O metodă pentru creșterea forței de împingere și a eficienței unei elice și un dispozitiv pentru implementarea metodei. Cum funcționează un avion cu elice. Ce determină numărul palelor de elice?

Transformarea puterii motorului (cuplul) în forța necesară pentru mișcarea înainte a aeronavelor, snowmobilelor, planoarelor și hovercraftului. Există elice de tragere - instalate pe un avion etc. în fața motorului (în direcția de mișcare) și elice de împingere - plasate în spatele motorului. Șuruburile pot fi coaxiale simple sau duble, când două șuruburi sunt amplasate unul deasupra celuilalt, arborele șurubului superior trece prin arborele tubular al șurubului inferior și se rotesc în direcții opuse. Conform metodei de atașare a lamelor la butuc, există șuruburi: pas fix, ale căror lame sunt integrale cu butucul; pas variabil - cel mai comun tip, ale cărui pale în zbor pot fi rotite în butuc în jurul axei printr-un anumit unghi, numit pasul elicei; reversibil, în care în zbor paletele pot fi instalate într-un unghi negativ pentru a crea forță direcționată în direcția opusă mișcării (astfel de lame sunt folosite, de exemplu, pentru frânarea eficientă și reducerea lungimii rulării aeronavei la aterizare). O caracteristică a unei elice cu pene este capacitatea de a alinia palele în zbor cu fluxul de aer, astfel încât atunci când motorul se oprește în zbor, nu crește rezistența aeronavei față de elice. Numărul de pale de elice variază de la 2 la 6 pentru elicele simple și până la 12 pentru elicele coaxiale.

Tipurile de elice sunt rotorul principalȘi rotorul de coadă, aplicat pe elicoptere, elicoptere, autogire.

Enciclopedia „Tehnologie”. - M.: Rosman. 2006 .

Elice cu pale pentru transformarea cuplului motorului în forța elicei. Instalat pe avioane, helicoptere, snowmobile, hovercraft, ekranoplanes etc.
V. în. sunt subdivizate; după metoda de instalare a palelor - pe elice cu pas fix, pas fix și pas variabil (poate fi cu pene sau pene-reversibile); în funcție de mecanismul de schimbare a pasului - cu o acționare mecanică, electrică sau hidraulică; conform schemei de lucru - schema directa sau inversa; prin proiectare - simplu, coaxial, cu două rânduri, V. in. în ring.
V. în. constă din lame ( cm. Pala elicei), bucșă și poate include, de asemenea, modificări ale pasului elicei. V. în. diferă prin diametrul D (0,5-6,2 m) și numărul de lame k (2-12). Bucșa este utilizată pentru a asigura lamele și pentru a transmite cuplul de la arborele motorului. Mecanismul de schimbare a pasului asigură o modificare a unghiului palelor în zbor.
1) La V. v. Cu pas constant, lamele nu se rotesc în jurul axelor lor.
2) V. lame pasul fix poate fi setat la unghiul necesar înainte de zbor, dar nu se rotesc în timpul funcționării.
3) La V. v. pas variabil, puteți modifica unghiul lamelor folosind un sistem de control manual sau automat folosind un regulator de viteză. Regulatorul menține o turație dată a motorului controlând pasul prin alimentarea cu ulei printr-un sistem de canale în cavitățile corespunzătoare ale mecanismului de control V.. cu actionare hidraulica.
4) În girouța V. secolul. lamele pot fi instalate în aval pentru a reduce rezistența aerodinamică atunci când motorul este forțat să se oprească în zbor ( cm. Penele elicei).
5) Lame de vânt reversibile cu palete poate fi instalat și într-o poziție în care, în timpul rotației sale, se creează o forță negativă, care este utilizată în timpul aterizării pentru a reduce lungimea alergării și a manevrei la sol ( cm. inversarea șurubului).
Mecanismele mecanice și electrice de schimbare a pasului au o inerție mare și, prin urmare, practic nu sunt utilizate. Cele mai frecvente sunt secolul V. cu actionare hidraulica.
1) La V. v. cu o acționare hidraulică directă, paletele sunt setate la un pas mic folosind forțele create de presiunea uleiului și la un pas mare de forțele centrifuge ale contragreutăților. Astfel de V. v. utilizat pentru puteri ale motoarelor de până la 2000 kW.
2) La puteri de peste 2000 kW, masa contragreutăților crește semnificativ, motiv pentru care V.V. schema inversă, în care lamele sunt instalate la un pas mare folosind forțele create de presiunea uleiului și la un pas mic - de forțele centrifuge ale lamelor în sine.
- O singură elice are un rând de pale,
- coaxial V.v. constă din două șuruburi simple montate pe arbori coaxiali și care se rotesc în direcții opuse ( cm.șurub coaxial),
- două rânduri V. v. constă din două șuruburi simple situate unul în spatele celuilalt și care se rotesc în aceeași direcție.
- V. V. inelul are un inel profilat, datorită căruia se va crea o tracțiune suplimentară; eficient la viteze mici (până la 200 km/h).
Pentru a reduce rezistența aerodinamică și pierderile de putere la intrarea în V.V. instalați carene (eliptice, conice, etc.) care acoperă părțile butuc și cap ale lamelor. Pe secolul E.. pot fi instalate sisteme antigivrare.
Pentru V. în. noua generație include V. v. de diametru redus cu un număr mare de lame largi subțiri în formă de sabie, care sunt numite în mod nerezonabil propfans.
În perioada iniţială a dezvoltării aviaţiei militare. au fost realizate în principal din lemn, iar în anii următori și-au găsit aplicație altele (oțel, titan, aliaje de aluminiu, materiale compozite etc.).
Pentru a evalua calitatea secolului V.. și comparându-le între ele, se folosesc în principal α și puterea adimensională
(β) = N/(ρ)n3D5
(N - , (ρ) - densitatea aerului, n - viteza de rotație a elicei)
și coeficient acțiune utilă elice
(η) = (αλ)/(β)((λ) = V/nD - relativă, V - viteza de zbor). Caracteristicile lui V. v. determinate în teste de zbor, din cercetările secolului V.. și modelele lor în tunelurile de vânt, precum și teoretic. La calcul se disting două cazuri; determinarea formei, mărimii și numărului de lame din valorile date (α), (β) și (η) (problema directă) și determinarea lui (α), (β) și (η) din geometria cunoscută a fluxul de aer. (problema inversa).
Pentru prima dată, luați în considerare lama V.. așa cum a propus inginerul rus S.K Dzhevetsky în 1892, el a prezentat și ipoteza secțiunilor plate în 1910 (fiecare secțiune a lamei este considerată). Prin descompunerea forței de ridicare a profilului dY și a rezistenței sale aerodinamice dX, se determină forța dP și forța dQ a rezistenței la rotație a elementului de lamă luat în considerare, iar forța totală a lamei și forța de rezistență la rotația sa. (deci puterea motorului necesară pentru rotația vitezei aerului) sunt obținute prin integrare de-a lungul lamei. Practic, forțele care acționează asupra elementului paletă sunt determinate de viteza relativă W a fluxului care se apropie și de unghiul său geometric de atac.
(α)r = (φ)-arctg(V/(ω)r),
(φ) - unghiul de instalare al elementului de lamă.
În mod ideal, viteza fluxului liber
W = (ω)Xr + V,
unde (ω) este viteza unghiulară a palei, r este vectorul rază al secțiunii luate în considerare, V este vectorul vitezei de zbor. În timpul mișcării sale, lama poartă cu ea, oferindu-i o viteză inductivă suplimentară w. Ca rezultat, viteza reală Wн,. curgerea în jurul unui element și adevăratul ((α)н diferă de cele ideale. Calculul lui w și (α)н sunt sarcina principală a teoriei elicei.
În 1910-1911, G. X. Sabinin și B. N. Yuryev au dezvoltat teoria lui Dzhevetsky, incluzând în ea, în special, unele prevederi ale teoriei unei elice ideale. Calcule V. v. După formulele pe care le-au obţinut, aceştia au fost de acord destul de satisfăcător cu rezultatele experimentale. În 1912, N. E. a propus teoria vortexului, care oferă o reprezentare fizică precisă a funcționării elicei și aproape toate calculele V.V. a început să fie realizată pe baza acestei teorii.
Conform teoriei lui Jukovski, elicea este înlocuită cu un sistem de vârtejuri atașate și libere. În acest caz, palele vor fi înlocuite cu vârtejuri atașate, care se transformă într-un vârtej care se desfășoară de-a lungul axei elicei, iar vârtejuri libere coboară de pe marginea de fugă a palei, formând în cazul general o foaie de vortex elicoidal. Presupunând că (ω) relația (ω) cu circulația vitezei în jurul secțiunii lamei. Ipoteza secțiunilor plane în timpul curgerii continue în jurul unei pale a fost confirmată experimental prin coincidența distribuțiilor de presiune pe secțiunile paletei unui flux de aer rotativ. și aripi cu aceleași profile de secțiune. S-a dovedit, totuși, că rotația afectează propagarea separării curgerii de-a lungul suprafeței paletei și, în special, vidul din regiunea de separare. Regiunea de separare a curgerii care începe la capătul lamei este similară cu o țeavă rotativă, vidul din ea este controlat de forța centrifugă și este mult mai mare în interiorul lamei decât pe aripă.
La (λ) 1, diferența dintre adevăratul (ω) și medie devine vizibilă, iar calculul V.V. cu adevărat (ω) devine similar cu calculul unei aripi cu deschidere finită ( cm. teoria aripilor). Când se calculează V. v. puternic încărcat. (cu un raport mare de putere față de suprafața măturată de elice), este necesar să se țină cont de deformarea vârtejurilor.
Datorită faptului că la viteza periferică a V.V. se adaugă translația, influența compresibilității aerului afectează în primul rând presiunea aerului. (conduce la o scădere a eficienței). La viteze periferice subsonice ale vârfului lamei, viteza de înaintare a aeronavei și viteza subsonică W, influența compresibilității aerului asupra (ω) este slabă și afectează doar fluxul în jurul palei. În cazul vitezei de zbor subsonice și al vitezei supersonice W la vârful lamei (când este necesar să se țină cont de compresibilitatea mediului), teoria vârtejurilor în aer, bazată pe schema vârtejurilor atașate (purtoare), devine practic inaplicabil și este necesară o tranziție la schema suprafeței portante. O astfel de tranziție este necesară și la viteza subsonică a vârfului lamei, dacă lățimea sa este suficient de mare. secolul V. obţinut experimental în URSS. iar corecțiile datorate compresibilității aerului au fost utilizate pe scară largă la alegerea diametrelor și numărului de pale ale elicei de aer. și împreună cu alegerea formei palelor (în special profilurile secțiunilor acestora) a făcut posibilă îmbunătățirea caracteristicilor de zbor ale aeronavelor interne, inclusiv ale celor care au participat la Marele Război Patriotic.
În prima perioadă de stăpânire a vitezelor subsonice mari, sarcina principală de proiectare a V.V. s-a luat în considerare crearea de elice cu diametru mare (până la 6 m) cu randament ridicat (elice 85%) la viteza maximă de zbor. Caracteristicile profilelor la viteze transonice mari ale profilului aerodinamic au fost obținute pentru prima dată experimental pe elice cu așa-numitele pale drenate, iar unul dintre profile avea proprietățile unui profil supercritic (1949). A doua perioadă (din anii 60) a fost caracterizată de o cerință suplimentară - forța crescută a V.V. în timpul decolării. În acest scop, au fost dezvoltate lame cu profile de curbură crescută. Dezvoltare în continuare V. în. asociat cu dezvoltarea elicelor cu un număr mare de lame largi subțiri în formă de sabie. Odată cu creșterea numărului și a lățimii lamelor, fluxul în jurul părților cap la cap a acestora, unde efectul rețelei de profil este semnificativ, devine de mare importanță. Mijloace de reducere rezistența la val poate exista o variantă de formă de coca. Calculele și experimentele arată că la viteze de zbor corespunzătoare zborului numărul Mach M în URSS, s-a adus o mare contribuție la dezvoltarea teoriei, metodelor de calcul și proiectării aeronavelor. contribuit de S. Sh. Bas-Dubov, B. P. Blyakhman, V. P. Vetchinkin, K. I. Zhdanov, G. M. Zaslavsky, V. V. Keldysh, A. N. Kishalov, G. I. Kuzmin, A. M. Lepilkin, G. I. Maikapar, I. V. N. Oslav Polysky, I. V. N. Khatov

Aviație: Enciclopedie. - M.: Marea Enciclopedie Rusă. Editor sef G.P. Svișciov. 1994 .

elice de aer Enciclopedia „Aviație”

elice de aer- Orez. 1. Diagramele elicei. dispozitiv de propulsie a palelor elicei pentru transformarea cuplului motorului în forța elicei. Instalat pe avioane, helicoptere, snowmobile, hovercraft, ekranoplanes, etc.V. V… Enciclopedia „Aviație”

ELICE DE AER- motor de lame, mediu de lucru care este aer. Elicea este un dispozitiv obișnuit de propulsie a aeronavei. În ceea ce privește geometria palelor și caracteristicile hidrodinamice, o elice marină diferă semnificativ de aeronave și... ... Carte de referință enciclopedică marine

O elice, un dispozitiv de propulsie în care palele profilate dispuse radial, care se rotesc, aruncă aerul și creează astfel tracțiune. V. în. constă dintr-o bucșă situată pe arborele motorului și palete având o deschidere de-a lungul... ... Marea Enciclopedie Sovietică

elice de aer- orasraigtis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. șurub rotor; elice vok. Luftschraube, f; Elice, m; Saugschraube, f rus. elice, m; elice, m pranc. aéro propulseur, m; helice aérienne, f; hélice propulsive, f… Fizikos terminų žodynas

Înainte ca motoarele cu reacție să fie dezvoltate, toate avioanele aveau elice, adică elice antrenate de motoare cu ardere internă, cum ar fi automobilele.

Toate palele elicei au o formă în secțiune transversală asemănătoare cu cea a aripii unui avion. Pe măsură ce elicea se rotește, aerul curge în jurul suprafeței frontale a fiecărei pale mai repede decât cea din spate. Și se dovedește că în fața elicei este mai puțină presiune decât în spatele ei. Acest lucru creează o forță de tracțiune îndreptată înainte. Și mărimea acestei forțe este mai mare, cu atât viteza de rotație a elicei este mai mare.

(Imaginea de mai sus) Fluxul de aer se mișcă mai repede de-a lungul suprafeței de conducere a unei pale de elice rotative. Acest lucru reduce presiunea aerului din față și face ca avionul să se deplaseze înainte.

O aeronavă cu elice decolează în aer datorită forței generate de rotația palelor elicei.

Capetele palelor rotative ale elicei descriu o spirală în aer. Cantitatea de aer pe care o împinge o elice prin ea însăși depinde de dimensiunea palelor și de viteza de rotație. Lamele suplimentare și motoarele mai puternice pot crește performanța utilă a unei elice.

De ce paletele elicei au o formă răsucită?

Dacă aceste pale ar fi plate, aerul ar fi distribuit uniform pe suprafața lor, provocând doar rezistență la rotația elicei. Dar când lamele sunt curbate, fluxul de aer în contact cu suprafața lor capătă propria direcție în fiecare punct de pe suprafața lamei. Această formă a lamei îi permite să taie aerul mai eficient și să mențină cel mai favorabil raport între forța de tracțiune și rezistența aerului.

Elice cu unghi variabil. Unghiul la care lama este instalată în butucul rotorului se numește unghi inițial al conului. La unele aeronave acest unghi poate fi schimbat și astfel se poate obține maximul muncă utilă elice în diferite condiții de zbor, adică în timpul decolării, urcării sau zborului de croazieră.

În timpul zborului, avionul învinge constant rezistența aerului. Această lucrare este efectuată de centrala sa electrică, constând fie dintr-un motor cu ardere internă cu piston și o elice, fie un motor cu reacție. Vom vorbi pe scurt doar despre elice.

Fiecare dintre noi este familiarizat cu o elice încă din copilărie.

În sate, copiii instalează adesea o moară de vânt cu două pale pe poartă, care se rotește atât de repede în vânt, încât palele sale se contopesc într-un cerc continuu. Varicela este cel mai simplu șurub. Dacă puneți un astfel de șurub pe ax, răsuciți-l strâns între palme și eliberați-l, va zbura în sus cu un zumzet.

Pe arborele motorului este montată o elice de avion. Când elicea se rotește, palele atacă aerul la un anumit unghi de atac și îl aruncă înapoi, datorită căruia, ca și cum ar împinge aerul, au tendința să se deplaseze înainte. Astfel, la rotire, elicea dezvoltă o forță aerodinamică îndreptată de-a lungul axei elicei. Această forță trage avionul înainte și de aceea se numește împingere.

O elice poate avea două, trei sau patru pale. Profilul (secțiunea) lamei este similar cu profilul aripii.

În munca de creare a forței de împingere, pasul elicei și unghiul lamei față de planul de rotație joacă un rol important.

Pasul unei elice este distanța pe care ar trebui să o parcurgă elicea într-o rotație completă dacă ar fi înșurubată în aer ca un șurub într-o piuliță. În realitate, atunci când un avion zboară, elicea se deplasează pe o distanță ceva mai scurtă din cauza densității scăzute a aerului.

Cu cât pasul elicei este mai mare, cu atât este mai mare unghiul de instalare a palei față de planul de rotație (Fig. 17, a).

Astfel, o elice cu un unghi mare al lamei „pășește” mai repede decât o elice cu un unghi mic al lamei (la fel cum un șurub cu filet mare este înșurubat într-o piuliță mai repede decât un șurub cu un filet mic). Prin urmare, este necesară o elice cu pas mare pentru viteză mare de zbor, iar pentru viteză mică este necesară o elice cu pas mic.

Funcționarea unei pale de elice este similară cu cea a unei aripi. Dar mișcarea șurubului este mai complicată. Spre deosebire de o aripă, palele elicei nu numai că se deplasează înainte în zbor, ci și se rotesc. Aceste mișcări se adună și, prin urmare, palele elicei se deplasează în zbor de-a lungul unei anumite linii elicoidale (Fig. 17, b). Să vedem cum apare forța de împingere a unei elice.

Pentru a face acest lucru, selectăm un element mic pe fiecare lamă, limitat de două secțiuni (Fig. 17, a). Poate fi considerată o aripă mică, care în zbor se mișcă de-a lungul unei linii elicoidale, alergând în aer la un anumit unghi de atac. În consecință, elementul paletă, asemenea unei aripi de avion, va crea o forță aerodinamică R. Putem descompune această forță în două forțe - paralele cu axa elicei și perpendicular pe aceasta. Forta,

Îndreptată înainte va fi forța de împingere a elementului de lamă, în timp ce a doua forță mică, direcționată împotriva rotației elicei, va fi forța de frânare.

Forțele elementare de împingere ale ambelor pale în total vor da forța de împingere T a întregii elice, ca și cum ar fi ajustată pe axa acesteia. Forțele de frânare sunt depășite de motor.

Impingerea elicei depinde foarte mult de viteza de zbor. Pe măsură ce viteza crește, aceasta scade. De ce se întâmplă acest lucru și ce înseamnă pentru zbor?

Când avionul este la sol și centrala funcționează, palele elicei au o singură viteză - viteza periferică (Fig. 17, a). Aceasta înseamnă că aerul curge pe paletă în direcția săgeții B, indicată în planul de rotație al elicei. Unghiul dintre această săgeată și coarda profilului lamei va fi evident unghiul de atac. După cum putem vedea, în aer nemișcat este egal cu unghiul de instalare al lamei față de planul de rotație. Se dovedește diferit în zbor, când, pe lângă mișcarea de rotație, elicea se deplasează și înainte (împreună cu aeronava).

În zbor, aceste mișcări se adună și, ca urmare, lama se mișcă de-a lungul unei linii elicoidale (Fig. 17, b). Prin urmare, aerul curge pe lamă în direcția săgeții B1, iar unghiul dintre acesta și coarda profilului va fi unghiul de atac. Vedeți că unghiul de atac a devenit mai mic decât unghiul de instalare. Și cu cât viteza de zbor este mai mare, cu atât unghiurile de atac ale palelor vor deveni mai mici și, prin urmare, forța de împingere va deveni mai mică (la un număr constant de rotații ale elicei).

Acest dezavantaj este inerent în special unei elice simple, în care unghiul de instalare al palelor, și astfel pasul elicei, nu poate fi schimbat în zbor (o elice simplă are și alte dezavantaje). Elicea cu pas variabil este mult mai avansată (Fig. 18). Datorită unui design special al bucșei, o astfel de elice își schimbă pasul fără participarea pilotului. Când pilotul reduce viteza de zbor, pasul elicei scade imediat, dar când pilotul crește viteza, elicea crește pasul.

Șuruburile pot trage sau împinge. Primul tip de elice sunt instalate în fața fuselajului și aripii, al doilea tip de elice sunt instalate în secțiunea de coadă. Din motive de aspect, șuruburile de tracțiune au fost utilizarea predominantă. Atunci când alegeți tipul de elice, trebuie să țineți cont și de faptul că bucățile de gheață care zboară atunci când aeronava devine înghețată pot deteriora palele elicei situate în spatele aripii și fuselajului.

La motoarele de mare putere este avantajos să instalați două elice care se rotesc în direcții diferite. Astfel de șuruburi se numesc coaxiale.

Utilizarea elicelor coaxiale permite nu numai transferul mai multor puteri de la arborele motorului, ci si prin reducerea pierderilor datorate rasucirii fluxului de aer, pentru a obtine o eficienta ceva mai mare in comparatie cu o singura elice.

În plus, elicele coaxiale, care se rotesc în direcții diferite, nu creează aproape niciun cuplu de reacție, ceea ce este foarte important pentru asigurarea echilibrului lateral al aeronavei.

Cel mai simplu tip este o elice cu pas fix (FPH), în care butucul și palele sunt intacte organic. Materialul pentru realizarea unor astfel de șuruburi este cel mai adesea lemn. Astfel de elice sunt utilizate în prezent numai pe aeronavele ușoare. Deoarece unghiul de instalare al unei elice fixe nu se schimbă în timpul zborului, o astfel de elice va fi benefică numai atunci când zboară la o gamă de viteză foarte limitată. În alte cazuri, eficiența elicei este scăzută.

Elicele în care unghiul de instalare al palelor poate fi schimbat în zbor se numesc elice cu pas variabil (VPS). Palele unor astfel de elice se pot roti în raport cu axele lor longitudinale automat sau la dorința pilotului, modificând unghiul de instalare.

Pentru a reduce rezistența la forța în cazul unei defecțiuni a motorului în zbor, se folosesc elice cu giruete cu pas variabil, ale căror pale, folosind un antrenament special, la voința pilotului, sunt setate în poziția de cea mai mică rezistență atunci când elicea este oprit. Acest lucru se realizează cu un unghi de instalare a lamei de 83-85°.

Folosit pe scară largă în anul trecut a primit șuruburi de frână sau inversare. Elicele reversibile sunt elice de înaltă presiune cu dispozitive care permit instalarea palelor în așa fel încât elicea să dezvolte tracțiune negativă la rotire. Prezența forței negative face posibilă reducerea lungimii cursei post-aterizare, creșterea unghiului de alunecare și creșterea manevrabilității aeronavei atunci când se deplasează pe sol.

Unghiul de instalare al lamelor VPSH poate fi schimbat prin acţionare mecanică, hidraulică şi electrică.

O elice mecanică este o elice în care rotirea palelor la un anumit unghi este efectuată fie de pilot, fie de forțele care apar în timpul funcționării elicei și se modifică atunci când se schimbă modul de funcționare. Uneori, astfel de elice sunt numite elice aeromecanice. Sunt utilizate pe scară largă pe avioanele ușoare.

La elicele hidraulice cu pas variabil, unghiul palelor este modificat de un motor hidraulic sub influența presiunii uleiului. Presiunea este creată de o pompă antrenată de un motor de avion. Pentru alimentarea pompei se folosește ulei pentru lubrifierea motorului (elice neautonomă), precum și ulei neinclus în sistemul de ungere a motorului (elice autonomă).

Schimbarea unghiului de instalare a paletelor se poate face cu ajutorul unui motor hidraulic cu piston sau angrenaj. Poate exista un motorreductor per elice sau unul pentru fiecare lamă.

În ambele cazuri, mișcarea de rotație a motorului hidraulic cu ajutorul unei transmisii mecanice rotește paletele.

Transmiterea de la elementul mobil al motorului cu piston la lamă se realizează în două moduri:

pistonul transmite mișcarea unui suport - o traversă sau o lesă, conectată la un deget montat excentric pe lama sau sticla în care este atașată lama (Fig. 114). Uneori, pistonul și cupa lamei sunt conectate folosind biele;

Pistonul, mișcându-se progresiv, mișcă bolțul instalat în decupajul șurubului suportului. Degetul, deplasându-se de-a lungul decupajului din clip, îl întoarce. Această mișcare este transmisă lamelor printr-un angrenaj conic.

Șuruburile hidraulice pot fi realizate folosind modele inverse, directe și duble.

O elice cu design invers este o elice în care paletele se rotesc cu un pas mic sub influența momentului componentelor transversale ale forțelor centrifuge ale palelor Mtsb și cu un pas mare - sub influența momentului Mmech creat de mecanismul hidraulic (Fig. 114, a). Când alimentarea cu ulei se oprește sau etanșeitatea sistemului este întreruptă, palele elicei se rotesc la un pas minim sub influența forțelor centrifuge specificate. Ca o consecință a acestui fapt, în timpul zborului motorul se va învârti, adică numărul de rotații va crește brusc peste valoarea maximă admisă. Pilotul va trebui să oprească motorul pentru a evita distrugerea motorului.

O elice directă este o elice în care paletele se rotesc cu un pas mic sub acțiunea momentului M mech creat de mecanismul hidraulic și printr-un pas mare - sub influența diferenței de momente a forțelor centrifuge ale contragreutăţile M pr ale forţelor centrifuge ale paletelor M cb (Fig. 114, b). Când alimentarea cu ulei se oprește, palele unei astfel de elice sunt setate la pasul maxim (de lucru). Pentru șuruburile drepte, derularea nu este periculoasă.

Greutatea unor astfel de șuruburi este mai mare decât greutatea șuruburilor inversate, dar avantajul lor este capacitatea de a obține o oarecare putere (până la 70% din maxim) atunci când alimentarea cu ulei a șurubului este oprită.

O elice cu circuit dublu este o elice ale cărei pale sunt setate la un pas mic sub influența momentului M mech creat de un mecanism hidraulic și a momentului forțelor centrifuge ale palelor M cb și la un pas mare - numai cu ajutorul a unui mecanism hidraulic (Fig. 114, c).

Pentru a preveni rotirea palelor elicei cu model dublu la un pas mic în cazul unei defecțiuni a sistemului de alimentare cu ulei, este prevăzut un mecanism numit blocare a pasului. Dacă alimentarea cu ulei este întreruptă, blocarea pasului blochează uleiul în cavitatea cu pas mare a grupului de cilindri elice, fixând palele la pasul în care se afla paleta la momentul accidentului. Blocarea pasului poate fi instalată și pe un șurub cu circuit invers, dar numai cu o alimentare cu ulei cu două canale la șurub.

Elice electrice cu pas variabil. Palele acestor elice sunt rotite la unghiul dorit folosind motoare electrice. Un motor electric sau mai multe (după numărul de pale) pot fi instalate pe o elice; în ultimul caz, lamele sunt legate mecanic pentru a sincroniza rotația. Unele elice au un motor electric montat pe motorul aeronavei, iar mișcarea palelor este transmisă cu ajutorul unui tren diferenţial. Motoarele electrice sunt întotdeauna alese pentru a fi reversibile, deoarece lamele trebuie să se rotească în ambele sensuri. Nutriție soc electric motoarele primesc putere de la rețeaua generală a aeronavei. Motoarele electrice care antrenează palele elicei sunt echipate cu întrerupătoare de limită care opresc motoarele în momentul în care palele se rotesc la pasul maxim mic sau mare.

Literatura folosită: „Fundamentals of Aviation” autori: G.A. Nikitin, E.A. Bakanov

Descărcați rezumatul: Nu aveți acces pentru a descărca fișiere de pe serverul nostru.

TEORIA ELICELOR

Introducere

Elicea transformă puterea de rotație a motorului în tracțiune înainte. Elicea aruncă înapoi masa de aer, ceea ce creează o forță de reacție care împinge avionul înainte. Impingerea elicei este egală cu produsul dintre masa aerului și accelerația pe care i-o atribuie elicei.

Definiții

Lama elicei- Aceasta este o suprafață portantă, asemănătoare cu aripa unui avion. Definiții precum coarda, curbura profilului, grosimea relativă a profilului, alungirea relativă sunt similare cu definițiile pentru o aripă de avion.

Unghiul de instalare al palelor elicei ( lamă unghi sau pas )

Acesta este unghiul dintre coarda lamei și planul de rotație. Unghiul de instalare scade de la rădăcina lamei la vârf, deoarece viteza periferică a secțiunii lamei crește de la cap la vârf. Unghiul de instalare al lamei se măsoară într-o secțiune situată la 75% din lungimea acesteia, numărând de la cap.

Pasul șurubului ( pas geometric )

Aceasta este distanța pe care elicea ar parcurge-o într-o revoluție completă dacă s-ar deplasa prin aer la unghiul palelor. (Vă puteți imagina pasul unui șurub ca mișcarea unui șurub care se răsucește de-a lungul unui filet, dar nu vom mai folosi această analogie)

răsucire geometrică a lamei ( lamă răsucire )

Secțiunile lamei situate mai aproape de vârful acesteia parcurg o distanță mai mare într-o singură rotație. Pentru ca pasul elicei să fie același pentru toate secțiunile palei, unghiul de instalare al secțiunilor scade treptat de la cap la vârf.

Unghiul de instalare al palelor pe multe elice poate varia. Când unghiul lamei este mic, se spune că elicea este în modul de pas fin, iar când, dimpotrivă, se spune că este în modul de pas gros.

mers şurub pitch eficient sau avans pe revoluție)

În zbor, elicea nu parcurge o distanță egală cu pasul elicei într-o singură rotație. Distanța reală parcursă de elice depinde de viteza aeronavei și se numește pasul elicei.

Alunecarea șurubului ( alunecare )

Diferența dintre pasul și avansul elicei se numește alunecarea elicei.

Unghiul helixului ( helix unghi )

Acesta este unghiul dintre traiectoria reală a secțiunii elicei și planul de rotație.

Unghiul de atac (α)

Traiectoria secțiunii lamei în aer determină direcția fluxului de aer care se apropie. Unghiul dintre coarda secțiunii lamei și direcția fluxului care se apropie este unghiul de atac al secțiunii lamei. Unghiul de atac este afectat de viteza circumferenţială (viteza rotorului) şi de viteza reală a aeronavei.

elice cu pas fix ( fix pas elice )

Cifrele arată funcționarea unei elice cu pas fix atunci când condițiile de zbor se schimbă. O creștere a vitezei reale a aeronavei la o viteză constantă de rotație a elicei (viteza periferică a secțiunii) reduce unghiul de atac al elicei. Creșterea vitezei de rotație a elicei la o viteză reală constantă de zbor crește unghiul de atac al elicei.

Forțele aerodinamice care apar pe o elice

Lama elicei este o suprafață portantă, asemănătoare cu aripa unui avion. Când se mișcă prin aer la un anumit unghi de atac, asupra ei se creează forțe aerodinamice în același mod ca și pe aripă. Între suprafețele lamei apare o diferență de presiune. Suprafața lamei unde se creează o presiune mai mare se numește suprafața de lucru a lamei (fața de presiune sau fața de împingere). Atunci când elicea creează tracțiune directă, suprafața de lucru este suprafața din spate (plană) a lamei. Diferența de presiune creează o forță aerodinamică totală, care poate fi descompusă în două componente, forța de rezistență la tracțiune și la rotație.

Impingerea elicei

Tracţiune este componenta forței aerodinamice totale perpendiculare pe planul de rotație. Forța de tracțiune este creată neuniform pe lungimea lamei. Este minimă la vârful lamei, unde diferența de presiune dintre suprafețe dispare și, de asemenea, scade la cap din cauza vitezei periferice reduse. Împingerea creează un moment de încovoiere pe fiecare lamă, având tendința de a le îndoi înainte cu vârfurile lor. (O forță egală și opusă în direcție cu împingerea elicei aruncă aerul înapoi.)

Moment de rezistență la rotație

Forța de rezistență la rotație a elicei pe umăr de la axa de rotație până la punctul de aplicare a forței aerodinamice complete creează un moment de rezistență la rotație. Un moment de mărime egală și direcție opusă acționează asupra planului, având tendința de a-l roti în raport cu axa longitudinală. De asemenea, momentul de rezistență la rotație creează momente de încovoiere pe palele elicei, având tendința de a le îndoi împotriva sensului de rotație.

Momentul de răsucire centrifugă a lamei ( centrifugal răsucirea moment )

Componentele laterale ale forțelor centrifuge „A” și „B” creează un moment în raport cu axa de modificare a unghiului de instalare a palelor, având tendința de a reduce pasul elicei.

Momentul de răsucire aerodinamic al lamei ( aerodinamic răsucirea moment )

Deoarece centrul de presiune este situat înaintea axei de modificare a unghiului paletei, forța aerodinamică totală creează un moment care tinde să crească pasul elicei.

Momentul aerodinamic contracarează momentul de torsiune centrifugal, dar este mai slab decât acesta.

Eficiența elicei

Eficiența elicei este determinată de raportul dintre puterea de tracțiune și puterea furnizată elicei de la motor. Puterea de tracțiune a elicei este determinată de produsul forței elicei și viteza reală a aeronavei, iar puterea motorului este determinată de produsul cuplului motor și viteza unghiulară de rotație a elicei.

randamentul elicei = puterea de propulsie / puterea motorului

Dependența eficienței elicei de viteza de zbor

S-a arătat mai sus că pe măsură ce viteza de zbor crește, unghiul de atac al palelor elicei cu pas fix scade. Acest lucru duce la o scădere a forței elicei. La o anumită viteză, acest unghi va scădea atât de mult încât tracțiunea elicei va scădea la zero. Aceasta înseamnă că și eficiența elicei va deveni zero.

Pentru o elice cu pas fix, există o singură viteză la care palele vor curge la cel mai favorabil unghi de atac, iar eficiența elicei va fi maximă. (la viteza unghiulara constanta)

Odată cu o scădere suplimentară a vitezei aeronavei, unghiul de atac al palelor crește. Împingerea elicei crește, dar produsul dintre forță și viteză (puterea de tracțiune) începe să scadă. La viteză zero, forța elicei este maximă, dar elicea nu produce nicio muncă utilă, așa că eficiența sa este din nou zero.

Eficiența unei elice cu pas fix variază foarte mult cu modificările vitezei de zbor.

După cum se poate observa din figură, folosind o elice cu pas variabil (unghiul de instalare al palelor), este posibil să se realizeze funcționarea eficientă a acesteia într-o gamă largă de viteze de zbor.

Elice cu pas fix, cu posibilitatea de a schimba unghiul de instalare a palelor în butuc la întreținerea la sol.

O elice cu trei unghiuri fixe ale palelor în zbor. Un pas mic al elicei este setat pentru decolare, urcare și aterizare. În timpul zborului de croazieră, elicea este setată în poziția de pas înalt. Dacă motorul se defectează, elicea este setată în poziția cu pene.

Elice cu pas variabil (elice cu viteză constantă).

Avioanele moderne sunt echipate cu elice care mențin automat o anumită viteză de rotație prin schimbarea unghiului palelor. Acest lucru vă permite să mențineți o eficiență ridicată pe o gamă largă de viteze, să îmbunătățiți caracteristicile de decolare și de urcare și să asigurați o economie de combustibil în timpul zborului de croazieră.

Elice cu pas variabil

Imaginea prezintă un panou de control tipic al elicei și al motorului pe aeronavele mici cu piston. Toate pârghiile sunt în poziția de decolare (mult înainte).

Controlul vitezei elicei este setat la viteza maximă.

Deplasarea pârghiei din mijloc înapoi va reduce viteza elicei.

Vă rugăm să rețineți: se poate face o analogie între pârghia de control al vitezei elicei și pârghia de viteză dintr-o mașină.

Viteza maximă a elicei este prima treaptă a mașinii.

Viteza minimă a elicei este treapta a cincea în mașină.

Figura prezintă condițiile de funcționare ale elicei la începutul cursei de decolare pe pistă. Viteza elicei este maximă, viteza înainte este mică. Unghiul de atac al palelor este optim, elicea functioneaza cu eficienta maxima Pe masura ce viteza creste, unghiul de atac al palelor va scadea. Acest lucru va reduce rezistența la tracțiune și la rotație. Cu puterea constantă a motorului, turația motorului va începe să crească. Regulatorul pentru menținerea unei viteze constante de rotație a elicei va începe să mărească unghiul de instalare al palelor elicei pentru a preveni creșterea vitezei elicei. Astfel, unghiul de atac al lamelor va fi întotdeauna menținut la valori optime.

Figura arată condițiile de funcționare ale elicei atunci când zboară cu viteză mare. Pe măsură ce viteza de zbor reală crește, controlul vitezei rotorului crește în mod constant unghiul lamei, menținând un unghi constant de atac.

Figura arată funcționarea elicei în zbor de croazieră. Puterea optimă și setările vitezei elicei sunt specificate în manualul de zbor. De obicei, este recomandat să reduceți mai întâi puterea motorului și apoi să reduceți viteza elicei.

Pe tot parcursul zborului, controlerul de viteză constantă controlează unghiul palelor elicei pentru a menține viteza setată. Cel puțin el încearcă să obțină asta.

Dacă cuplul de la motor dispare (modul de accelerație la ralanti sau defecțiune), atunci regulatorul, încercând să mențină viteza, reduce unghiul lamelor la minim. Unghiul de atac al lamelor devine negativ. Acum, forța aerodinamică totală asupra elicei este îndreptată în direcția opusă. Poate fi descompus în forța negativă a șurubului și forța care tinde să desfășoare șurubul. Elicea va porni acum motorul.

Pe o aeronavă cu două motoare, dacă un motor se defectează, dacă elicea motorului defectat se rotește automat, atunci caracteristicile de urcare și intervalul de zbor sunt foarte deteriorate și controlul aeronavei devine dificil din cauza cuplului de rotație suplimentar. De asemenea, rotirea unui motor defectat poate duce la blocare sau incendiu.

Penaj

Când palele elicei sunt rotite la un unghi de atac de portare zero, forța de rotire a elicei dispare și elicea se oprește. Forța de rezistență (împingerea negativă) a elicei este redusă la minimum. Acest lucru îmbunătățește semnificativ performanța de urcare (dacă unul dintre cele două motoare se defectează), deoarece gradientul de urcare depinde de diferența dintre forța și rezistența motoarelor.

De asemenea, întinderea palelor elicei reduce cuplul de rotație de la un motor defect. Acest lucru îmbunătățește controlabilitatea aeronavei și reduce viteza de evoluție minimă în cazul defecțiunii motorului V MC.

La aeronavele cu un singur motor, elicea nu este prevăzută. Cu toate acestea, în cazul unei defecțiuni a motorului, este posibilă reducerea semnificativă a tracțiunii negative a elicei. Pentru a face acest lucru, regulatorul de viteză al elicei este setat la viteza minimă. În acest caz, șurubul va fi setat la poziția de pas maxim.

Acest lucru vă permite să creșteți calitatea aerodinamică a aeronavei, ceea ce va reduce gradientul de pierdere de altitudine în timpul planării cu un motor defect. De asemenea, turația motorului va scădea din cauza scăderii forței care tinde să dezvolte elicea.

Dacă rotiți controlerul de viteză al elicei pentru a crește viteza de rotație, efectul va fi invers.

Priză de putere de la motor la elice

Elicea trebuie să poată absorbi întreaga putere a motorului.

De asemenea, trebuie să funcționeze la eficiență maximă pe întreaga rază de operare a aeronavei. Factorul critic este viteza de curgere în jurul vârfurilor lamei. Dacă se apropie de viteza sunetului, atunci fenomenele asociate cu compresibilitatea aerului duc la o scădere a forței și o creștere a momentului de rezistență la rotație. Acest lucru reduce semnificativ eficiența elicei și crește zgomotul acesteia.

Limitarea vitezei de curgere în jurul vârfurilor palelor impune restricții asupra diametrului și vitezei unghiulare de rotație a elicei, precum și asupra adevăratei viteze de zbor.

Diametrul elicei este, de asemenea, limitat de cerințele privind spațiul minim pe suprafața aerodromului și fuselajul aeronavei, precum și de necesitatea instalării motorului cât mai aproape de fuselaj pentru a reduce cuplul de rotație. în cazul eşecului acestuia. Dacă motorul este situat departe de axa longitudinală a aeronavei, atunci este necesară creșterea cozii verticale pentru a asigura echilibrarea aeronavei în cazul defecțiunii motorului la turație mică. Toate cele de mai sus arată că nu este practic să se asigure că elicea consumă toată puterea disponibilă a motorului prin simpla creștere a diametrului său. Acest lucru se realizează adesea prin creșterea factorului de umplere al elicei.

Factorul de umplere a elicei ( soliditate )

Acesta este raportul dintre suprafața frontală a tuturor palelor și zona măturată de elice.

Metode de creștere a factorului de umplere a elicei:

Creșterea coardei lamelor. Aceasta duce la o scădere a alungirii relative a lamei, ceea ce duce la o scădere a eficienței.

Creșterea numărului de lame. Priza de putere de la motor crește fără a crește viteza de curgere în jurul vârfurilor și a reduce alungirea relativă a palelor. Creșterea numărului de pale peste un anumit număr (5 sau 6) duce la scăderea eficienței elicei.

Impingerea elicei este creată prin aruncarea unei mase de aer înapoi. Dacă factorul de umplere al unei elice este crescut excesiv, masa de aer care poate fi accelerată pe măsură ce trece prin elice va scădea. Pentru a crește efectiv numărul de pale, se folosesc elice coaxiale, care se rotesc pe aceeași axă în direcții opuse.

Momente și forțe create de o elice

Elicea creează momente de-a lungul tuturor celor trei axe ale aeronavei. Motivele acestor momente sunt diferite:

momentul de înclinare a elicei

moment giroscopic

moment de spirală din urma

moment cauzat de curgerea asimetrică în jurul elicei

Notă: Majoritatea motoarelor moderne sunt echipate cu elice care se rotesc în sensul acelor de ceasornic (când sunt privite din spate). La unele aeronave cu două motoare, pe motorul potrivit este instalată o elice care se rotește în sens invers acelor de ceasornic pentru a elimina dezavantajele asociate cu apariția unui motor critic (vezi capitolul 12).

Momentul de înclinare a elicei

Deoarece elicea se rotește în sensul acelor de ceasornic, un moment de mărime egală și direcție opusă acționează asupra planului.

În timpul rulării la decolare a aeronavei, anvelopa stângă va suporta o sarcină mai mare, ceea ce va crea o rezistență mai mare la rulare. Prin urmare, avionul va avea tendința de a vira la stânga. În zbor, avionul va tinde să se încline spre stânga. Acest moment va fi cel mai vizibil la tracțiunea maximă a elicei și la viteză scăzută de zbor (eficiența scăzută a cârmelor).

Momentul de înclinare al reacției elicei este practic absent pentru elicele coaxiale care se rotesc în direcții opuse.

Textul original spune că pentru aeronavele bimotoare cu elice care se rotesc în aceeași direcție, nu există un moment de înclinare al reacției elicei până când unul dintre motoare se defectează. Nu este adevarat. În mecanica teoretică se spune că momentul total care acționează asupra unui corp rigid este egal cu suma algebrică a momentelor aflate într-un singur plan. Adică momentul de reacție al elicelor va acționa asupra avionului, indiferent de numărul de motoare în funcțiune, iar dacă toate elicele se rotesc în același sens, atunci momentele se vor aduna.

Moment giroscopic

O elice rotativă are proprietățile giroscopului - se străduiește să mențină poziția axei de rotație în spațiu, iar dacă se aplică o forță externă, apare un moment giroscopic, care tinde să rotească axa giroscopului într-o direcție care diferă cu 90° din sensul de rotație forțată.

Este convenabil să se determine direcția de acțiune a momentului giroscopic utilizând următoarea regulă mnemonică. Imaginează-ți că stai în cabina unui avion. Planul de rotație al motorului (elice) este reprezentat de un cerc, iar sensul de rotație este reprezentat de săgeți în jurul cercului.

Dacă trageți o săgeată din centrul cercului în direcția de mișcare a nasului aeronavei, atunci a doua săgeată, îndreptată tangențial la cerc în direcția de rotație a motorului (elice), va arăta direcția mișcare suplimentară (precesională) a nasului aeronavei cauzată de acțiunea momentului giroscopic al motorului (elicei).

Momentul giroscopic apare numai atunci când aeronava se rotește în pas și îndreptare.

Elicele coaxiale nu au moment giroscopic.

Moment de spirală de la trezi

Elicea aruncă înapoi un flux de aer învolburat, care, rotindu-se în jurul fuzelajului, modifică fluxul din jurul aripioarei. Pe măsură ce elicea se rotește în sensul acelor de ceasornic, jetul curge în jurul chilei într-un unghi spre stânga, provocând o forță laterală asupra ei spre dreapta.

Momentul în spirală de la traseul elicei creează un moment de rotire spre stânga. Mărimea cuplului depinde de modul de funcționare al motorului și de viteza elicei.

Puteți reduce momentul elicoidal folosind:

folosind șuruburi coaxiale

instalarea unui compensator fix pe cârmă

instalarea motorului cu axa elicei usor intoarsa spre dreapta

punând chila într-un unghi ușor spre stânga

Moment cauzat de curgerea asimetrică în jurul elicei

În zbor, axa elicei este deviată de la direcția fluxului care se apropie de un unghi de atac. Aceasta duce la faptul că lama descendentă curge la un unghi de atac mai mare decât lama ascendentă. Partea dreaptă a elicei va produce mai multă forță decât partea stângă. Acest lucru va crea un moment de rotire spre stânga.

Acest moment va fi cel mai mare la modul maxim de funcționare a motorului și la unghiul maxim de atac.

Influența condițiilor atmosferice

Modificările presiunii atmosferice și/sau temperaturii provoacă modificări ale densității aerului.

Aceasta afectează:

puterea motorului la poziția constantă a accelerației

momentul de rezistență la rotație a șurubului.

O creștere a densității aerului duce la o creștere a ambilor parametri, dar puterea motorului crește într-o măsură mai mare.

Influența densității aerului asupra funcționării unui motor cu elice cu pas fix

O creștere a densității duce la o creștere a vitezei elicei și invers.

Influența densității aerului asupra momentului de rezistență la rotație (cuplul motor necesar) al unei elice cu pas fix

O creștere a densității duce la o creștere a momentului de rezistență la rotație a șurubului și invers.