Έλικας αεροσκάφους: όνομα, ταξινόμηση και χαρακτηριστικά

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η βάση της κίνησης του αέρα στις αρχές της αεροδυναμικής είναι η παρουσία μιας δύναμης που εξουδετερώνει την αντίσταση του αέρα κατά την πτήση και τη βαρύτητα. Όλα τα σύγχρονα αεροσκάφη, με εξαίρεση τα ανεμόπτερα, έχουν κινητήρα του οποίου η ισχύς μετατρέπεται σε αυτή τη δύναμη. Ο μηχανισμός που μετατρέπει την περιστροφή του άξονα του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής σε ώθηση είναι η έλικα του αεροσκάφους.

Περιγραφή έλικα

Η προπέλα αεροσκάφους είναι μια μηχανική συσκευή με λεπίδες που περιστρέφεται από έναν άξονα κινητήρα και δημιουργεί ώθηση για την κίνηση του αεροσκάφους στον αέρα. Γέρνοντας τα πτερύγια, η προπέλα ρίχνει αέρα πίσω, δημιουργώντας μια περιοχή χαμηλής πίεσης μπροστά της και υψηλή πίεση πίσω της. Σχεδόν όλοι οι άνθρωποι στη γη τουλάχιστον μία φορά στη ζωή τους είχαν την ευκαιρία να δουν αυτή τη συσκευή, επομένως δεν απαιτούνται πολυάριθμοι επιστημονικοί ορισμοί. Η έλικα αποτελείται από πτερύγια, μια πλήμνη που συνδέεται με τον κινητήρα μέσω ειδικής φλάντζας, βάρη εξισορρόπησης που τοποθετούνται στην πλήμνη, έναν μηχανισμό αλλαγής του βήματος της προπέλας και ένα φέρινγκ που καλύπτει την πλήμνη.

Άλλα ονόματα

Ποιο είναι το άλλο όνομα για μια προπέλα αεροπλάνου; Ιστορικά, υπήρχαν δύο κύρια ονόματα: η πραγματική προπέλα και η προπέλα. Ωστόσο, αργότερα εμφανίστηκαν άλλα ονόματα, δίνοντας έμφαση είτε στα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά είτε στις πρόσθετες λειτουργίες που ανατέθηκαν σε αυτή τη μονάδα. Συγκεκριμένα:

• Fenestron. Μια βίδα που εισάγεται σε ένα ειδικό κανάλι στην ουρά ενός ελικοπτέρου.
• Πτερωτή. Μια βίδα κλεισμένη σε ειδικό δακτύλιο.
• Propfan. Αυτές είναι βίδες σε σχήμα βέλους ή σε σχήμα σπαθιού σε δύο σειρές με μειωμένη διάμετρο.
• Ανεμιστήρας. Εφεδρικό σύστημα τροφοδοσίας έκτακτης ανάγκης από την επερχόμενη ροή αέρα.
• Ρότορας. Αυτό ονομάζεται μερικές φορές ο κύριος ρότορας ενός ελικοπτέρου και μερικοί άλλοι.

θεωρία προπέλας

Στον πυρήνα της, κάθε έλικα αεροσκάφους είναι ένα είδος κινητών φτερών σε μικρογραφία, που ζουν σύμφωνα με τους ίδιους νόμους αεροδυναμικής με το φτερό. Δηλαδή κινούμενοι στο ατμοσφαιρικό περιβάλλον τα πτερύγια λόγω του προφίλ και της κλίσης τους δημιουργούν ροή αέρα που είναι η κινητήρια δύναμη του αεροσκάφους. Η ισχύς αυτής της ροής, εκτός από το συγκεκριμένο προφίλ, εξαρτάται από τη διάμετρο και την ταχύτητα της προπέλας. Ταυτόχρονα, η εξάρτηση της ώσης από τις στροφές είναι τετραγωνική και από τη διάμετρο - ακόμη και στον 4ο βαθμό. Ο γενικός τύπος ώθησης έχει ως εξής: P=αρn²D^4όπου:

• α – συντελεστής ώθησης προπέλας (εξαρτάται από το σχέδιο και το προφίλ των πτερυγίων);
• ρ - πυκνότητα αέρα;
• n - αριθμός στροφώνβίδες;
• D είναι η διάμετρος της βίδας.

Είναι ενδιαφέρον να συγκρίνουμε με τον παραπάνω τύπο, έναν άλλο που προέρχεται από την ίδια θεωρία βιδών. Αυτή είναι η απαιτούμενη ισχύς για τη διασφάλιση της περιστροφής: T=Βρn³D^{5, όπου Β είναι ο υπολογισμένος συντελεστής ισχύος της προπέλας.}

Συγκρίνοντας αυτούς τους δύο τύπους, μπορεί να φανεί ότι αυξάνοντας την ταχύτητα της έλικας του αεροσκάφους και αυξάνοντας τη διάμετρο της προπέλας, η απαιτούμενη ισχύς του κινητήρα αυξάνεται εκθετικά. Εάν το επίπεδο ώσης είναι ανάλογο με το τετράγωνο των στροφών και την 4η ισχύ της διαμέτρου, τότε η απαιτούμενη ισχύς κινητήρα αυξάνεται ήδη αναλογικά με τον κύβο των στροφών και την 5η ισχύ της διαμέτρου της έλικας. Καθώς αυξάνεται η ισχύς του κινητήρα, αυξάνεται και το βάρος του, το οποίο απαιτεί ακόμη μεγαλύτερη ώθηση. Ένας άλλος φαύλος κύκλος στη βιομηχανία αεροσκαφών.

Προδιαγραφές έλικα

Κάθε προπέλα που είναι εγκατεστημένη σε αεροσκάφος έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

• Διάμετρος βίδας.
• Γεωμετρική κίνηση (βήμα). Αυτός ο όρος αναφέρεται στην απόσταση που θα διανύει η βίδα, προσκρούοντας σε μια θεωρητικά στερεή επιφάνεια σε μια περιστροφή.
• Πέλμα - η πραγματική απόσταση που διανύει η προπέλα σε μία περιστροφή. Προφανώς, αυτή η τιμή εξαρτάται από την ταχύτητα και τη συχνότητα περιστροφής.
• Γωνία λεπίδας - η γωνία μεταξύ του επιπέδου και του πραγματικού βήματος της προπέλας.
• Σχήμα λεπίδας – Οι περισσότερες σύγχρονες λεπίδες έχουν σχήμα σπαθιού, κυρτές.
• Προφίλ λεπίδας - η διατομή κάθε λεπίδας έχει, κατά κανόνα, σχήμα φτερού.
• Μέση χορδή λεπίδας –γεωμετρική απόσταση μεταξύ των μπροστινών και των πίσω άκρων.

Ταυτόχρονα, το κύριο χαρακτηριστικό μιας έλικας αεροσκάφους είναι η ώθησή της, δηλαδή αυτό για το οποίο χρειάζεται.

Αξιοπρέπεια

Τα αεροσκάφη που χρησιμοποιούν έναν έλικα ως έλικα είναι πολύ πιο οικονομικά από τα αντίστοιχα του turbojet. Η απόδοση αγγίζει το 86%, κάτι που είναι απρόσιτη τιμή για τα αεριωθούμενα αεροσκάφη. Αυτό είναι το κύριο πλεονέκτημά τους, το οποίο ουσιαστικά τους έθεσε ξανά σε λειτουργία κατά την πετρελαϊκή κρίση της δεκαετίας του '70 του περασμένου αιώνα. Σε μικρές αποστάσεις, η ταχύτητα δεν είναι κρίσιμη σε σύγκριση με την οικονομία, επομένως τα περισσότερα αεροσκάφη περιφερειακής αεροπορίας κινούνται με έλικα.

Ελαττώματα

Τα αεροσκάφη με έλικα έχουν επίσης μειονεκτήματα. Πρώτα απ 'όλα, αυτά είναι καθαρά «κινητικά» μειονεκτήματα. Κατά την περιστροφή, η προπέλα του αεροσκάφους, έχοντας τη δική της μάζα, έχει επίδραση στο σώμα του αεροσκάφους. Εάν οι λεπίδες, για παράδειγμα, περιστρέφονται δεξιόστροφα, τότε το περίβλημα τείνει να περιστρέφεται, αντίστοιχα, αριστερόστροφα. Οι αναταράξεις που δημιουργούνται από την έλικα αλληλεπιδρούν ενεργά με τα φτερά και την πρόσφυση του αεροσκάφους, δημιουργώντας διαφορετικές ροές δεξιά και αριστερά, αποσταθεροποιώντας έτσι την πορεία πτήσης.

Τέλος, η περιστρεφόμενη προπέλα είναι ένα είδος γυροσκόπιου, δηλαδή τείνει να διατηρεί τη θέση της, γεγονός που καθιστά δύσκολη την αλλαγή της διαδρομής πτήσης για τον αέραδικαστήριο. Αυτές οι αδυναμίες του έλικα του αεροσκάφους είναι γνωστές εδώ και πολύ καιρό και οι σχεδιαστές έχουν μάθει να τις αντιμετωπίζουν εισάγοντας μια ορισμένη ασυμμετρία στο σχεδιασμό των ίδιων των πλοίων ή στις επιφάνειες ελέγχου τους (πηδάλια, αεροτομές κ.λπ.). Για να είμαστε δίκαιοι, θα πρέπει να σημειωθεί ότι και οι κινητήρες αεριωθουμένων έχουν παρόμοιες «κινητικές» ελλείψεις, αλλά σε κάπως μικρότερο βαθμό.

Το λεγόμενο φαινόμενο κλειδώματος μπορεί επίσης να αποδοθεί στα μειονεκτήματα, όταν μια αύξηση της διαμέτρου και της ταχύτητας περιστροφής της προπέλας του αεροσκάφους σε ορισμένα όρια παύει να παράγει ένα αποτέλεσμα με τη μορφή αύξησης της ώσης. Αυτό το φαινόμενο σχετίζεται με την εμφάνιση σε ορισμένα τμήματα των πτερυγίων ροών αέρα σχεδόν ή υπερηχητικής ταχύτητας, η οποία δημιουργεί κρίση κυμάτων, δηλαδή σχηματισμό κραδασμών αέρα. Στην πραγματικότητα, ξεπερνούν το ηχητικό σύνορο. Από αυτή την άποψη, η μέγιστη ταχύτητα του αεροσκάφους με έλικα δεν υπερβαίνει τα 650-700 km/h.

Ίσως η μόνη εξαίρεση ήταν το βομβαρδιστικό Tu-95, το οποίο αγγίζει ταχύτητες έως και 950 km/h, δηλαδή σχεδόν ηχητική ταχύτητα. Κάθε κινητήρας του είναι εξοπλισμένος με δύο ομοαξονικές προπέλες που περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις. Λοιπόν, το τελευταίο πρόβλημα των ελικοκίνητων αεροσκαφών είναι ο θόρυβος τους, οι απαιτήσεις για τον οποίο αυστηροποιούνται συνεχώς από τις αεροπορικές αρχές.

Ταξινόμηση

Υπάρχουν πολλοί τρόποι ταξινόμησης των ελίκων αεροσκαφών. Χωρίζονται σε ομάδες ανάλογα με το υλικό από το οποίο κατασκευάζονται, με το σχήμα των λεπίδων, τη διάμετρο, την ποσότητα τους, καθώς και μια σειρά από άλλα. Χαρακτηριστικά. Ωστόσο, το πιο σημαντικό είναι η ταξινόμησή τους σύμφωνα με δύο κριτήρια:

• Πρώτο - υπάρχουν έλικες μεταβλητού βήματος και σταθερού βήματος.
• Δεύτερη - υπάρχουν βίδες έλξης και ώθησης.

Το πρώτο είναι εγκατεστημένο στο μπροστινό μέρος του αεροσκάφους και το δεύτερο, αντίστοιχα, στο πίσω μέρος. Ένα αεροσκάφος με έλικα ώθησης εμφανίστηκε νωρίτερα, αλλά στη συνέχεια ξεχάστηκε για κάποιο χρονικό διάστημα και μόλις σχετικά πρόσφατα εμφανίστηκε ξανά στον ουρανό. Τώρα αυτή η διάταξη χρησιμοποιείται ευρέως σε μικρά αεροσκάφη. Υπάρχουν ακόμη και αρκετά εξωτικές επιλογές, εξοπλισμένες με λεπίδες έλξης και ώθησης ταυτόχρονα. Ένα αεροσκάφος με πίσω έλικα έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα, μεταξύ των οποίων το κυριότερο είναι η υψηλότερη αναλογία ανύψωσης προς έλξη. Ωστόσο, λόγω της έλλειψης πρόσθετης ροής αέρα από την προπέλα, το φτερό έχει τα χειρότερα χαρακτηριστικά απογείωσης και προσγείωσης.

Βίδες μεταβλητού βήματος

Έλικες μεταβλητού βήματος εγκαθίστανται σχεδόν σε όλα τα σύγχρονα μεσαία και μεγάλα αεροσκάφη. Με μεγάλο βήμα λεπίδας, επιτυγχάνεται μεγάλη ώθηση, αλλά εάν οι στροφές του κινητήρα είναι αρκετά χαμηλές, η επιτάχυνση θα είναι εξαιρετικά αργή. Αυτό μοιάζει πολύ με την κατάσταση με ένα αυτοκίνητο όταν προσπαθεί να ξεκινήσει με υψηλότερες ταχύτητες.

Η υψηλή ταχύτητα και το μικρό βήμα προπέλας δημιουργούν τον κίνδυνο ακινητοποίησης και πτώσης της ώθησης στο μηδέν. Επομένως, κατά τη διάρκεια της πτήσης, το βήμα αλλάζει συνεχώς. Τώρα αυτό γίνεται με αυτοματισμό, αλλά πριν ο ίδιος ο πιλότος έπρεπε να το παρακολουθεί συνεχώς χειροκίνητα.ρυθμίστε τη γωνία. Ο μηχανισμός αλλαγής του βήματος της προπέλας είναι ένας ειδικός δακτύλιος με μηχανισμό κίνησης που περιστρέφει τα πτερύγια σε σχέση με τον άξονα περιστροφής κατά τον απαιτούμενο βαθμό.

Σύγχρονη ανάπτυξη στη Ρωσία

Η εργασία για τη βελτίωση συσκευών δεν σταμάτησε ποτέ. Επί του παρόντος πραγματοποιούνται δοκιμές νέας προπέλας του αεροσκάφους AB-112. Θα χρησιμοποιηθεί στο ελαφρύ στρατιωτικό μεταφορικό αεροσκάφος Il-112V. Πρόκειται για μια προπέλα με 6 πτερύγια απόδοσης 87%, διάμετρο 3,9 μέτρα και ταχύτητα περιστροφής 1200 rpm και έλικα μεταβλητού βήματος. Ένα νέο προφίλ λεπίδας έχει αναπτυχθεί και ο σχεδιασμός του έχει ελαφρύνει.