸腰包解决，所以我在这里就省略不讲了。
螺旋桨的指标是桨径＊桨距，8060的螺旋桨就是说桨径8英寸，桨距6英寸。 桨径好理解，螺旋桨直径，对应机翼的翼展。桨距是什么呢？ 螺旋桨螺旋桨，这么叫他是因为他是螺旋的，是有螺距的，你可以把他看成是一个螺丝钉，螺丝钉旋转一周，往木头里面钻的距离就是螺距，螺旋桨的桨距定义相同。如果桨距为0，那桨就是平的，如果桨距是无限大，那浆就是竖直的，当然两种桨都不会出现。因为螺距的存在，桨叶在空气中转动的时候会有一个攻角。
图2，螺距和螺旋桨翼面攻角的关系
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飞机的升力取决于翼面积，速度平方，攻角对应的升力系数，螺旋桨也差不多，只不过更复杂一些，非茶粗略的说就是取决于桨径平方（翼面积），转速（机翼的空速），飞机速度和桨距（气动攻角）。
先说桨距，你提高桨距，对应于提高机翼攻角，在一定范围内提高攻角就提高了机翼升力－螺旋桨的拉力，但是同时提高了机翼的阻力，对应于螺旋桨的扭矩（扭矩基本正比于螺旋桨旋转的阻力和桨径乘积）。 还要特别注意的是螺旋桨的实际拉力取决于气动攻角，而他只有在飞机静止的时候才简单取决于桨距，当飞机飞行的时候气动攻角还和速度有关系，简单的说就是速度越快，等效的桨距和攻角越低，你可以理解成螺旋桨旋转一周，前进一定距离d1，如果你的飞机在这段时间飞行了一段距离d2，这样你的气动桨距就变成了d1-d2。
图3：气动攻角和螺旋桨几何螺距以及飞机速度的关系
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等效桨距变小意味着攻角变下，拉力变小，这就是为什么动拉力要小于静拉力的原因。如果你有办法把飞机提高到一定速度（比如俯冲），如果d2比d1还要大，你的定距桨的等效螺距可能变成负的，也就是说你的螺旋桨还是原来的转速和方向，但是产生的是反推力。 如何解决这个问题？ 用变距桨. 在不同速度采用不同的桨距来达到最高效率，变距桨基本是现代螺旋桨飞机的标配。 可惜变距桨在固定翼模型上没有普及，在美国甚至被禁止使用，原因是这玩意很复杂，东西一复杂就容易出故障， 高速旋转的螺旋桨散架后就是一把把小李飞刀。 论坛里面有人被扎过，有人被削过，有人被砍过，前段时间芜湖还惨死了一个无辜小孩。在此提醒大家，螺旋桨不是小事，要知道你面前的那副小小的塑料片看上去小巧实际上他输出的功率比你家的电风扇要强大的多，千万不要在这把潜在的小李飞刀上省钱，千万别去粘断桨，炸机后被刮掉尖部的桨也请扔掉，除非你会作动平衡，为了几块钱让一把小李飞刀在面前飞转绝对不是好买卖。 固定翼飞机变距桨的康庄大道走不成，类似于变速器在模型上很少装，大家就只好找一个合适的桨，希望他包打天下了，让他适应飞机的最常用的工况，比如你的飞机正常飞行速度是10m/s， 你必须牺牲部分起飞，降落，俯冲和爬高这些工况下的效率，配个在10m/s速度下效率最高的螺旋桨，因为平飞是你飞机最常飞的状态。
说完桨距说桨径。 桨径越大，外层的螺旋桨更像平飞的机翼，大家讨厌的展向气流效应就相对要小，这样效率也更高。这也是为什么大家在教练机上都推荐尽量使用大桨径螺旋桨的原因。但是桨径越大，虽然同样转速下拉力大，但扭矩更大，如果拉力和桨径平方正比，那扭矩就是和桨径三次方成正比，也就是说提供同样的拉力，桨径大的扭矩大。 扭矩带来的问题是飞机的反扭，小翼展的飞机如果反扭过大就直接变成螺旋飞行了。 同时，桨径越大，迎风面积也越大，飞机受到的迎风阻力也越大。
综合上面所有的分析，翼展大的慢飞机由于速度慢，螺旋桨迎风阻力带来影响不是太大；同时由于翼展大所以轴向转动惯量大，抗反扭能力强，这样配合大桨径和小桨距的螺旋桨能最好的照顾到效率，当然要配合高扭矩低转速的低KV电机。 如果是小翼展的高速飞机，比如高速三角翼，第一大桨径的反扭会让飞机难以控制，第二，大桨径的迎风面积在高速时候阻力太大，于是你只好选择小桨径和较高桨距的螺旋桨，配合高KV电机。
至于具体如何搭配，最可靠的方法是经验和实验，《电机、浆、电池、机型的相互关系》就是一篇很好的参考。不过《电机、浆、电池、机型的相互关系》的末尾对于拉力和飞机速度关系的表述有点问题：
“另外，有些模友误认为，电机的推力越大，飞机就能更加克服阻力飞得更快，这个问题就留给有兴趣的模友去讨论一下了。（小贴士、汽车挂1档不管走平路还徒坡同样自如，挂4档在平路起步都很辛苦，你们说1档好力还是4档好力，1档跑得快还是4档跑得快）”
这里我要给他更正一下，作者的解释完全是错误的。 大部分模型飞机都飞行在压差阻力主导的速度上，也就是说阻力和速度平方成正比。 飞机达到最大速度就是螺旋桨拉力等于阻力的时候，很显然，拉力越大，最高速度越高。原作者拿汽车档位来说事显然那是不恰当的，低速汽车档位低，拉力大主要是为了在起步阶段提高加速度，就是公式（3），如果匀速运动的话，a＝0， 拉力等于阻力，低速的时候汽车拉力显然比高速低很多，不管是几档。当然这里要说明的是，对于模型，这里的拉力是指动拉力而不是静拉力，这个前面已经介绍过了。
佩服佩服！ 鄙视楼下的顶帖没我快，哈哈
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