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同轴反转螺旋桨(英语:Contra-rotating Propellers)是涡轮螺旋桨引擎所特有的一类螺旋桨。其与普通的螺旋桨最大的不同在于其单个发动机上有两组并列转动的螺旋桨,这两组螺旋桨转动的角速度方向相反,因此被称为同轴反转螺旋桨。

同轴反转螺旋桨的两组螺旋桨通常连接的同一台发动机,并利用一组行星齿轮来实现反向旋转。同轴反转螺旋桨不是反向旋转螺旋桨,后者指的是飞机两侧两个不同的发动机,其螺旋桨转动方向相反。

工作原理

在低速巡航的状态下,螺旋桨叶片的叶尖会形成切向的空气涡流,这种涡流会造成一定的能量损失。在完美的设计下,同轴反转螺旋桨两组叶片转动时产生的涡流会互相抵消,将涡流造成的能量损失降到最低[1]

优点

扭矩配平

由于反作用力原理,当一个螺旋桨转动时,空气会通过叶片会对发动机产生一个角速度相反的,即扭矩。这个力会造成飞机沿着扭矩方向翻滚。对于二战时不少单发螺旋桨飞机,扭矩对飞行的稳定性影响很大,工程师只能通过调节飞机副翼来配平扭矩。由于扭矩的大小和飞行的速度有很大的关系,副翼的角度也必须随着速度的不同的改变,这大大增加了飞机设计的复杂程度。

然而同轴反转螺旋桨就没有这个问题,两组反向旋转的叶片产生的扭矩相互抵消。设计师不需要通过调节飞机副翼来配平扭矩,飞机的设计得以简化,也大大增加了飞机的稳定性。

高效能

由于消除了叶尖的空气涡流,同轴反转螺旋桨比一般螺旋桨能增加约6%-16%的效率[2]

缺点

同轴反转螺旋桨最大的缺点在于运转产生的噪音太大。其轴方向的噪音增加30分贝,侧方向增加10分贝,这种噪音的增加在叶片高速转动时尤为明显。由于噪音大的缺点,同轴反转螺旋桨未能在客机上得以很好的运用。有一种解决方案是在两组螺旋桨上安装不同数量的叶片(例如,前面的一组使用4个叶片,后面一组使用5个叶片)。

同轴反转螺旋桨另一个缺点是增加了发动机的设计复杂程度,并且增加了重量。因此只能在军用飞机上使用。

有研究项目正在计划改进这些缺点并应用于民用航空

视频

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同轴反转螺旋桨的原理

参考文献