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扭矩和P因子
对于飞行员来说，“扭矩”(飞机的向左旋转趋势)是由四个因素构成的，他们导致或者产生至少围绕飞机三个轴向之一的扭曲或者旋转运动。这四个因素是:
1.
来自引擎或者螺旋桨的扭矩反作用
2.
螺旋桨气流的螺旋运动效应
3.
螺旋桨的回转作用(陀螺效应)
4.
螺旋桨的非对称负载(P因子)
扭矩反作用力
扭矩反作用力涉及到牛顿第三物理定律-对于任何作用力，有一个方向相反但是大小相同的反作用力。应用到飞机上，这就是说内部的引擎部件或者螺旋桨朝一个方向旋转，那么另一个方向相反的大小相等的力试图把飞机朝相反方向旋转。如图3-30  
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2008-2-29 14:23
当飞机在空中飞行时，这个力绕飞机纵轴作用，有让飞机旋转的趋势。为了补偿这个力，一些旧的飞机用一种不好的方式在被强制下降的机翼一侧产生更多的升力。更加现代的飞机的设计是引擎偏移来抵消扭矩的效应。
说明：大多数美国制造的飞机引擎推动螺旋桨旋转从飞行员座位上看是顺时针的。这里讨论的就是指这种引擎。
一般的，补偿因子是永久设定好的，在巡航速度上补偿这个力，因为大多数飞机的工作升力就是在这个速度上。但是，副翼配平片可以在其他速度上进一步调节。
起飞旋转期间飞机的轮子在地面上，扭矩反作用力引起一个额外的绕飞机垂直轴的旋转运动。当飞机的左侧因为扭矩反作用力作用而被强制向下时，左侧的主起落架承受更多的重量。这导致左侧论坛的地面摩擦力或者阻力比右侧更多，这样进一步导致了左转弯运动。这个运动的强度依赖于很多变量。一部分变量是：
·
引擎尺寸和马力
·
螺旋桨尺寸和转速
·
飞机大小（长度，高度，宽度）
·
地面条件
这个起飞阶段的偏航运动是通过飞行员正确的使用方向舵或者方向舵配平而纠正的。
螺旋状气流效应
飞机螺旋桨的高速旋转使螺旋桨引起的气流做螺旋状旋转。在螺旋桨高速转动和低速前进时(如起飞和近进)，这个螺旋型旋转的气流非常强劲，在飞机的垂直尾翼面上施加一个强的侧面力。如图3-31
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2008-2-29 14:23
当这个螺旋状气流冲击垂直翼面的左侧时，它导致飞机绕垂直轴的左转弯运动。螺旋气流越强，这个力就越明显。然而，随前进速度的增加，这个螺旋气流变长，效应也变弱。
螺旋桨引起的螺旋状气流也会导致绕纵轴的滚转运动。
注意到这个由于螺旋气流引起的滚转运动是向右的，而扭矩反作用力引起的旋转是向左的，效果上说是互相抵消的。但是这些力变化非常大，它是由飞行员随时使用飞行控制来适当的纠正的。这些力必须是抵消的，不管哪一个力是否显著。
陀螺效应
在理解螺旋桨的陀螺效应之前，理解基本的陀螺运动原理是必要的。
陀螺仪的所有实际应用都基于陀螺效应的两个基本属性：在空间和进动上的刚度。这里要讨论的就是进动。
进动是一个自旋转子受到作用于轮缘的扰动力的合成作用，或者扰动。从图3-32可以看到，当作用一个力之后，合成力在旋转方向前面90度位置生效。 
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2008-2-29 14:23
飞机旋转的螺旋桨是一个很好的陀螺装置，这样它也有类似属性。任何时刻施加一个扰动螺旋桨旋转面的力，合成力位于旋转方向的前面90度位置，方向和施加的力是一样的，将导致一个俯仰运动或者偏航运动，或者两种运动的合成，具体依赖于力的作用点。
扭矩效应的这个因素总是和后三点式飞机有关系，也更明显，在尾轮抬起后的飞机起飞摇摆过程中最常发生。如图3-33。
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2008-2-29 14:23
俯仰角的变化和在螺旋桨飞机的旋转顶部施加一个力有相同的效应。合成力在垂直轴的90度位置发生作用，导致飞机向左的偏航运动。这个运动的程度取决于很多变量，其中之一是尾轮抬升后的急转。然而，当一个力作用到转动的螺旋桨的边缘的任何一点，进动或者陀螺效应总会发生；合成力将仍然是在旋转方向上偏离作用点90度的位置。根据力的作用位置，会导致飞机左偏航或者右偏航，上仰或者俯冲，或者是俯仰和偏航的结合。
陀螺效应的结果可以这样说，任何绕垂直轴的偏航导致俯仰运动，任何绕横轴的俯仰导致偏航运动。
为纠正陀螺效应的影响，飞行员有必要适当的使用升降舵和方向舵来防止不必要的俯仰和偏航运动。
不对称载荷(P因子)
当飞机以大迎角飞行时，向下运动的桨叶受力比向上运动的桨叶大；这样推力中心就移动到了螺旋桨旋转面的右侧-导致绕垂直轴的向左偏航运动。那个解释是正确的，然而，要证明这种现象，必定产生每一个桨叶上的有效风向量问题，在考虑飞机迎角和每个桨叶的迎角双重因素时显得更为棘手。
这个不对称载荷是由合成速度引起的，合成速度是螺旋桨叶在它的旋转面内的速度和空气水平的通过螺旋桨旋转面的通过速度合成得来的。飞机以正的迎角飞行时，从后面看右侧或者下降运动的桨叶通过区域的合成速度比左侧向上运动的桨叶合成速度大。由于螺旋桨叶是一种翼面，增加的速度意味着升力增加。因此，向下运动的桨叶有更多的“升力”(相当于机翼的升力，这里对于螺旋桨就是螺旋桨产生的推力)趋向于把飞机头向左拉。
简而言之，当飞机以大迎角飞行时，向下运动的桨叶有更大的合成速度；因此比向上运动的桨叶产生了更多的推力。如图3-34.如果螺旋桨轴是垂直于地面安装的话（就像直升机）这会更容易看到。 clip_image008.gif (19.33 KB)
2008-2-29 14:25
如果根本就没有空气运动，除由螺旋桨本身产生的风之外，每个桨叶的相同部分应该由相同的速度。但是，当空气水平地通过这个垂直安装的螺旋桨时，朝气流前进的桨叶会比背离气流运动的桨叶有更大的空速(桨叶相对空气的速度)。这样，朝向水平气流旋转的桨叶将产生更多升力，或者推力，把推力中心朝那些桨叶方向移动。设想旋转垂直安装轴的螺旋桨来使降低相对气流的角度（就像在飞机上）。这个不平衡的推力然后成比例的变小，直到达到零，这时螺旋桨轴恰好相对移动的空气是水平的。
扭矩效应四因素中的每一个数值都随飞行状态变化而变化。在飞行的一个阶段，这些因素中的一个可能比其他的更突出；反之，在另一阶段可能另外的因素更为主要，这些值之间的关系会随不同飞机而变化，依赖于机身，引擎和螺旋桨组合以及其他设计特征。
为在所有飞行条件下保持飞机的正确控制，飞行员必须应用必要的飞行控制来补偿这些变化的值。
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楼主: weidang
发表于 2009-8-6 13:12:19
