Efikasnost vazdušnog propelera. Klasifikacija propelera. Zavisnost efikasnosti od visine i brzine leta

U posljednje vrijeme došlo je do određenog lutanja, a ponekad i potpunog zavaravanja u pogledu izbora propelera na akrobatskim modelima hobita, koji, uz određene pretpostavke, mogu uključivati ​​i modele za obuku. Razlog je, čini se, u tome što su u tradicionalnim sportskim prostorima odavno razvijene smjernice i provedena teorijska opravdanja za optimalan izbor propelera - kod brzih, trkaćih, tajmer modela. Kako bi se došlo do ispravnih kriterija, a da se ne ulazi previše u divljinu klasične teorije vijka, za raspravu se predlaže sljedeći materijal.

Na prvi pogled teoretičaru sve je jednostavno. Uzimate eksterne karakteristike i karakteristike gasa motora i porodicu aerodinamičkih karakteristika komercijalno dostupnih propelera, koristeći potonje gradite familiju grafova potrebne snage u istim koordinatama kao i vanjske karakteristike motora. Zatim, u režimu željene brzine, nađete presek grafikona - tako ste dobili optimalni vijak. Sve je teže u životu. Ako se, uz dužnu pažnju, vanjske karakteristike motora još uvijek mogu uzeti na postolje, tada su karakteristike puhanja modela propelera malo vjerojatne. Ne daju ih ni modelske firme, čak i giganti. Izlaz se nagovještava kako slijedi: for osnovni parametri Općenito prihvaćene ili preporučene od strane proizvođača motora se prihvataju, a zatim se sukcesivno aproksimiraju u smjeru koji želi dizajner. Da biste to učinili, morate barem kvalitativno razumjeti koliko je sigurno parametri dizajna utiču na karakteristike propelera. O tome će se dalje raspravljati.

Počnimo s glavnim odredbama teorije propelera, uzimajući iz nje samo nekoliko formula:

potisak propelera

Snaga potrebna za rotaciju propelera

Relativni nagib propelera

omjer potiska propelera

faktor snage propelera

Gustina zraka

okretaja propelera

Prečnik vijka

brzina aviona

Nećemo uzimati više formula, inače mnogi neće biti zainteresirani.

Analitički, ovdje ne možete puno računati, jer je najvažnije kako se ponašaju potisak i koeficijenti snage propelera, kao i njihov omjer koji određuje efikasnost propelera. Ovi parametri se utvrđuju empirijski uzimanjem karakteristika specifičnih propelera puhanjem u aerotunelu. Stoga ćemo razmotriti njihovu kvalitativnu promjenu ovisno o različitim parametrima. Počnimo sa efikasnošću. Za tipičan vijak, grafikon izgleda ovako:

Imajte na umu da je relativni korak bezdimenzijska vrijednost i jednak je jedan pri brzini leta od 1 m/s, brzini propelera od 60 o/min i njegovom promjeru od 1 metar. Sada moramo objasniti zašto graf izgleda ovako. Pri nultom gazećem sloju efikasnost je nula, jer propeler ne radi nikakav posao - avion stoji. Sa hodom od 1,6, ovaj propeler također ne radi, jer je njegov nagib takav da se lopatice kreću pod nultim uglom napada (tj. okomito na tok) i ne stvaraju nikakav potisak. Za vijke sa različitim nagibom opšti oblik grafika je ista, ali je proporcionalno komprimirana (sa manjim korakom) ili rastegnuta (sa većim korakom) duž ose. Sa proklizavanjem od 20-30% (za dati vijak u području = 1,1 - 1,4), efikasnost vijka je maksimalna i može dostići vrijednost od 0,8. Ovo je najpovoljnija oblast u smislu iskorišćenja snage motora. Zanimljivo je da se u ovom regionu efikasnost neznatno menja; kako se brzina smanjuje u ovom rasponu, proporcionalno se povećava potisak, što pozitivno utiče na stabilnost brzine leta. Kada je klizanje manje od 15 - 20%, efikasnost počinje naglo opadati, jer se napadni ugao lopatice smanjuje, odnosno lopatica propelera pada i njen potisak se smanjuje. U rasponu relativnog koraka od 0 do 0,9, efikasnost propelera ovisi gotovo linearno o brzini, što ukazuje na njegov gotovo konstantan potisak !!!. One. Suprotno uvriježenom mišljenju, potisak pravilno odabranog propelera u letu može se prilično precizno odrediti iz statičkog potiska uz male korekcije. Ako preciznije pogledate ovaj dio grafa, onda je on donekle konveksan u lijevoj polovini. To je zato što se potisak propelera donekle smanjuje sa smanjenjem brzine zbog povećanja opterećenja na propeleru B (vidi formulu, gdje je brzina u nazivniku, pa čak i na kvadrat). Tipična zavisnost pri promjeni B sa nule na 10 izgleda ovako:

Pad koeficijenta potiska povezan je s promjenom prirode strujanja zraka ispred propelera sa smanjenjem brzine. Ali nije nam bitan razlog, već činjenica da pravilno odabran propeler u statici daje potisak manji od potiska pri maksimalnoj efikasnosti, ne više od 15%.

Sada o tome šta je pravilno odabran vijak. Vratimo se na grafikon efikasnosti. Ako na njega primijenite familiju grafova propelera, koji se razlikuju samo po nagibu, onda će oni nalikovati postojećem, ali komprimirani ili rastegnuti duž ose, kao što je gore spomenuto. Istina, maksimalna efikasnost sa smanjenjem koraka također se smanjuje. Maksimalna vrijednost od 0,8 nastaje ako optimalno klizanje vijka padne na relativni korak od oko jedan. Ovo je jedan od kriterija za pravilno odabran vijak.

Da bismo procijenili gdje su tipične vrijednosti, uzmimo motor od 40 zapremina snage 1,3 KS. pri 14.000 o/min i izračunati elisu tipične za ovaj slučaj veličine 250 x 150. Pri akrobatskoj brzini od 90 km/h dobijamo 0,43. S takvim korakom, maksimalna efikasnost neće prelaziti 0,6. Da bi se postigla ovakva efikasnost, korak propelera sa proklizavanjem od 20% treba da bude oko 9 centimetara, a da bi se ostvarila raspoloživa snaga sa takvim nagibom, prečnik propelera se mora povećati na 27 - 30 centimetara. Uz gornji korak, efikasnost neće biti veća od 0,5. Tako niska efikasnost se postiže zbog previsokih brzina motora pri maksimalnoj snazi.

Pogledajmo kako F3A profesionalci izgledaju u svjetlu gore navedenog. Velika većina njih leti OS MAX 140 RX sa propelerom 16 x 14 inča pri brzinama od 90 - 70 km/h pri oko 9000 o/min.Propeler od 14 inča je optimalan za 25% proklizavanja pri oko 180 km/h. Pri 90 km/h njegova efikasnost će biti 0,65, a pri 70 km/h - 0,5. Jednostavna računica pokazuje da u rasponu brzina od 50 - 100 km/h, potisak ovog propelera uopće ne ovisi o brzini, već je određen samo brzinom motora. To je vjerovatno ono što profesionalci vole, jer. sa ovim propelerom u rasponu brzina leta, postoji odnos jedan-na-jedan između položaja palice za gas i potiska motora. Optimalni propeler 18 x 8 će dati potisak veći od dvadeset posto pri 90 km/h, ali to će zavisiti ne samo od brzine motora, već i od brzine aviona. Profesionalci su spremni da žrtvuju ovaj aditiv za bolju kontrolu vuče.

Najgora situacija je kod modela sa tajmerom. Tamo se motor okreće do 30.000 o/min, a brzina dizanja aviona je mala. S vrlo malim promjerom vijka, opterećenje na vijku je strašno. U kontekstu navedenog, vrlo uvjerljivo zvuči primjedba E. Verbitskog, spomenuta u 5. broju Ministarstva prosvjete i nauke za 1999. godinu. Kaže da, prema njegovim proračunima, "... konvencionalni F1C propeleri prečnika 180 mm pri brzini od 28000 o/min imaju efikasnost od oko 40%. Smanjenjem brzine na 7000 pomoću menjača uz povećanje prečnika propeler, možete povećati efikasnost propelera na 80%". Isti rezultati dobijeni su od autora ovog materijala.

Ovdje na radio trkama - upravo suprotno. Tamo su brzine takve da za skoro svaku brzinu možete izračunati propeler sa efikasnošću blizu 0,8. Iznad, malo pažnje je posvećeno faktoru snage. Ovo nije slučajnost. Činjenica je da je ovaj parametar važan pri izračunavanju ekstremnog režima. Ako je propeler dizajniran za maksimalni potisak pri maksimalnoj snazi, tada u parcijalnim načinima rada, o kojima se uglavnom raspravljalo, postoji povjerenje da će snaga motora biti dovoljna. Štaviše, bez obzira na vanjske karakteristike motora, jer su okretaji u formuli za potrebnu snagu u trećoj potenciji. Tako brzo, snaga ne može pasti sa smanjenjem brzine, čak ni kod motora sa rezonantnim izduvnim gasom i brzim upravljanjem ventila. Za akrobatske modele nisu važniji ekstremni režimi, već cijeli raspon brzina i opterećenja propelera.

Nekoliko linija o širini oštrice. Rašireno je mišljenje da se smanjenjem širine lopatice propelera može malo povećati njegova efikasnost. To je istina, ali za režime velike brzine s relativno malim opterećenjem na propeleru. Za propeler sa uskom lopaticom, karakteristika ide strmije. Toliko da je pri velikom opterećenju efikasnost propelera sa širim lopaticom veća. Istovremeno, to se događa u području malih apsolutnih vrijednosti efikasnosti.

Za male brzine leta sa motorima velike brzine, nije moguće neograničeno smanjiti nagib i povećati prečnik propelera. Kada je napadni ugao lopatice manji od najpovoljnijeg polarnog profila za dati profil, potisak jednog elementa se smanjuje brže nego što se povećava površina propelera. One. za spor let postoji minimalni korak, iznad kojeg je optimizacija ugradnje propelera moguća samo preko mjenjača.

Koje od gore navedenih dugotrajnih obrazloženja se može zaključiti?

Prvo- pravilno odabran propeler će omogućiti pilotaži približno konstantan maksimalni potisak u širokom rasponu brzina leta, počevši od starta.

Sekunda- postojeći modeli motora, zbog eksternih karakteristika velike brzine, ne dozvoljavaju spori akrobatski let trenutni trendovi F3A koriste zavrtnje sa dobrom efikasnošću. Inače, iz ovog zaključka proizilazi mišljenje široko predstavljeno u člancima Moskovskog saveza umjetnika i umjetnika o važnosti kubature motora za modele letenja i obuke, a ne njegove snage, posebno autora A. Sokolov i D. Dmitriev.

Treće- za modernu 3D akrobatiku i na letjelicama s ventilatorom, obećavajućom se može smatrati upotreba motora s reduktorom s naglo povećanim promjerom propelera. Samo na taj način će se dramatično (dvaput) poboljšati omjer potisak/težina elektrane. Tada možete računati na veliku marginu potiska pri brzinama helikoptera i lebdenju. Sada vise na Diamante vijcima 310 x 95 mm. Ovo je granica, više nije efikasno smanjiti korak ispod.

I posljednje - o propelerima promjenjivog koraka. Na akrobatskim modelima njihova upotreba je nepraktična. VISH će, naravno, omogućiti pri malim brzinama povećanje vuče zbog veće efikasnosti, ali to povećanje tamo nije potrebno. Osim toga, ovo povećanje će biti manje od teoretskog zbog aerodinamičkog uvijanja lopatice. Za razliku od helikopterskih propelera, propeleri aviona imaju pristojan zavoj, optimalan samo u jednom koraku. U velikoj avijaciji, VISH je postao široko rasprostranjen uglavnom kako bi osigurao visoku efikasnost instalacije motora, što ne igra ulogu za modele.

P.S. Materijal sadrži formule i grafikone iz monografija Aleksandrova V.L. "Vazdušni vijci" i Bolonkina A.A. "Teorija leta letećih modela". U proračunima efikasnosti korištena je mreža aerodinamičkih karakteristika engleskog propelera iz najnovijeg rada.

Dio rotacijske energije motora troši se na rotaciju propelera i ima za cilj savladavanje otpora zraka, kovitlanje izbačenog mlaza itd. Stoga je koristan drugi rad, odnosno korisna vučna snaga propelera, nb, bit će manja snaga motora N e potrošeno na rotaciju propelera.

Omjer korisne pogonske snage i snage koju troši propeler (efektivna snaga motora) naziva se koeficijent korisna akcija(efikasnost) propelera i označava se h . Određuje se formulom

Rice. 11 Karakteristike snage motora M-14P aviona Yak-52 i Yak-55

Rice. 12 Približan prikaz krivulje promjene raspoložive snage u zavisnosti od brzine

Rice. 13 Visinska karakteristika motora M-14P u režimima 1 - poletanje, 2 - nominalni 1, 3 - nominalni 2, 4 - krstarenje 1; 5 - krstarenje 2

Vrijednost efikasnosti propelera ovisi o istim faktorima kao i pogonska snaga propelera.

Efikasnost je uvijek manja od jedinice i dostiže 0,8 ... 0,9 za najbolje propelere.

Grafikon zavisnosti raspoložive efektivne snage od brzine leta za avione Yak-52 i Yak-55 prikazan je na Sl. jedanaest.

Grafikon Fig. 12 se naziva karakteristika elektrane u smislu snage.

Pri V=0, Np=0; pri brzini leta V=300 km/h, Np==275 KS (za avion Jak-52) i V=320 km/h, Np=275 l. With. (za avion Jak-55), gde Np- potrebna snaga.

Sa povećanjem nadmorske visine, efektivna snaga opada zbog smanjenja gustine vazduha. Karakteristika njegove promjene za avione Yak-52 i Yak-55 sa visine leta H prikazana je na sl. 13.

Za smanjenje brzine rotacije propelera u motoru koristi se mjenjač.

Stepen redukcije se bira na takav način da u nominalnom režimu krajeve lopatica struji podzvučni tok vazduha.

VIJACI SA PROMJENJIVIM KRETOM

Da bi se otklonili nedostaci propelera fiksnog i fiksnog koraka, koristi se propeler promjenjivog koraka (VSP). Vetchinkin je osnivač teorije VIS-a.

ZAHTJEVI ZA VISH:

VISH bi trebao postaviti najpovoljnije uglove napada lopatica u svim režimima leta;

ukloniti nazivnu snagu motora u cijelom radnom rasponu brzina i visina;

za održavanje maksimalne vrijednosti koeficijenta efikasnosti u najvećem mogućem rasponu brzina.

Lopatice VISH-a se ili upravljaju posebnim mehanizmom, ili se postavljaju u željeni položaj pod utjecajem sila koje djeluju na propeler. U prvom slučaju to su hidraulički i električni propeleri, u drugom - aerodinamički.

hidraulički vijak- propeler, u kojem se promjena ugla ugradnje lopatica vrši pritiskom ulja koje se dovodi u mehanizam koji se nalazi u glavčini propelera.

električni vijak- propeler, u kojem promjenu ugla ugradnje lopatica vrši elektromotor spojen na lopatice mehaničkim prijenosom.

Aeromehanički propeler- propeler, u kojem se promjena kuta ugradnje lopatica vrši automatski - aerodinamičkim i centrifugalnim silama.

Najrasprostranjeniji hidraulični VISH. Automatski uređaj u propelerima promjenjivog nagiba dizajniran je da održava konstantnu zadatu brzinu propelera (motora) sinhronim mijenjanjem ugla nagiba lopatica pri promjeni načina leta (brzina, visina) i naziva se regulator konstantnosti brzine ( RPO).

Rice. 14 Rad V530TA-D35 propelera promjenjivog koraka pri različitim brzinama leta

RPO, zajedno sa mehanizmom za okretanje lopatica, mijenja nagib propelera (ugao nagiba lopatica) na način da okretaji koje je pilot postavio pomoću kontrolne poluge VIS ostaju nepromijenjeni (dati) prilikom leta promjene načina rada.

Istovremeno, treba imati na umu da će se okretaji održavati sve dok efektivna snaga na osovini motora Ne bude veća od snage potrebne za rotaciju propelera kada su lopatice postavljene na najmanji kut nagiba (mali nagib).

Na sl. 14 prikazuje dijagram rada VIS-a.

Prilikom promjene brzine leta sa poletanja na maksimalnu u ravnom letu, ugao ugradnje lopatica j raste od svoje minimalne vrijednosti j min do maksimuma j max (veliki korak). Zbog toga se uglovi napada oštrice malo mijenjaju i ostaju blizu najpovoljnijeg.

Rad VIS-a pri poletanju karakteriše činjenica da se pri poletanju koristi celokupna snaga motora – razvija se najveći potisak. To je moguće pod uvjetom da motor razvije maksimalnu brzinu, a svaki dio lopatice propelera razvije najveći potisak, uz najmanji otpor rotaciji.

Da biste to učinili, potrebno je da svaki element lopatice propelera radi pod napadnim uglovima blizu kritičnog, ali bez zaustavljanja protoka zraka. Na sl. 14, a pokazuje da je napadni ugao lopatice prije polijetanja (V=0) zbog strujanja zraka velikom brzinom DV neznatno razlikuje od ugla nagiba oštrice za vrijednost fmin. Napadni ugao oštrice odgovara veličini maksimalne sile dizanja.

Otpor rotaciji u ovom slučaju dostiže vrijednost na kojoj se uspoređuju snaga utrošena na rotaciju vijka i efektivna snaga motora, a okretaji ostaju nepromijenjeni. Sa povećanjem brzine, napadni ugao lopatica propelera se smanjuje (slika 14, b). Otpor rotaciji se smanjuje i propeler takoreći postaje lakši. Brzina motora bi se trebala povećati, ali RPO ih održava konstantnim mijenjajući ugao napada lopatica. Kako se brzina leta povećava, lopatice se okreću pod većim uglom. j cf .

Kada letite za najveća brzina VISH takođe treba da obezbedi maksimalnu vrednost potiska. Kada letite maksimalnom brzinom, ugao nagiba lopatica ima granična vrijednost pmax (slika 14, c). Dakle, s promjenom brzine leta, napadni ugao lopatice se mijenja, sa smanjenjem brzine leta, napadni ugao se povećava - propeler postaje teži, s povećanjem brzine leta, napadni ugao se smanjuje - propeler postaje lakši. RPO automatski prevodi lopatice propelera u odgovarajuće uglove.

Kako se visina leta povećava, snaga motora se smanjuje, a RPO smanjuje ugao nagiba lopatica kako bi se olakšao rad motora, i obrnuto. Posljedično, RPO održava konstantnu brzinu motora s promjenom visine leta.

Prilikom prilaza na slijetanje, propeler je postavljen na mali korak, koji odgovara brzini uzlijetanja. To omogućava pilotu da prilikom izvođenja različitih manevara na sletnoj kliznoj stazi dobije poletnu snagu motora uz povećanje brzine do maksimuma.

Propeler sa lopaticama aviona, poznat i kao propeler ili mašina sa lopaticom, koji se pokreće u rotaciju radom motora. Uz pomoć vijka, obrtni moment iz motora se pretvara u potisak.

Propeler djeluje kao propeler u avionima kao što su avioni, cikložiroskopi, žiroplani, motorne sanke, hovercraft, ekranoplani, kao i helikopteri sa turboprop i klipnim motorima. Za svaku od ovih mašina, vijak može obavljati različite funkcije. U avionima se koristi kao glavni rotor, koji stvara potisak, a u helikopterima obezbeđuje podizanje i taksiranje.

Svi avionski propeleri su podijeljeni u dva glavna tipa: propeleri sa promjenjivim i fiksnim nagibom. U zavisnosti od dizajna aviona, propeleri mogu da obezbede ili potiski ili vučni potisak.

Prilikom rotacije, lopatice propelera hvataju zrak i proizvode njegovo odbijanje u suprotnom smjeru od leta. Ispred vijka stvara se nizak pritisak, a iza vijka zona visokog pritiska. Izbačeni zrak poprima radijalni i obodni smjer, zbog čega se gubi dio energije koja se dovodi do propelera. Samo kovitlanje protoka vazduha smanjuje racionalizaciju aparata. Poljoprivredni avioni, kada rade na njivama, imaju lošu ujednačenost u disperziji hemikalija zbog strujanja iz propelera. Sličan problem je riješen i kod uređaja koji imaju koaksijalni raspored vijaka, u ovom slučaju se kompenzacija javlja djelovanjem stražnjeg vijka koji se okreće u suprotnom smjeru. Slični propeleri su instalirani na avionima kao što su An-22, Tu-142 i Tu-95.

Tehnički parametri propelera

Najznačajnije karakteristike propelera, od kojih zavise sila potiska i sam let, su naravno nagib propelera i njegov prečnik. Nagib je udaljenost koju propeler može prijeći tako što se uvija u zrak u jednom potpunom okretu. Sve do 30-ih godina prošlog stoljeća korišteni su propeleri sa konstantnim korakom rotacije. Tek kasnih 1930-ih, gotovo svi avioni su bili opremljeni propelerima promjenjivog koraka.

Parametri zavrtnja:

Prečnik kruga propelera je veličina koju vrhovi lopatica opisuju prilikom rotacije.

Korak vijka je stvarna udaljenost koju vijak prijeđe u jednom okretu. Ova karakteristika zavisi od brzine i obrtaja.

Geometrijski korak propelera je udaljenost koju bi propeler mogao prijeći u čvrstom mediju u jednom okretu. Razlikuje se od gazećeg sloja propelera u zraku klizanjem lopatica u zraku.

Ugao lokacije i ugradnje lopatica propelera je nagib sekcije lopatice prema stvarnoj ravni rotacije. Zbog prisustva uvijanja lopatica, ugao rotacije se meri duž preseka, u većini slučajeva iznosi 2/3 cele dužine sečiva.

Lopatice propelera imaju prednju - reznu - i zadnju ivicu. Poprečni presjek lopatica ima profil krila. U profilu lopatica nalazi se tetiva, koja ima relativnu zakrivljenost i debljinu. Za povećanje čvrstoće lopatica propelera koristi se tetiva, koja ima zadebljanje prema korijenu propelera. Tetivi presjeka su u različitim ravninama, budući da je oštrica napravljena upletena.

Nagib propelera je glavna karakteristika propelera, prvenstveno zavisi od ugla lopatica. Korak se mjeri u jedinicama prijeđene udaljenosti po okretaju. Što veći nagib propeler napravi u jednom obrtaju, to više volumena odbacuje lopatica. Zauzvrat, povećanje nagiba dovodi do dodatnih opterećenja na elektranu, odnosno smanjuje se broj okretaja. Moderni avioni imaju mogućnost promjene nagiba lopatica bez zaustavljanja motora.

Prednosti i nedostaci propelera

Efikasnost propelera na savremenim avionima dostiže 86%, što ih čini traženim u avio industriji. Takođe treba napomenuti da su turboelisni mnogo ekonomičniji od mlaznih aviona. Ipak, vijci imaju određena ograničenja kako u radu tako iu konstruktivnom planu.

Jedno od ovih ograničenja je „efekat zaključavanja“, koji se javlja kada se promjer vijka poveća ili kada se doda broj okretaja, a potisak, zauzvrat, ostaje na istom nivou. To je zbog činjenice da se na lopaticama propelera pojavljuju sekcije sa nadzvučnim ili transzvučnim strujanjima zraka. Ovaj efekat ne dozvoljava aviona sa vijcima da razvije brzinu veću od 700 km/h. On ovog trenutka većina brz auto s propelerima je domaći model dalekometnog bombardera Tu-95, koji može postići brzinu od 920 km/h.

Još jedan nedostatak vijaka je visok nivo buke, koji je reguliran svjetskim standardima ICAO. Buka od šrafova se ne uklapa u standarde buke.

Savremeni razvoj i budućnost propelera aviona

Tehnologija i iskustvo omogućavaju dizajnerima da prevaziđu neke probleme sa bukom i povećaju vuču iznad ograničenja.

Tako je bilo moguće zaobići efekt zaključavanja zbog upotrebe snažnog turboelisnog motora tipa NK-12, koji prenosi snagu na dva koaksijalna propelera. Njihova rotacija u različitim smjerovima omogućila je zaobilaženje zaključavanja i povećanje vuče.

Tanke sabljaste lopatice se koriste i na propelerima, koji imaju sposobnost odgađanja krize. Ovo vam omogućava da postignete veće brzine. Ova vrsta propelera ugrađena je na avion An-70.

Trenutno je u toku razvoj stvaranja nadzvučnih propelera. Unatoč činjenici da se dizajn provodi jako dugo uz značajne novčane injekcije, nije bilo moguće postići pozitivan rezultat. Imaju vrlo složen i precizan oblik, što uvelike otežava proračune dizajnera. Pokazalo se da su neki gotovi propeleri supersoničnog tipa vrlo bučni.

Zatvaranje propelera u prsten - impeler - je obećavajući pravac razvoja, jer smanjuje krajnji tok oko lopatica i nivo buke. Takođe je poboljšala sigurnost. Postoje neki avioni sa ventilatorima koji imaju isti dizajn kao i impeler, ali su dodatno opremljeni aparatom za usmjeravanje strujanja zraka. Ovo uvelike poboljšava efikasnost propelera i motora.

U letu, avion stalno savladava otpor zraka. Ovaj posao obavlja njegova elektrana, koja se sastoji ili od klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem i propelera, ili od mlaznog motora. Ukratko ćemo govoriti samo o propeleru.

Svako od nas poznaje propeler od djetinjstva.

U selima djeca često postavljaju vjetrenjaču s dvije lopatice na kapije, koja se tako brzo okreće na vjetru da joj se lopatice spajaju u neprekidan krug. Vjetrenjača je najjednostavniji vijak. Ako stavite takav vijak na osovinu, čvrsto ga zavrnite između dlanova i otpustite, tada će poletjeti uz zujanje.

Propeler aviona je postavljen na osovinu motora. Kada se propeler okreće, lopatice trče u zrak pod određenim kutom napada i odbacuju ga nazad, zbog čega, kao da polaze iz zraka, teže naprijed. Dakle, tokom rotacije, propeler razvija aerodinamičku silu usmjerenu duž ose propelera. Ova sila vuče avion naprijed i stoga se naziva potisak.

Propeler može imati dvije, tri ili četiri lopatice. Profil (presjek) lopatice sličan je profilu krila.

Nagib propelera i ugao lopatice prema ravni rotacije igraju važnu ulogu u radu na stvaranju potiska.

Korak propelera je udaljenost koju bi propeler morao prijeći u jednom punom okretaju da je uvrnut u zrak kao vijak u maticu. U stvarnosti, tokom leta aviona, propeler, zbog male gustine vazduha, napreduje nešto kraću udaljenost.

Nagib propelera je veći, što je veći ugao ugradnje lopatice prema ravni rotacije (slika 17, a).

Dakle, propeler sa velikim uglom lopatica "hoda" brže od podupirača sa malim uglom ugradnje (slično kako se vijak sa velikim navojem uvija u maticu brže od vijka sa finim navojem). Stoga je propeler velikog koraka potreban za veliku brzinu leta, a propeler malog koraka potreban je za malu brzinu.

Rad lopatica propelera sličan je radu krila. Ali kretanje propelera je složenije. Za razliku od krila, lopatice propelera u letu ne samo da se kreću naprijed, već se i rotiraju u isto vrijeme. Ovi pokreti se zbrajaju i stoga se lopatice propelera kreću u letu duž određene spiralne linije (Sl. 17, b). Pogledajmo kako nastaje sila potiska propelera.

Da bismo to učinili, odabiremo mali element na svakoj oštrici, ograničen sa dva dijela (slika 17, a). Može se smatrati malim krilom, koje se u letu kreće duž spirale, trčeći u zrak pod određenim uglom napada. Posljedično, element lopatice, kao i krilo aviona, stvarat će aerodinamičku silu P. Ovu silu možemo razložiti na dvije sile – paralelne s osi propelera i okomite na nju. sila,

Usmjerena naprijed, i bit će sila potiska elementa oštrice, druga, mala sila, usmjerena protiv rotacije vijka, bit će sila kočenja.

Elementarne sile potiska obje lopatice ukupno će dati silu potiska T cijelog propelera, kao da je postavljen na njegovu os. Silu kočenja savladava motor.

Sila potiska propelera u velikoj mjeri ovisi o brzini leta. Smanjuje se sa povećanjem brzine. Zašto se to dešava i šta to znači za let?

Kada je avion na zemlji i power point radi, tada lopatice propelera imaju samo jednu brzinu - obodnu (Sl. 17, a). To znači da zrak struji na oštricu u smjeru strelice B, prikazanoj u ravni rotacije vijka. Ugao između ove strelice i tetive profila oštrice će očigledno biti napadni ugao. Kao što vidite, kada je zrak miran, jednak je kutu oštrice prema ravni rotacije. Inače ispada u letu, kada, osim za rotaciono kretanje, vijak se također pomiče naprijed (zajedno sa avionom).

U letu se ti pokreti zbrajaju i kao rezultat toga sečivo se kreće duž spiralne linije (slika 17, b). Dakle, zrak teče na oštricu u smjeru strelice B1, a kut između njega i tetive profila bit će napadni ugao. Možete vidjeti da je napadni ugao postao manji od ugla instalacije. I što je veća brzina leta, manji su uglovi napada lopatica, a samim tim i sila potiska će biti manja (pri konstantnom broju okretaja propelera).

Ovaj nedostatak je posebno svojstven jednostavnom propeleru, kod kojeg se ugao lopatica, a time i nagib propelera, ne može mijenjati u letu (obični propeler ima i druge nedostatke). Puno je savršeniji vijak promjenjivog koraka (slika 18). Takav vijak, zahvaljujući posebnom čahuru, mijenja svoj nagib bez sudjelovanja pilota. Kada pilot smanji brzinu, korak propelera se odmah smanjuje; kada pilot poveća brzinu, propeler povećava korak.

G. V. Makhotkin

Dizajn propelera

Vazdušni propeler stekao je reputaciju kao nezamjenjiv pogon za brza plovila koja rade u plitkim i obraslim vodama, kao i za motorne sanke amfibije koje moraju raditi na snijegu, ledu i vodi. Dosta iskustva je već stečeno i kod nas i u inostranstvu. aplikacije propelera na brzim malim plovilima i vodozemcima. Dakle, od 1964. godine, u našoj zemlji, amfibijske motorne sanke se masovno proizvode i koriste (slika 1) Projektnog biroa po imenu. A. N. Tupoljev. U Sjedinjenim Državama na Floridi upravlja nekoliko desetina hiljada vazdušnih čamaca, kako ih zovu Amerikanci.

Problem stvaranja brzog motornog čamca plitkog gaza s propelerom i dalje zanima naše brodograditelje amatere. Najdostupnija snaga za njih je 20-30 KS. With. Stoga ćemo razmotriti glavna pitanja projektovanja vazdušnog pogonskog sistema sa očekivanjem upravo takve snage.

Pažljivo određivanje geometrijskih dimenzija propelera omogućit će puno korištenje snage motora i postići potisak blizu maksimuma s dostupnom snagom. U ovom slučaju, od posebnog će značaja biti ispravan izbor prečnika propelera, od kojeg zavisi ne samo efikasnost propelera, već i nivo buke, direktno određen obodnim brzinama.

Istraživanja zavisnosti potiska od brzine hoda utvrdila su da se radi realizacije mogućnosti propelera snage 25 KS. With. potrebno je imati njegov prečnik - oko 2 m. Da bi se osigurali najniži troškovi energije, vazduh se mora vraćati mlazom sa veća površina sekcije; u našem konkretnom slučaju, površina koju obrađuje šraf će biti oko 3 m². Smanjenje promjera propelera na 1 m radi smanjenja razine buke smanjit će površinu koju propeler briše za 4 puta, a to će, unatoč povećanju brzine u mlazu, uzrokovati pad vučne sile na konopcima za vez za 37%. Nažalost, ovo smanjenje potiska ne može se nadoknaditi ni nagibom, ni brojem lopatica, ni njihovom širinom.

S povećanjem brzine kretanja, gubitak vuče zbog smanjenja promjera se smanjuje; na taj način povećanje brzine omogućava upotrebu propelera manjeg prečnika. Za propelere prečnika 1 i 2 m, koji obezbeđuju maksimalnu vuču na vezovima, pri brzini od 90 km/h, vrednosti potiska postaju jednake. Povećanje prečnika na 2,5 m, povećanje vuče na privezištima, daje samo neznatno povećanje vučne sile pri brzinama preko 50 km/h. U opštem slučaju, svaki opseg radnih brzina (pri određenoj snazi ​​motora) ima svoj optimalni prečnik propelera. Sa povećanjem snage pri konstantnoj brzini, povećava se prečnik optimalan u smislu efikasnosti.

Kako slijedi iz Sl. 2 grafikona, potisak propelera prečnika 1 m veći je od potiska vodenog propelera (standard) vanbrodskog motora "Neptun-23" ili "Privet-22" pri brzinama preko 55 km/h, i propeler prečnika 2 m - već pri brzinama preko 30 -35 km/h. Proračuni pokazuju da će pri brzini od 50 km/h kilometarska potrošnja goriva motora s propelerom prečnika 2 m biti 20-25% manja od najekonomičnijeg vanbrodskog motora "Privet-22".

Redoslijed odabira elemenata propelera prema datim grafikonima je sljedeći. Promjer propelera se određuje ovisno o potrebnoj vuči na privezištima pri datoj snazi ​​na osovini propelera. Ako se rad motornog čamca očekuje u naseljenim mjestima ili područjima gdje postoje ograničenja buke, prihvatljivi (današnji) nivo buke će odgovarati obodnoj brzini - 160-180 m/s. Odredivši, na osnovu ove uvjetne norme i promjera vijka, maksimalni broj njegovih okretaja, uspostavit ćemo omjer prijenosa od osovine motora do osovine vijka.

Za prečnik od 2 m, dozvoljeni nivo buke će biti oko 1500 o/min (za prečnik od 1 m - oko 3000 o/min); tako će omjer prijenosa pri brzini motora od 4500 o/min biti oko 3 (za promjer od 1 m - oko 1,5).

Uz pomoć grafikona na sl. 3 moći ćete odrediti količinu potiska propelera ako su već odabrani promjer propelera i snaga motora. Za naš primjer odabran je motor najpristupačnije snage - 25 KS. s., a promjer vijka je 2 m. Za ovaj konkretni slučaj vrijednost potiska je 110 kg.

Nedostatak pouzdanih mjenjača je možda najveća prepreka koju treba savladati. U pravilu, lančani i remeni pogoni koje su napravili amateri u zanatskim uvjetima pokazuju se nepouzdanim i imaju nisku efikasnost. Prisilna instalacija direktno na osovinu motora dovodi do potrebe za smanjenjem promjera i, posljedično, smanjenja efikasnosti pokretača.

Za određivanje širine i koraka oštrice koristite nomogram prikazan na sl. 4. Na horizontalnoj desnoj skali, od tačke koja odgovara snazi ​​na osovini propelera, crtamo vertikalu dok se ne ukrsti sa krivom koja odgovara prethodno pronađenom prečniku propelera. Od točke presjeka povlačimo vodoravnu ravnu liniju do sjecišta s vertikalom povučenom iz točke koja leži na lijevoj skali broja okretaja. Rezultirajuća vrijednost određuje količinu pokrivenosti projektovanog propelera (proizvođači aviona omjer zbira širina lopatica i prečnika nazivaju pokrivenošću).

Za propelere s dvije lopatice, premaz je jednak omjeru širine lopatice i polumjera propelera R. Iznad vrijednosti premaza prikazane su vrijednosti optimalnog koraka propelera. Za naš primjer dobili smo: pokrivenost σ=0,165 i relativni korak (odnos koraka prema prečniku) h=0,52. Za vijak prečnika 1 m, σ=0,50 m i h=0,65. Propeler prečnika 2 m treba da bude dvokraki sa širinom lopatice od 16,5% R, pošto je količina pokrivenosti mala; elisa prečnika 1 m može biti sa 6 lopatica sa širinom lopatice 50:3 = 16,6% R ili sa 4 lopatice sa širinom lopatice od 50:2 = 25% R. Povećanjem broja lopatica dobiće se dodatno smanjenje nivoa buke.

Sa dovoljnim stepenom tačnosti, možemo pretpostaviti da nagib propelera ne zavisi od broja lopatica. Dajemo geometrijske dimenzije drvene oštrice širine 16,5% R. Sve dimenzije na crtežu sl. 5 su dati kao postotak polumjera. Na primjer, dio D je 16,4% R, smješten na 60% R. Akord sekcije je podijeljen na 10 jednakih dijelova, tj. svaki po 1,64% R; prst je probijen kroz 0,82% R. Ordinate profila u milimetrima se određuju množenjem polumjera sa procentualnom vrijednošću koja odgovara svakoj ordinati, tj. sa 1,278; 1.690; 2,046 ... 0,548.