怎样削制模型飞机螺旋桨

模型飞机，螺旋桨空气螺旋桨把发动机旋转作功形式转变为直线作功形式；把发动机的功率转变为拉动飞机前进的有效功率。它的工作效率及与发动机有配合程度，直接影响模型飞机的性能。在航模竞技比赛中，出于追求动力组极限水平的需要，对螺旋桨的要求更为“苛刻”；因此以“量体裁衣”手工方式制作螺旋桨的好处显而易见。航模初学者能够扎实地掌握这一手艺很有必要。
　　本文以一个直径（D）200mm、几何桨距（H）120mm的两叶等距螺旋桨（适用于装有1.5cc压燃式发动机或2.5cc电热式发动机的特技模型飞机）为例，介绍削制螺旋桨的方法。
一、螺旋桨的一些基础概念
当我们把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼时，就能借助已知的空气动力学常识，直观地理解螺旋桨的基本工作原理。
1．桨距、动力桨距和几何桨距
桨距：从广义而言，可以理解为螺旋桨旋转一周沿桨轴方向所通过的直线距离。习惯上螺旋桨70%半径处的桨距值为“称呼值”，它具有标示意义。
动力桨距（Hg）：桨叶旋转一周模型飞机所通过的距离（见图1）。设计螺旋桨时首先要确定动力桨距值。
几何桨距：（H）：桨叶弦线迎角为零时，螺旋桨旋转一周所前进的距离（也见图1）。它体现了桨叶角的实际大小，是“看得见、摸得着”的实际参数。航模图纸上一般都标出几何桨距，是消制螺旋桨的主要依据。

2．动力桨距和几何桨距的关系
由于螺旋桨工作在接近于有利迎角下，与零度迎角之间的角差的存在，因此动力桨距值必然小于几何桨距值。几何桨距和动力桨距的关系是：几何桨距（H）= 1.1 ~ 1.3倍动力桨距（Hg）。也就是说，设计模型飞机时，动力桨距确定后，可以通过上述公式概略估算出螺旋桨的几何桨距。
3．通常使用的螺旋桨是各段几何桨距值相等的所谓等距桨。它的优点是设计、制作比较容易；缺点是工作效率劣于不等距桨。由于不等距桨各段的几何桨距值和桨角均不一样，尽管其效率高，但制作的难度大。故初学者从削等距桨起步较为稳妥。
4．桨叶角（β）：桨叶角是指桨叶剖面弦线与旋转平面之间的夹角。
5．几何桨距和桨叶角的关系
几何桨距和桨叶角直接关联，是同一个问题的两种表达方式。几何桨距强调的是总体，桨叶角强调的是局部。就等距螺旋桨而言，桨叶角随其在螺旋桨半径方向上所处位置的不同而异；随着由桨根到桨尖方向的逐渐位移，桨叶角渐渐有规律地减小。（图2）

二．螺旋桨的外形特征
　　螺旋桨外形特征的形成，是基本原理、使用要求和材料三个因素相统一的结果。信托这些特征在脑子里建立起螺旋桨的“思维模型”，会使实际操作有的放矢。
　　1．桨叶的剖面
　　由于桨叶弦长很小，剖面很薄，航模爱好者以往对螺旋桨剖面形状的研究较少，大多根据粗略感觉和“两个桨叶对称”原则一带而过。但为了追求高效率，有必要对螺旋桨剖面进行探讨。
　　螺旋桨工作效率最高和一段在60% ~ 80%半径处。这一段一般为桨叶的最宽处，桨叶厚度约为弦长的12%。桨尖的弦长比较小，厚度约为10%。故靠近桨尖部分应注重减小阻力。桨根部分的线速度小，工作效率低，这部分桨叶剖面主要应服从保持强度和刚度的需要。图3为螺旋桨的几个典型剖面。图4为桨叶最宽处我桨尖的剖面（笔者设计；坐标见表1、表2）。其最高点在35%弦长处。从理论上考虑，最高点应在25%左右为佳；而从工艺上看，最高点太靠前可能使桨叶中段的最大垂直厚度超过桨根厚度，形成凸起，使桨的外形不合理。35%是综合权衡的结果。


　　2．桨叶角的变化规律决定了桨叶呈一扭曲的片状：下弧表面大部分为一次曲面；上弧大部分为二次曲面。桨毂上下弧和桨尖端面为平面（图5）。

　　3．为了结构强度的合理化，桨根处的剖面最厚，随着向桨尖处位移而逐渐减薄。把握住桨根处上弧最高点线和下弧靠近桨根处后缘线的位置和走向（见图5）是关键。上弧最高点线太靠前会使桨根截面积减少，削弱强度；下弧后缘线靠后，不但降低了桨根强度，还使桨根处的桨距不能达到（小于）设计值。这两条线如划得合理，就基本能肖桨进出现“思圆行方”式的纰漏。
三．削制螺旋桨的主要步骤
　　制作螺旋桨的木材用桦木、榉木、色木或柞木等；其中最常用的是桦木。
　　1．通过作图法（图6）求出前缘最大高度后加上约2毫米即为桨木厚度。这个螺旋桨的桨木是8×22×200（毫米）桦木。木材的纹理要顺直，把较平整的一面作为下弧，并在平整的工作台上铺一细砂纸进一步磨平作为基准面。

　　2．在钻台上用直径Φ5的钻头在桨木上弧中心点打孔（图7 - 1）。做一划中心线的辅助工具（图8），把它穿在已穿过桨木中心孔的5mm钻头柄上，紧贴桨木上弧。用大头钉穿过两端的小孔在桨木上扎两个小记号（图7 – 2）；再借助记号划出中心线（图7 – 3）。

　　3．依照正面样板，在桨木上弧画出桨的正面（俯视）投影（图7 – 4）。为了做到螺旋桨完成后两个桨叶长度完全相等，最好在桨在之外另延长5毫米；待桨削好，涂敷涂料前重新用正面样板在下弧划上端面线，用手工锯沿线截断；再仔细把截面磨齐（插图中未画出这一步骤）。
　　4．把划好线的桨木夹在台钳上，用手工锯沿线的外沿（距离尽量小）概略锯出桨的俯视投影轮廓；再用细木锉和钢锉进一步加工修整；最后用覆上细沙纸的砂纸板打磨到位，桨的正投影即完成（图7 – 5）。应仔细检查、切实做到两个桨叶投影面积完全一致，且所有边缘面和基准面垂直。
　　5．在下弧划出靠近桨根部分的后缘线；在侧面概略划出前缘线（图7 – 6）。
　　6．用手工锯在下弧面上锯出开口，用扁铲粗略地铲去就去除的部分；用细木锉修整后，用桨距规对桨叶角进行测量、修正（图9）；待接近设计值时，改用钢锉和砂纸板对桨叶角进行细加工，直到符合设计值。桨距规可以参照图10用有机玻璃自制。图7 – 7为桨叶下弧的保留部分和去除部分。
　　7．画出上弧靠近桨根处的最高点线。
　　8．切削上弧：先用刻刀切削；最后的细加工过程与加工下弧的办法相同。（图7 – 7）
　　随着加工进程形成新外形的同时，木材的内应力会随之发生一些变化，应注意检查和细修桨叶角。
　　最后修出前缘外形。桨根处的前缘比较肥厚，具体处理办法是把这一处的下弧向上修圆滑，以减少阻力（参考图3、图5）。桨的后缘不能尖利，应保留0.2毫米厚度，以防拨螺旋桨启动发动机时划伤手指。
　　上述8个步骤仅是按部就班的过程，还须对具体环节细化思考，周到处理。例如，有些加工程序可在两个桨叶上交替同步进行，既可防备万一失误而使前期更多工作量付之东流，也可减少已完成部分出现一些后期变化等。
削好螺旋桨的关键在细节。“细节决定成败”；“细节之处见真章”。这两句话可作为完成上述8个步骤后的总结。

四．检查静平衡
　　通常，航空模型螺旋桨的工作转速范围在5000~20000转/分，对动平衡要求高。而静平衡是动平衡的基础条件。假如螺旋桨的两个桨叶从材料的质量到桨叶角、外形完全相同，实现动力平衡应顺理成章。问题是，这一基础条件并非轻易能具备。我们能做到的是尽量使两个桨叶任意一处的剖面相互对称；尽力实现静平衡。
　　螺旋桨静平衡程度如何，可通过自制的平衡检查架检查（图11）。理想的静平衡状态是：螺旋桨无论处于价格体系角度均能自行静止；如果某一桨叶静止时的位置总是“下沉”，即应找出这个桨叶与另一桨叶的差异，并且进行修正、再试，直到合格。

五．涂敷涂料
　　涂敷涂料前，应分别在两个桨叶的适当位置，用黑色签字笔清晰地写上桨的参数（D=200、H=120）作为备忘。日后螺旋桨损坏时，可根据残骸上留下的参数制作。
　　涂敷涂料应选择在晴朗干燥的天气下进行。
　　先用软布擦去螺旋桨表面残留的木屑、尘埃等；再刷上几遍透布油（不要把螺旋桨孔和桨尖端面遗漏）。透布油完全干燥后，把少许“502”胶液，用事准备好的白色绸布薄而均匀地迅速涂敷在螺旋桨表面上。为便于手持，先涂敷大半部分，干后再涂敷其余部分。“502”胶属速干型粘合剂，这一工序应一次性快速完成，不能反复涂抹，以免把表面拉毛而使之推动光泽。
　　削好的螺旋桨要在试车台上作试运转。当发动机以各种转速运转时，从侧面看上去，在桨尖处应始终呈现出一个清晰的“圆环”。如出现“双环”现象或颤动，表明存在缺陷。有缺陷的螺旋桨应立即检查修正，禁止勉强使用。
　　削制几根同样参数的螺旋桨，就做到桨叶角、外形和重量一致，使它们有互换性。
　　至此，我们就可以把自己精工细作、如同工艺品般的螺旋桨安装在心爱的模型上了。新螺旋桨既能为模型增力，又可为模型增色，很成功（图12）！