Gaisa kuģa propelleris: nosaukums, klasifikācija un īpašības

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Gaisa kustības pamatā uz aerodinamikas principiem ir tāda spēka klātbūtne, kas neitralizē gaisa pretestību lidojumā un gravitācijas spēku. Visām mūsdienu lidmašīnām, izņemot planierus, ir dzinējs, kura jauda tiek pārvērsta šajā spēkā. Mehānisms, kas pārvērš spēkstacijas vārpstas griešanos vilcē, ir gaisa kuģa propelleris.

Propellera apraksts

Lidakuģa propelleris ir mehāniska ierīce ar lāpstiņām, ko griež dzinēja vārpsta un kas rada vilci lidmašīnas kustībai gaisā. Noliecot lāpstiņas, dzenskrūve izmet gaisu atpakaļ, izveidojot zema spiediena zonu tā priekšā un augsta spiediena zonu aiz tā. Gandrīz visiem cilvēkiem uz zemes vismaz vienu reizi savā dzīvē bija iespēja redzēt šo ierīci, tāpēc daudzas zinātniskas definīcijas nav nepieciešamas. Propellers sastāv no lāpstiņām, rumbas, kas caur īpašu atloku savienota ar dzinēju, uz rumbas novietotiem balansēšanas atsvariem, dzenskrūves soļa maiņas mehānisma un rumbu nosedzoša apvalka.

Citi vārdi

Kāds cits nosaukums ir lidmašīnas propelleram? Vēsturiski bija divi galvenie nosaukumi: faktiskais dzenskrūve un dzenskrūve. Tomēr vēlāk parādījās citi nosaukumi, uzsverot vai nu dizaina iezīmes, vai šai iekārtai piešķirtās papildu funkcijas. Konkrēti:

• Fenestron. Helikoptera astē īpašā kanālā ievietota skrūve.
• Lāpstiņritenis. Īpašā gredzenā ievietota skrūve.
• Propfan. Tās ir bultas vai zobenveida skrūves divās rindās ar samazinātu diametru.
• Vēja ventilators. Avārijas rezerves barošanas sistēma no pretimnākošās gaisa plūsmas.
• Rotors. To dažreiz sauc par helikoptera galveno rotoru un dažiem citiem.

Propellera teorija

Jebkurš gaisa kuģa dzenskrūves pamatā ir sava veida kustīgi spārni miniatūrā, kas darbojas saskaņā ar tiem pašiem aerodinamikas likumiem kā spārns. Tas ir, pārvietojoties atmosfēras vidē, lāpstiņas sava profila un slīpuma dēļ rada gaisa plūsmu, kas ir lidmašīnas dzinējspēks. Šīs plūsmas stiprums papildus konkrētajam profilam ir atkarīgs no dzenskrūves diametra un ātruma. Tajā pašā laikā vilces atkarība no apgriezieniem ir kvadrātiska, un no diametra - pat līdz 4. pakāpei. Vispārējā vilces formula ir šāda: P=αρn²D^4kur:

• α – dzenskrūves vilces koeficients (atkarīgs no lāpstiņu konstrukcijas un profila);
• ρ - gaisa blīvums;
• n - apgriezienu skaitsskrūves;
• D ir skrūves diametrs.

Interesanti salīdzināt ar iepriekš minēto formulu, citu formulu, kas iegūta no tās pašas skrūvju teorijas. Šī ir nepieciešamā jauda, lai nodrošinātu rotāciju: T=Βρn³D^{5, kur Β ir aprēķinātais dzenskrūves jaudas koeficients..}

Salīdzinot šīs divas formulas, redzams, ka, palielinot lidmašīnas propellera ātrumu un palielinot propellera diametru, nepieciešamā dzinēja jauda pieaug eksponenciāli. Ja vilces līmenis ir proporcionāls apgriezienu kvadrātam un diametra 4. jaudai, tad nepieciešamā dzinēja jauda palielinās jau proporcionāli apgriezienu kubam un dzenskrūves diametra 5. jaudai. Pieaugot dzinēja jaudai, palielinās arī tā svars, kas prasa vēl lielāku vilci. Vēl viens apburtais loks gaisa kuģu nozarē.

Propellera specifikācijas

Jebkuram lidmašīnā uzstādītajam propelleram ir šādas īpašības:

• Skrūves diametrs.
• Ģeometriskā kustība (solis). Šis termins attiecas uz attālumu, kādu skrūve nobrauktu, vienā apgriezienā ietriecoties teorētiskā cietā virsmā.
• Protektors - faktiskais attālums, ko dzenskrūve nobrauca vienā apgriezienā. Acīmredzot šī vērtība ir atkarīga no ātruma un griešanās biežuma.
• Asmens leņķis - leņķis starp plakni un dzenskrūves faktisko soli.
• Asmens forma - lielākā daļa mūsdienu asmeņu ir zobena formas, izliektas.
• Asmens profils - katra asmens šķērsgriezumam parasti ir spārna forma.
• Vidējais asmeņa akords -ģeometriskais attālums starp priekšējo un beigu malu.

Tajā pašā laikā gaisa kuģa propellera galvenā īpašība ir tā vilce, tas ir, kam tas ir vajadzīgs.

Cieņa

Lidmašīnas, kas izmanto propelleri kā dzenskrūvi, ir daudz ekonomiskākas nekā to turboreaktīvie dzinēji. Efektivitāte sasniedz 86%, kas reaktīvajām lidmašīnām ir nesasniedzama vērtība. Tā ir viņu galvenā priekšrocība, kas tos faktiski atkal sāka izmantot pagājušā gadsimta 70. gadu naftas krīzes laikā. Nelielos attālumos ātrums nav kritisks salīdzinājumā ar ekonomiju, tāpēc vairums reģionālo aviācijas lidmašīnu darbojas ar propelleru.

Trūkumi

Propellerlidmašīnām ir arī trūkumi. Pirmkārt, tie ir tīri “kinētiski” mīnusi. Rotācijas laikā gaisa kuģa propelleris, kam ir sava masa, iedarbojas uz lidmašīnas korpusu. Ja asmeņi, piemēram, griežas pulksteņrādītāja virzienā, tad korpusam ir tendence griezties, attiecīgi, pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Propellera radītās turbulences aktīvi mijiedarbojas ar gaisa kuģa spārniem un spārniem, radot dažādas plūsmas pa labi un pa kreisi, tādējādi destabilizējot lidojuma trajektoriju.

Visbeidzot, rotējošais propelleris ir sava veida žiroskops, tas ir, tam ir tendence saglabāt savu pozīciju, kas apgrūtina lidojuma trajektorijas nomaiņu gaisam.tiesa. Šie gaisa kuģa propellera trūkumi ir zināmi jau sen, un dizaineri ir iemācījušies ar tiem tikt galā, ieviešot zināmu asimetriju pašu kuģu vai to vadības virsmu (stūres, spoileri u.c.) konstrukcijā. Taisnības labad jāatzīmē, ka arī reaktīvajiem dzinējiem ir līdzīgi "kinētiski" trūkumi, taču nedaudz mazākā mērā.

Tā saukto bloķēšanas efektu var attiecināt arī uz mīnusiem, kad gaisa kuģa propellera diametra un griešanās ātruma palielināšanās līdz noteiktām robežām pārstāj radīt efektu vilces spēka palielināšanās veidā. Šis efekts ir saistīts ar gandrīz vai virsskaņas ātruma gaisa plūsmu parādīšanos noteiktās lāpstiņu daļās, kas rada viļņu krīzi, tas ir, gaisa triecienu veidošanos. Patiesībā viņi pārvar skaņas robežu. Šajā sakarā maksimālais gaisa kuģa ātrums ar propelleri nepārsniedz 650-700 km/h.

Varbūt vienīgais izņēmums bija bumbvedējs Tu-95, kas sasniedz ātrumu līdz 950 km/h, tas ir, gandrīz skaņas ātrumu. Katrs no tā dzinējiem ir aprīkots ar diviem koaksiālajiem propelleriem, kas rotē pretējos virzienos. Nu, pēdējā propelleru lidmašīnu problēma ir to troksnis, kura prasības aviācijas iestādes pastāvīgi pastiprina.

Klasifikācija

Ir daudzi veidi, kā klasificēt gaisa kuģu propellerus. Tie ir sadalīti grupās atkarībā no materiāla, no kura tie izgatavoti, pēc asmeņu formas, to diametra, daudzuma, kā arī vairākiem citiem.īpašības. Tomēr vissvarīgākā ir to klasifikācija pēc diviem kritērijiem:

• Pirmkārt - ir maināma soļa un fiksēta soļa dzenskrūves.
• Otrā - ir vilkšanas un stumšanas skrūves.

Pirmais ir uzstādīts lidmašīnas priekšpusē, bet otrais, attiecīgi, aizmugurē. Lidmašīna ar stūmējdzenskrūvi radās jau agrāk, bet tad uz kādu laiku tika aizmirsta un tikai salīdzinoši nesen atkal parādījās debesīs. Tagad šis izkārtojums tiek plaši izmantots mazās lidmašīnās. Ir pat diezgan eksotiskas iespējas, kas aprīkotas gan ar vilkšanas, gan stumšanas asmeņiem vienlaikus. Lidmašīnai ar aizmugurējo dzenskrūvi ir vairākas priekšrocības, no kurām galvenā ir tā augstāka pacelšanas un pretestības attiecība. Tomēr, jo trūkst papildu gaisa plūsmas no dzenskrūves, spārnam ir vissliktākās pacelšanās un nosēšanās īpašības.

Mainīga soļa skrūves

Mainīga soļa dzenskrūves ir uzstādītas gandrīz visos mūsdienu vidējos un lielos lidaparātos. Ar lielu asmeņu soli tiek panākta liela vilce, bet, ja dzinēja apgriezieni ir diezgan zemi, paātrinājums būs ārkārtīgi lēns. Tas ir ļoti līdzīgs situācijai ar automašīnu, kad mēģina iedarbināt augstākos pārnesumos.

Liels ātrums un mazs dzenskrūves solis rada apstāšanās draudus un vilces spēka samazināšanos līdz nullei. Tāpēc lidojuma laikā laukums nemitīgi mainās. Tagad to dara automatizācija, taču iepriekš pašam pilotam tas bija pastāvīgi jāuzrauga manuāli.regulējiet leņķi. Dzenskrūves soļa maiņas mehānisms ir īpaša bukse ar piedziņas mehānismu, kas griež lāpstiņas attiecībā pret rotācijas asi par nepieciešamo pakāpi.

Mūsdienīga attīstība Krievijā

Darbs pie ierīču uzlabošanas nekad nav apstājies. Šobrīd tiek veikti lidmašīnas AB-112 jaunā propellera testi. To izmantos vieglajā militārā transporta lidmašīnā Il-112V. Šis ir 6 lāpstiņu dzenskrūve ar efektivitāti 87%, diametrs 3,9 metri un griešanās ātrums 1200 apgr./min un maināma soļa dzenskrūve. Ir izstrādāts jauns asmens profils, un tā dizains ir atvieglots.