Flygplanspropeller: namn, klassificering och egenskaper

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Basis för luftrörelser på aerodynamikens principer är närvaron av en kraft som motverkar luftmotstånd i flygning och gravitation. Alla moderna flygplan, med undantag för segelflygplan, har en motor vars kraft omvandlas till denna kraft. Mekanismen som omvandlar rotationen av kraftverkets axel till dragkraft är flygplanets propeller.

Propellerbeskrivning

Flygplanspropeller är en mekanisk anordning med blad som roteras av en motoraxel och skapar dragkraft för flygplanets rörelse i luften. Genom att luta bladen kastar propellern luft tillbaka, vilket skapar ett område med lågt tryck framför den och högt tryck bakom den. Nästan alla människor på jorden åtminstone en gång i livet hade möjlighet att se den här enheten, så många vetenskapliga definitioner krävs inte. Propellern består av blad, ett nav kopplat till motorn genom en speciell fläns, balanserande vikter placerade på navet, en mekanism för att ändra propellerns stigning och en kåpa som täcker navet.

Andra namn

Vad är ett annat namn för en flygplanspropeller? Historiskt sett fanns det två huvudnamn: den faktiska propellern och propellern. Men senare dök andra namn upp, som betonade antingen designegenskaper eller ytterligare funktioner som tilldelats denna enhet. Närmare bestämt:

• Fenestron. En skruv införd i en speciell kanal i bakdelen på en helikopter.
• Impeller. En skruv innesluten i en speciell ring.
• Propfan. Dessa är pilformade eller sabelformade skruvar i två rader med reducerad diameter.
• Windfan. Nödsystem för reservströmförsörjning från det mötande luftflödet.
• Rotor. Detta kallas ibland huvudrotorn i en helikopter och vissa andra.

Propellerteori

I kärnan är vilken flygplanspropeller som helst ett slags rörliga vingar i miniatyr, som lever enligt samma aerodynamiska lagar som vingen. Det vill säga, när de rör sig i den atmosfäriska miljön skapar bladen, på grund av sin profil och lutning, ett luftflöde, vilket är flygplanets drivkraft. Styrkan hos detta flöde, förutom den specifika profilen, beror på propellerns diameter och hastighet. Samtidigt är dragkraftens beroende av varv kvadratisk och av diameter - till och med till 4:e graden. Den allmänna dragkraftsformeln är följande: P=αρn²D^4där:

• α – propellerns dragkraftskoefficient (beror på bladens design och profil);
• ρ - luftdensitet;
• n - antal varvskruvar;
• D är skruvens diameter.

Det är intressant att jämföra med ovanstående formel, en annan härledd från samma skruvteori. Detta är den effekt som krävs för att säkerställa rotation: T=Βρn³D^{5, där Β är den beräknade effektfaktorn för propellern.}

Jämför man dessa två formler, kan man se att genom att öka hastigheten på flygplanets propeller och öka diametern på propellern, växer den erforderliga motoreffekten exponentiellt. Om dragkraftsnivån är proportionell mot kvadraten av varven och den 4:e potensen av diametern, ökar den erforderliga motoreffekten redan i proportion till kuben av varven och 5:e potensen av propellerdiametern. När motoreffekten ökar, ökar också dess vikt, vilket kräver ännu mer dragkraft. Ännu en ond cirkel i flygindustrin.

Propellerspecifikationer

Alla propeller som är installerade på ett flygplan har följande egenskaper:

• Skruvdiameter.
• Geometrisk rörelse (steg). Denna term hänvisar till det avstånd som skruven skulle färdas och krascha in i en teoretisk fast yta på ett varv.
• Tramp - den faktiska sträckan som propellern tillryggalagt i ett varv. Uppenbarligen beror detta värde på hastigheten och på rotationsfrekvensen.
• Bladevinkel - vinkeln mellan planet och propellerns faktiska stigning.
• Bladform – De flesta moderna blad är sabelformade, böjda.
• Bladprofil - varje blads tvärsnitt har som regel en vingform.
• Mean blade ackord –geometriskt avstånd mellan fram- och bakkant.

Samtidigt är det huvudsakliga kännetecknet för en flygplanspropeller dess dragkraft, det vill säga vad den behövs för.

Dignity

Flygplan som använder en propeller som propeller är mycket mer ekonomiska än sina turbojetmotsvarigheter. Verkningsgraden når 86 %, vilket är ett ouppnåeligt värde för jetflygplan. Detta är deras främsta fördel, som faktiskt satte dem i drift igen under oljekrisen på 70-talet av förra seklet. På korta avstånd är hastigheten inte kritisk jämfört med ekonomin, så de flesta regionala flygplan är propellerdrivna.

Flaws

Propellerflygplan har också nackdelar. För det första är dessa rent "kinetiska" nackdelar. Under rotation har flygplanets propeller, som har sin egen massa, en effekt på flygplanets kropp. Om bladen, till exempel, roterar medurs, tenderar huset att rotera moturs. De turbulenser som skapas av propellern samverkar aktivt med flygplanets vingar och empennage, vilket skapar olika flöden till höger och vänster, vilket destabiliserar flygbanan.

Slutligen är den roterande propellern ett slags gyroskop, det vill säga den tenderar att behålla sin position, vilket gör det svårt att ändra flygbanan för luftdomstol. Dessa brister hos flygplanspropellern har varit kända under lång tid, och designers har lärt sig att hantera dem genom att införa en viss asymmetri i utformningen av själva fartygen eller deras kontrollytor (roder, spoilers, etc.). I rättvisans namn bör det noteras att jetmotorer också har liknande "kinetiska" brister, men i något mindre utsträckning.

Den så kallade låsningseffekten kan också hänföras till nackdelarna, när en ökning av diametern och rotationshastigheten för flygplanets propeller till vissa gränser upphör att ge en effekt i form av en ökning av dragkraften. Denna effekt är förknippad med utseendet i vissa sektioner av bladen av luftflöden med nära- eller överljudshastighet, vilket skapar en vågkris, det vill säga bildandet av luftchocker. Faktum är att de övervinner ljudgränsen. I detta avseende överstiger den maximala hastigheten för flygplan med propeller inte 650-700 km/h.

Det kanske enda undantaget var Tu-95-bombplanet, som når hastigheter på upp till 950 km/h, det vill säga nästan ljudhastighet. Var och en av dess motorer är utrustade med två koaxialpropellrar som roterar i motsatta riktningar. Jo, det sista problemet med propellerdrivna flygplan är deras buller, vars krav ständigt skärps av luftfartsmyndigheterna.

Klassificering

Det finns många sätt att klassificera flygplanspropellrar. De är indelade i grupper beroende på materialet från vilket de är gjorda, på bladens form, deras diameter, kvantitet samt ett antal andra.egenskaper. Det viktigaste är dock deras klassificering enligt två kriterier:

• Först - det finns propellrar med variabel stigning och fast stigning.
• Andra - det finns drag- och tryckskruvar.

Den första är installerad i fronten av flygplanet och den andra i den bakre delen. Ett flygplan med pusherpropeller uppstod tidigare, men sedan glömdes det bort ett tag och dök först relativt nyligen upp på himlen igen. Nu används denna layout flitigt på små flygplan. Det finns till och med ganska exotiska alternativ, utrustade med både drag- och tryckblad samtidigt. Ett flygplan med en bakre propeller har ett antal fördelar, de främsta är dess högre lyft-till-drag-förhållande. Men på grund av bristen på extra luftflöde från propellern har vingen de sämsta start- och landningsegenskaperna.

Variable Pitch Screws

Propellrar med variabel stigning är installerade på nästan alla moderna medelstora och stora flygplan. Med stor bladstigning uppnås mycket dragkraft, men om motorvarvtalet är ganska lågt blir accelerationen extremt långsam. Detta är mycket likt situationen med en bil i högre växlar som försöker starta.

Hög hastighet och liten propellerstigning skapar fara för att stanna och sänka dragkraften till noll. Därför förändras tonhöjden hela tiden under flygningen. Nu sker detta genom automatisering, men innan var piloten själv tvungen att hela tiden övervaka detta manuellt.justera vinkeln. Mekanismen för att ändra propellerns stigning är en speciell bussning med en drivmekanism som roterar bladen i förhållande till rotationsaxeln i den grad som krävs.

Modern utveckling i Ryssland

Arbetet med att förbättra enheter har aldrig slutat. För närvarande genomförs tester av en ny propeller av AB-112-flygplanet. Den kommer att användas på Il-112V lätta militära transportflygplan. Detta är en 6-bladig propeller med en verkningsgrad på 87%, en diameter på 3,9 meter och en rotationshastighet på 1200 rpm och en propeller med variabel stigning. En ny bladprofil har utvecklats och dess design har blivit ljusare.