螺旋桨的几何参数

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螺旋桨在旋转过程中，不断地将大量空气（推进介质）向后推动，在桨叶上产生向前的推力。通常，螺旋桨除了旋转外还具有前进速度。如果我们观察一段桨叶，它类似于一段机翼，其相对气流速度由前进速度和旋转速度叠加而成（见图1）。桨叶上的气动力在前进方向上的分量形成拉力，而在旋转面内的分量则产生阻止螺旋桨旋转的力矩，该力矩由发动机的输出力矩平衡。桨叶剖面的弦长与旋转平面的夹角称为桨叶安装角。螺旋桨旋转一周，以桨叶安装角为引导向前推进的距离称为桨距。实际上，桨叶上每个剖面的前进速度是相同的，但圆周速度与剖面到转轴的距离（半径）成正比，因此随着距离转轴的增加，各剖面相对气流与旋转平面的夹角逐渐减小，为了确保每个剖面相对气流保持有利的迎角，各剖面的安装角也随之减小，这就是桨叶扭转的原因。
螺旋桨效率用螺旋桨输出功率与输入功率的比值来表示。输出功率是螺旋桨的拉力与飞行速度的乘积，输入功率是发动机驱动螺旋桨旋转的功率。在飞机起飞滑跑前，由于前进速度为零，螺旋桨效率也为零，发动机的功率完全用于增加空气动能。随着前进速度的增加，螺旋桨效率逐渐提高，在200至700公里/小时的范围内效率较高。当飞行速度继续增加，由于桨尖的压缩效应产生波阻，效率会急剧下降。螺旋桨在飞行中的最高效率可达到85%至90%。
螺旋桨的直径远大于喷气发动机，因此推进的空气流量较大。在发动机功率相同的情况下，螺旋桨后面的空气速度较低，产生的推力较大，这对飞机起飞特别有利。为了解决桨距对高、低速性能的矛盾，出现了可在飞行中变距的螺旋桨。变距机构通常由液压或电力驱动。最初使用的是双距螺旋桨，高速时使用高距，低速（如起飞、爬升状态）时使用低距。后来，为了适应更多的飞行状态，增加了桨距的种类。最完善的变距螺旋桨是带有转速调节器的恒速螺旋桨。转速调节器能自动调节桨距，保持恒定的转速。驾驶员可以通过控制调节器和油门来改变发动机和螺旋桨的转速，一方面调节螺旋桨的拉力，另一方面保持螺旋桨在最佳工作状态。
在多发动机飞机上，如果一台发动机发生故障停车，螺旋桨在迎面气流作用下会像风车一样旋转，这不仅会增加飞行阻力，产生巨大的不平衡力矩，还可能进一步损坏发动机。为此，变距螺旋桨可以自动顺桨，即将桨叶转到基本顺气流方向，使螺旋桨静止不动，以减小阻力。变距螺旋桨还能减小桨距，产生负拉力，增加阻力，缩短着陆滑跑距离。这种状态称为反桨。
为了提高亚音速民用飞机的经济性和降低油耗，20世纪70年代后期，美国开始研究一种新型的多桨叶螺旋桨，即风扇螺旋桨（见图3）。它拥有8至10片弯曲的桨叶，叶片较薄，直径较小。弯曲的桨叶形状能起到类似后掠翼的作用，薄叶片有利于提高螺旋桨的转速。风扇螺旋桨适用于更高的飞行马赫数（M=0.8）。由于叶片数量多，螺旋桨单位推进面积的功率吸收量可提高到300千瓦/平方米（一般螺旋桨为80至120千瓦/平方米）。