王剛，姚軍，王新華，邢海軍

中國人民解放軍95894部隊，北京市 102211

闡述了螺旋槳槳距測量儀的設(shè)計背景、設(shè)計理念，分析了產(chǎn)品的可行性、可靠性，研究了產(chǎn)品的使用材料和加工工藝，進(jìn)一步介紹了產(chǎn)品的使用方法及應(yīng)用效果，提出了下一步改進(jìn)意見和研發(fā)方向，對于滿足工作需要、提高工作效率、保證飛行安全有極為重要的作用。

無人機(jī)所用的螺旋槳是靠槳葉在空氣中旋轉(zhuǎn)將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動功率轉(zhuǎn)化為推進(jìn)力的一種裝置。所謂槳距角（Pitch Angle）也稱節(jié)距角，顧名思義，就是槳葉距離上的夾角，即槳葉長度的75%處所對應(yīng)的槳葉弦長與旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角，如圖1中的β角所示。螺旋槳槳距角的大小直接影響著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及飛行器推進(jìn)力的大小。尤其對于可變距螺旋槳，在試驗(yàn)階段要多次測量螺旋槳槳距角的大小，用于研究發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化及相應(yīng)的工作性能，所以，研發(fā)一套快速、準(zhǔn)確測量螺旋槳槳距角的儀器對于滿足工作需要、提高工作效率極為重要。

圖1 螺旋槳槳矩角示意圖

圖2 萬能角度尺

螺旋槳槳距測量儀的設(shè)計

設(shè)計螺旋槳槳距測量儀的技術(shù)背景

現(xiàn)代螺旋槳飛行器大多采用槳葉角可調(diào)節(jié)的變距螺旋槳，這種螺旋槳可根據(jù)飛行的實(shí)際需要來調(diào)整槳葉角，以提高螺旋槳的工作效率、保證飛行安全。由于螺旋槳在旋轉(zhuǎn)過程中，槳根和槳尖的圓周速度不同，所以，為了保持槳葉各部分都處于最佳空氣動力狀態(tài)，通常把槳根的槳葉角設(shè)計成最大，沿槳葉徑向依次遞減，槳尖的槳葉角最小。一般來講，在螺旋槳未裝機(jī)前測量螺旋槳的槳距角是比較容易進(jìn)行的，通常以水平面為基準(zhǔn)參考面，然后利用萬能角度尺（如圖2所示）即可測定。但是，當(dāng)螺旋槳安裝到發(fā)動機(jī)上以后，基準(zhǔn)參考面很不容易確定，所以要直接測量螺旋槳的槳距角就比較困難。以往測量螺旋槳槳距角采用的方法通常是：一個人先用兩只手將基準(zhǔn)參考面推按在螺旋槳槳平面上，使之與螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面平行，然后另外一個人再利用萬能角度尺測量。這種測量方法的缺點(diǎn)是顯而易見的：一方面，基準(zhǔn)參考面沒法固定安裝，工作人員用手抓持、推按都容易使其產(chǎn)生晃動或者傾斜，經(jīng)常造成測量誤差較大、測量數(shù)值不夠準(zhǔn)確、損傷變距電機(jī)等等影響試驗(yàn)過程和試驗(yàn)結(jié)果的問題；另一方面，完成這項(xiàng)工作需要兩個人同時配合協(xié)作，耗費(fèi)較多的人力和時間，工作效率較低。工作的需要就是科技創(chuàng)新的動力，所以，新的螺旋槳槳距測量儀就是在這種背景下研發(fā)設(shè)計的。

新螺旋槳槳距測量儀的設(shè)計理念

圖3 螺旋槳槳距測量儀的安裝

以前傳統(tǒng)螺旋槳槳距測量方法存在的不足，實(shí)際上也是研究開發(fā)新的槳距測量儀所要解決的主要矛盾。所以，設(shè)計新螺旋槳槳距測量儀所要秉持的理念即：一是要建立一個標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)參考面，而且要操作簡單、安裝方便；二是要節(jié)省人力，方便易行；三是要節(jié)省材料、減輕重量、節(jié)約成本。所以，針對第一和第二個設(shè)計理念，設(shè)計時選擇螺旋槳變槳距電機(jī)為安裝基準(zhǔn)點(diǎn)，將基準(zhǔn)參考面板件的一端用合頁式卡箍懸掛在變槳距電機(jī)外側(cè)，再用螺栓配合元寶螺母鎖緊，以達(dá)到快速穩(wěn)妥固定的目的，其原因在于變槳距電機(jī)軸向與螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面相互垂直，基準(zhǔn)參考面板件固定好后，能夠保證基準(zhǔn)參考面與螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面平行。合頁式卡箍與變槳距電機(jī)接觸面之間要加墊比較薄的膠皮，目的在于不損傷電機(jī)且保證兩者之間能夠穩(wěn)定接觸（如圖2所示）?；鶞?zhǔn)參考面板件的設(shè)計尺寸為：寬80mm，長695mm，厚13mm，其末端正對槳葉長度的75%處，如圖3所示。在基準(zhǔn)參考面板件末端正面有一直角開槽，其作用是使用萬能角度尺時可以將其測量尺部分與直角開槽貼合卡緊，以便于測量時不會發(fā)生側(cè)滑。針對第三個設(shè)計理念，基準(zhǔn)參考面板件使用的材質(zhì)設(shè)計為鋁合金。由于鋁制品表面的自然氧化鋁既軟又薄，耐腐蝕性較差，不能成為有效防護(hù)層，所以本產(chǎn)品對其表面進(jìn)行了黑色陽極化處理，以提高其抗蝕性和硬度。另外，為了節(jié)省材料、減輕重量、節(jié)約成本，基準(zhǔn)參考面板件測量端中間過渡段加工為空心，而且固定端與測量端分開加工，使用螺接方式進(jìn)行連接，重量大約為0.7kg。詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖4、圖5、圖6。

螺旋槳槳距測量儀的使用

使用方法

螺旋槳槳距測量儀的使用方法簡單易行。首先，將基準(zhǔn)參考面用合頁式卡箍和一個銷釘固定在螺旋槳變距電機(jī)上，調(diào)整基準(zhǔn)參考面與螺旋槳旋轉(zhuǎn)平面平行且二者同時與地面垂直，再用萬能角度尺測量尺端卡在基準(zhǔn)面底端，旋轉(zhuǎn)萬能角度尺的調(diào)整螺釘使萬能角度尺另一邊與槳葉頁面貼合，然后擰緊鎖緊螺釘，讀取萬能角度尺上的角度值即為所要測量的槳距角（如圖7所示）。如果要測量另外一個槳葉的槳距角時，則先要松開元寶螺母，按螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動螺旋槳，至基準(zhǔn)參考面和槳葉都與地面垂直時再擰緊元寶螺母，然后按上述測量方法依次進(jìn)行，所有工作一個人即可完成。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種螺旋槳槳距測量儀不僅可以滿足工作需要，快速、準(zhǔn)確測量螺旋槳槳距角，而且攜帶方便、節(jié)省人力，明顯提高了工作效率。

圖4 螺旋槳槳距測量儀配件1

圖5 螺旋槳槳距測量儀配件2

圖6 螺旋槳槳距測量儀配件3

使用注意事項(xiàng)

（1）合頁式卡箍與變距電機(jī)之間的固定要穩(wěn)固，不能左右或前后搖晃，防止影響測量精度甚至損壞變距電機(jī)；

（2）螺旋槳槳距測量儀的基準(zhǔn)參考面要與被測槳葉平行且二者同時與地面垂直；

（3）萬能角度尺測量尺與基準(zhǔn)參考面及測量面的貼合要緊密；

（4）在換測另一個槳葉的槳距角時，一定要先松開元寶螺母，然后才能轉(zhuǎn)動螺旋槳；

圖7 萬能角度尺與槳距測量儀的配合使用

（5）螺旋槳槳距測量儀的存放要穩(wěn)妥，防止損傷變形。

應(yīng)用效果

目前，這種螺旋槳槳距測量儀已經(jīng)研制成功，形成產(chǎn)品。在實(shí)際工作中，該產(chǎn)品有效地解決了飛行器可變距螺旋槳槳距角測量難的問題，明顯提高了工作效率，受到廣大用戶的普遍青睞。因其操作簡單方便、使用效果良好，所以現(xiàn)在已經(jīng)被定型為某型飛機(jī)的隨機(jī)設(shè)備。

螺旋槳槳距測量儀的優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)意見

優(yōu)缺點(diǎn)

相對傳統(tǒng)測量儀器而言，該螺旋槳槳距測量儀的優(yōu)點(diǎn)在于攜帶方便、操作簡單、測量準(zhǔn)確、成本低廉、穩(wěn)定可靠、不易損壞、制造維修方便等等。但是，從研究者的角度來看，該產(chǎn)品略顯不足之處在于：這種螺旋槳槳距測量儀屬于全機(jī)械裝置，基準(zhǔn)參考面的安裝、調(diào)整以及槳距角測量值的讀取等，完全要通過人工來完成，與利用光電掃描、電子計數(shù)等先進(jìn)技術(shù)的測量儀器相比，這種螺旋槳槳距測量儀延長了測量時間，增加了測量誤差，降低了測量精確度。

改進(jìn)意見

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，光電遙感等新技術(shù)和特種塑料等新材料在科研生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)廣泛?？紤]到螺旋槳槳距測量儀的實(shí)際工作情況，建議在進(jìn)一步的研究設(shè)計中從以下幾個方面加以改進(jìn)：一是將其角度測量部分加以改良，使其能夠利用光電掃描、電子計數(shù)等先進(jìn)技術(shù)科學(xué)快速的測量槳距角，進(jìn)一步提高槳距測量儀的便捷性和準(zhǔn)確性；二是在基準(zhǔn)參考面的安裝固定部分，可以考慮使用磁性材料，省去反復(fù)擰緊螺母的麻煩；三是基準(zhǔn)參考面使用的鋁合金材料可以考慮換為某種特殊塑料，既可以降低成本，又可以方便加工。當(dāng)然，最終的改進(jìn)方案需要在這幾個方面之間達(dá)成平衡，使新的產(chǎn)品使用更方便、效率更高、成本更低。■