Efisiensi baling-baling udara. Klasifikasi baling-baling. Ketergantungan efisiensi pada ketinggian dan kecepatan terbang

Baru-baru ini, telah terjadi pengembaraan tertentu, dan terkadang langsung menyesatkan, terkait pilihan baling-baling pada model aerobatik hobbit, yang dengan asumsi tertentu juga dapat mencakup model pelatihan. Alasannya di sini, tampaknya, adalah bahwa di area olahraga tradisional, pedoman telah lama dikembangkan dan pembenaran teoretis untuk pilihan baling-baling yang optimal telah dilakukan - dalam model pengatur waktu, balap, kecepatan tinggi. Untuk mencapai kriteria yang benar tanpa masuk terlalu jauh ke belantara teori klasik sekrup, materi berikut diusulkan untuk dibahas.

Pada pandangan pertama ahli teori semuanya sederhana. Anda mengambil karakteristik eksternal dan throttle motor dan keluarga karakteristik aerodinamis dari baling-baling yang tersedia secara komersial, dengan menggunakan yang terakhir Anda membangun keluarga grafik daya yang diperlukan dalam koordinat yang sama dengan karakteristik eksternal motor. Kemudian, dalam mode kecepatan yang diinginkan, Anda menemukan persimpangan grafik - begitulah cara Anda mendapatkan sekrup yang optimal. Segalanya lebih sulit dalam hidup. Jika, dengan uji tuntas, karakteristik eksternal motor masih dapat dipertahankan, maka karakteristik hembusan baling-baling model tidak mungkin terjadi. Perusahaan model, bahkan raksasa, juga tidak memberikannya. Output menunjukkan dirinya sebagai berikut: untuk parameter dasar diterima secara umum atau direkomendasikan oleh pabrikan motor diterima, dan kemudian berturut-turut didekati ke arah yang diinginkan oleh perancang. Untuk melakukan ini, seseorang setidaknya harus memahami secara kualitatif seberapa pasti parameter desain mempengaruhi karakteristik baling-baling. Ini akan dibahas lebih lanjut.

Mari kita mulai dengan ketentuan utama teori baling-baling, dengan hanya mengambil beberapa rumus darinya:

dorong baling-baling

Daya yang dibutuhkan untuk memutar baling-baling

Pitch baling-baling relatif

rasio dorong baling-baling

faktor daya baling-baling

Kepadatan udara

putaran baling-baling

Diameter sekrup

kecepatan pesawat

Kami tidak akan mengambil lebih banyak formula, jika tidak banyak yang tidak akan tertarik.

Secara analitis, Anda tidak dapat menghitung banyak di sini, karena yang utama adalah bagaimana perilaku dorong baling-baling dan koefisien daya, serta rasionya, yang menentukan efisiensi baling-baling. Parameter ini ditetapkan secara empiris dengan mengambil karakteristik baling-baling tertentu dengan meniup terowongan angin. Oleh karena itu, kami akan mempertimbangkan perubahan kualitatifnya tergantung pada parameter yang berbeda. Mari kita mulai dengan efisiensi. Untuk sekrup tipikal, grafiknya terlihat seperti ini:

Harap dicatat bahwa langkah relatif adalah nilai tanpa dimensi dan sama dengan satu pada kecepatan terbang 1 m / s, kecepatan baling-baling 60 rpm dan diameternya 1 meter. Sekarang kita perlu menjelaskan mengapa grafiknya terlihat seperti ini. Pada tapak nol, efisiensinya nol, karena baling-baling tidak melakukan pekerjaan apa pun - pesawat diam. Dengan pukulan 1,6, baling-baling ini juga tidak berfungsi, karena nadanya sedemikian rupa sehingga bilah bergerak pada sudut serang nol (yaitu, tegak lurus terhadap aliran) dan tidak membentuk dorongan apa pun. Untuk sekrup dengan nada yang berbeda bentuk umum grafiknya sama, tetapi dikompresi secara proporsional (dengan langkah yang lebih kecil) atau diregangkan (dengan langkah yang lebih besar) di sepanjang sumbu. Dengan slip 20-30% (untuk sekrup tertentu di wilayah = 1,1 - 1,4), efisiensi sekrup maksimum dan dapat mencapai nilai 0,8. Ini adalah area yang paling menguntungkan dalam hal pemanfaatan tenaga mesin. Menariknya, di wilayah ini, efisiensinya berubah secara tidak signifikan; saat kecepatan menurun dalam kisaran ini, daya dorong meningkat secara proporsional, yang berdampak positif pada stabilitas kecepatan penerbangan. Ketika selip kurang dari 15 - 20%, efisiensi mulai turun tajam, karena sudut serang bilah berkurang, masing-masing bilah baling-baling jatuh dan daya dorongnya berkurang. Dalam rentang nada relatif dari 0 hingga 0,9, efisiensi baling-baling bergantung hampir secara linier pada kecepatan, yang menunjukkan daya dorongnya yang hampir konstan !!!. Itu. Berlawanan dengan kepercayaan populer, dorongan baling-baling yang dipilih dengan benar dalam penerbangan dapat ditentukan dengan cukup akurat dari dorongan statis dengan sedikit koreksi. Jika Anda melihat lebih tepat pada bagian grafik ini, grafiknya agak cembung di bagian kiri. Ini karena daya dorong baling-baling agak berkurang dengan penurunan kecepatan akibat bertambahnya beban pada baling-baling B (lihat rumus, di mana kecepatan ada di penyebut, dan bahkan dikuadratkan). Ketergantungan tipikal saat mengubah B dari nol menjadi 10 terlihat seperti ini:

Penurunan koefisien dorong dikaitkan dengan perubahan sifat aliran udara di depan baling-baling dengan penurunan kecepatan. Tapi itu bukan alasan yang penting bagi kami, tetapi fakta bahwa baling-baling yang dipilih dengan benar dalam statika memberikan daya dorong yang kurang dari daya dorong pada efisiensi maksimum, tidak lebih dari 15%.

Sekarang tentang apa itu sekrup yang dipilih dengan benar. Mari kembali ke grafik efisiensi. Jika Anda menerapkan grafik keluarga baling-baling di atasnya, hanya berbeda dalam nada, maka grafik tersebut akan menyerupai yang sudah ada, tetapi dikompresi, atau direntangkan di sepanjang sumbu, seperti yang disebutkan di atas. Benar, efisiensi maksimum dengan penurunan langkah juga menurun. Nilai maksimum 0,8 terjadi jika selip optimal sekrup jatuh pada langkah relatif sekitar satu. Ini adalah salah satu kriteria untuk sekrup yang dipilih dengan benar.

Untuk menilai di mana nilai tipikalnya, mari kita ambil mesin 40 volume dengan tenaga 1,3 hp. pada 14.000 rpm dan hitung baling-baling berukuran 250 kali 150 khas untuk kasus ini Pada kecepatan aerobatik 90 km / jam, kami mendapatkan 0,43. Dengan langkah seperti itu, efisiensi maksimum tidak akan melebihi 0,6. Untuk mendapatkan efisiensi seperti itu, pitch baling-baling dengan slip 20% harus sekitar 9 sentimeter, dan untuk merealisasikan daya yang tersedia dengan pitch seperti itu, diameter baling-baling harus ditingkatkan menjadi 27 - 30 sentimeter. Dengan langkah di atas, efisiensi tidak akan lebih tinggi dari 0,5. Efisiensi yang begitu rendah diperoleh karena kecepatan engine yang terlalu tinggi pada tenaga maksimum.

Mari kita lihat bagaimana para profesional F3A melihat hal-hal di atas. Sebagian besar dari mereka menerbangkan OS MAX 140 RX dengan baling-baling berukuran 16 kali 14 inci dengan kecepatan 90 - 70 km/jam pada sekitar 9000 rpm. Baling-baling 14 inci optimal pada selip 25% pada kecepatan sekitar 180 km/jam. Pada 90 km / jam, efisiensinya menjadi 0,65, dan pada 70 km / jam - 0,5. Perhitungan sederhana menunjukkan bahwa pada rentang kecepatan 50 - 100 km / jam, daya dorong baling-baling ini sama sekali tidak bergantung pada kecepatan, melainkan hanya ditentukan oleh putaran mesin. Ini mungkin yang disukai para profesional, karena. dengan baling-baling ini dalam rentang kecepatan terbang, ada hubungan satu-ke-satu antara posisi tongkat throttle dan daya dorong mesin. Baling-baling 18 kali 8 yang optimal akan memberikan daya dorong lebih dari dua puluh persen pada kecepatan 90 km / jam, tetapi itu tidak hanya bergantung pada kecepatan mesin, tetapi juga pada kecepatan pesawat. Pro bersedia mengorbankan aditif ini untuk kontrol traksi yang lebih baik.

Situasi terburuk adalah untuk model pengatur waktu. Di sana, motor berputar hingga 30.000 rpm, dan kecepatan angkat pesawat rendah. Dengan diameter ulir yang sangat kecil, beban pada ulir tersebut ternyata sangat berat. Dalam konteks hal tersebut di atas, ucapan E. Verbitsky yang disebutkan dalam Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan edisi ke-5 tahun 1999 terdengar sangat masuk akal. Dikatakan bahwa, menurut perhitungannya, "... baling-baling F1C konvensional dengan diameter 180 mm pada kecepatan 28000 rpm memiliki efisiensi sekitar 40%. Dengan mengurangi kecepatan menjadi 7000 menggunakan gearbox sambil meningkatkan diameter baling-baling, Anda dapat meningkatkan efisiensi baling-baling hingga 80%". Hasil yang sama diperoleh dari penulis materi ini.

Di sini, di balap radio - justru sebaliknya. Di sana, kecepatannya sedemikian rupa sehingga untuk hampir semua kecepatan Anda dapat menghitung baling-baling dengan efisiensi mendekati 0,8. Di atas, sedikit perhatian diberikan pada faktor daya. Ini bukan kebetulan. Faktanya adalah parameter ini penting saat menghitung rezim ekstrim. Jika baling-baling dirancang untuk daya dorong maksimum dengan tenaga maksimum, maka dalam mode parsial, yang terutama dibahas, ada keyakinan bahwa tenaga mesin akan cukup. Selain itu, terlepas dari karakteristik eksternal motor, karena putaran dalam rumus daya yang dibutuhkan ada di daya ketiga. Begitu cepat, tenaga tidak bisa turun dengan penurunan kecepatan, bahkan pada mesin dengan knalpot resonansi dan timing katup kecepatan tinggi. Untuk model aerobatik, yang lebih penting bukanlah mode ekstrim, tetapi seluruh rentang kecepatan dan beban baling-baling.

Beberapa baris tentang lebar mata pisau. Dipercaya secara luas bahwa dengan mengurangi lebar bilah baling-baling, seseorang dapat sedikit meningkatkan efisiensinya. Ini benar, tetapi untuk mode kecepatan tinggi dengan beban baling-baling yang relatif kecil. Untuk baling-baling dengan bilah sempit, karakteristiknya lebih curam. Sedemikian rupa sehingga pada beban yang berat, efisiensi baling-baling dengan bilah yang lebih lebar menjadi lebih tinggi. Pada saat yang sama, ini terjadi di wilayah dengan nilai efisiensi absolut yang kecil.

Untuk kecepatan penerbangan rendah dengan motor kecepatan tinggi, tidak mungkin untuk mengurangi nada dan meningkatkan diameter baling-baling tanpa batas. Ketika sudut serang bilah kurang dari profil kutub yang paling disukai untuk profil tertentu, daya dorong elemen tunggal berkurang lebih cepat daripada peningkatan luas sapuan baling-baling. Itu. untuk penerbangan lambat ada langkah minimum, di luar itu optimalisasi pemasangan baling-baling hanya dimungkinkan melalui kotak roda gigi.

Manakah dari penalaran panjang yang disebutkan di atas yang dapat disimpulkan?

Pertama- baling-baling yang dipilih dengan benar akan memberi pilotage dorongan maksimum yang kira-kira konstan dalam berbagai kecepatan penerbangan, mulai dari awal.

Kedua- mesin model yang ada, karena karakteristik eksternal kecepatan tinggi, tidak memungkinkan aerobatik lambat tren saat ini F3A menggunakan sekrup dengan efisiensi yang baik. Omong-omong, dari kesimpulan ini mengikuti pendapat yang disajikan secara luas dalam artikel-artikel Persatuan Seniman dan Seniman Moskow tentang pentingnya model kubus mesin untuk penerbangan dan pelatihan, dan bukan kekuatannya, khususnya, oleh penulis A .Sokolov dan D.Dmitriev.

Ketiga- untuk aerobatik 3D modern dan pada pesawat terbang kipas, penggunaan motor roda gigi dengan diameter baling-baling yang meningkat tajam dapat dianggap menjanjikan. Hanya dengan cara ini secara dramatis (dua kali) akan meningkatkan rasio dorong/berat pembangkit listrik. Kemudian Anda dapat mengandalkan margin daya dorong yang besar pada kecepatan helikopter dan melayang. Sekarang mereka bertahan di Diamante dengan sekrup 310 x 95 mm. Ini adalah batasnya, tidak lagi efektif untuk mengurangi langkah di bawah ini.

Dan yang terakhir - tentang baling-baling pitch variabel. Pada model aerobatik, penggunaannya tidak praktis. VISH, tentu saja, akan memungkinkan peningkatan traksi pada kecepatan rendah karena efisiensi yang lebih tinggi, tetapi peningkatan ini tidak diperlukan di sana. Selain itu, peningkatan ini akan lebih kecil dari yang teoretis karena putaran aerodinamis pada bilah. Tidak seperti baling-baling helikopter, baling-baling pesawat memiliki putaran yang layak, optimal hanya pada satu langkah. Dalam penerbangan besar, VISH telah tersebar luas terutama untuk memastikan efisiensi tinggi dari pemasangan mesin, yang tidak berperan untuk model.

P.S. Materi tersebut berisi rumus dan grafik dari monograf Aleksandrov V.L. "Sekrup udara" dan Bolonkina A.A. "Teori penerbangan model terbang". Dalam perhitungan efisiensi, kisi-kisi karakteristik aerodinamis baling-baling Inggris dari karya terbaru digunakan.

Sebagian dari energi putaran mesin dihabiskan untuk memutar baling-baling dan ditujukan untuk mengatasi hambatan udara, memutar jet yang dikeluarkan, dll. Oleh karena itu, pekerjaan kedua yang berguna, atau daya traksi yang berguna dari baling-baling, nb, tenaga mesin akan berkurang N e dihabiskan untuk putaran baling-baling.

Rasio daya pendorong yang berguna dengan daya yang dikonsumsi oleh baling-baling (daya mesin efektif) disebut koefisien tindakan yang bermanfaat(efisiensi) dari baling-baling dan dilambangkan H . Itu ditentukan oleh rumus

Beras. 11 Karakteristik daya mesin M-14P dari pesawat Yak-52 dan Yak-55

Beras. 12 Perkiraan tampilan kurva perubahan daya yang tersedia tergantung pada kecepatan udara

Beras. 13 Karakteristik ketinggian mesin M-14P dalam mode 1 - lepas landas, 2 - nominal 1, 3 - nominal 2, 4 - jelajah 1; 5 - berlayar 2

Nilai efisiensi baling-baling bergantung pada faktor yang sama dengan daya dorong baling-baling.

Efisiensinya selalu kurang dari satu dan mencapai 0,8 ... 0,9 untuk baling-baling terbaik.

Grafik ketergantungan daya efektif yang tersedia pada kecepatan penerbangan untuk pesawat Yak-52 dan Yak-55 ditunjukkan pada Gambar. sebelas.

Grafik Gambar. 12 disebut karakteristik pembangkit listrik dalam hal daya.

Pada V=0, Np=0; pada kecepatan terbang V=300 km/jam, Np==275 hp (untuk pesawat Yak-52) dan V=320 km/jam, Np=275 l. Dengan. (untuk pesawat Yak-55), dimana Np- daya yang dibutuhkan.

Dengan bertambahnya ketinggian, daya efektif berkurang karena penurunan kerapatan udara. Karakteristik perubahannya untuk pesawat Yak-52 dan Yak-55 dari ketinggian penerbangan H ditunjukkan pada Gambar. 13.

Untuk mengurangi kecepatan putaran baling-baling di mesin, digunakan gearbox.

Tingkat pengurangan dipilih sedemikian rupa sehingga dalam mode nominal ujung bilah dialirkan oleh aliran udara subsonik.

SEKRUP PITCH VARIABEL

Untuk menghilangkan kekurangan baling-baling fixed-pitch dan fixed-pitch, digunakan variable-pitch propeller (VSP). Vetchinkin adalah pendiri teori VIS.

PERSYARATAN UNTUK VISH:

VISH harus mengatur sudut serang bilah yang paling menguntungkan di semua mode penerbangan;

lepaskan daya pengenal dari mesin pada seluruh rentang pengoperasian kecepatan dan ketinggian;

untuk mempertahankan nilai maksimum koefisien efisiensi pada rentang kecepatan terbesar yang mungkin.

Bilah VISH dikendalikan oleh mekanisme khusus, atau diatur ke posisi yang diinginkan di bawah pengaruh gaya yang bekerja pada baling-baling. Dalam kasus pertama, ini adalah baling-baling hidrolik dan elektrik, yang kedua - yang aerodinamis.

sekrup hidrolik- baling-baling, di mana perubahan sudut pemasangan baling-baling dilakukan oleh tekanan oli yang disuplai ke mekanisme yang terletak di hub baling-baling.

sekrup listrik- baling-baling, di mana perubahan sudut pemasangan sudu dilakukan oleh motor listrik yang dihubungkan ke sudu melalui transmisi mekanis.

Baling-baling aeromekanis- baling-baling, di mana perubahan sudut pemasangan bilah dilakukan secara otomatis - dengan gaya aerodinamis dan sentrifugal.

VISH hidrolik yang paling banyak digunakan. Perangkat otomatis dalam baling-baling pitch variabel dirancang untuk mempertahankan kecepatan konstan baling-baling (mesin) dengan secara sinkron mengubah sudut kemiringan bilah saat mengubah mode penerbangan (kecepatan, ketinggian) dan disebut pengontrol keteguhan kecepatan ( RPO).

Beras. 14 Pengoperasian baling-baling pitch variabel V530TA-D35 pada kecepatan terbang yang berbeda

RPO, bersama dengan mekanisme untuk memutar baling-baling, mengubah nada baling-baling (sudut kemiringan baling-baling) sedemikian rupa sehingga putaran yang diatur oleh pilot menggunakan tuas kontrol VIS tetap tidak berubah (diberikan) selama penerbangan perubahan modus.

Pada saat yang sama, harus diingat bahwa putaran akan dipertahankan hingga daya efektif pada poros mesin Ne lebih besar dari daya yang dibutuhkan untuk memutar baling-baling saat bilah disetel ke sudut kemiringan terkecil (pitch kecil).

Pada Gambar. 14 menunjukkan diagram pengoperasian VIS.

Saat mengubah kecepatan penerbangan dari lepas landas ke maksimum pada level penerbangan, sudut pemasangan bilah J meningkat dari nilai minimumnya j min hingga maksimal j maks (langkah besar). Karena itu, sudut serang bilah sedikit berubah dan tetap dekat dengan yang paling menguntungkan.

Pekerjaan VIS selama lepas landas dicirikan oleh fakta bahwa seluruh tenaga mesin digunakan selama lepas landas - daya dorong terbesar dikembangkan. Ini dimungkinkan asalkan mesin mengembangkan kecepatan maksimum, dan setiap bagian bilah baling-baling mengembangkan daya dorong terbesar, yang memiliki hambatan paling kecil terhadap putaran.

Untuk melakukan ini, setiap elemen bilah baling-baling harus bekerja pada sudut serang mendekati kritis, tetapi tanpa menghentikan aliran udara. Pada Gambar. 14, a menunjukkan sudut serang sudu sebelum lepas landas (V=0) karena aliran udara dengan kecepatan DV sedikit berbeda dari sudut kemiringan sudu dengan nilai fmin. Sudut serang bilah sesuai dengan besarnya gaya angkat maksimum.

Resistansi terhadap putaran dalam hal ini mencapai nilai di mana daya yang dikeluarkan untuk putaran sekrup dan daya efektif mesin dibandingkan dan putarannya tidak akan berubah. Dengan peningkatan kecepatan, sudut serang bilah baling-baling berkurang (Gbr. 14, b). Resistensi terhadap rotasi berkurang dan baling-baling menjadi lebih ringan. Kecepatan mesin harus meningkat, tetapi RPO menjaganya tetap konstan dengan mengubah sudut serang bilah. Saat kecepatan terbang meningkat, bilah berputar ke sudut yang lebih besar. j lih .

Saat terbang ke kecepatan tertinggi VISH juga harus memberikan nilai dorong maksimum. Saat terbang dengan kecepatan maksimum, sudut kemiringan bilah memiliki nilai batas pmax (Gbr. 14, c). Oleh karena itu, dengan perubahan kecepatan terbang, sudut serang bilah berubah, dengan penurunan kecepatan terbang, sudut serang meningkat - baling-baling menjadi lebih berat, dengan peningkatan kecepatan terbang, sudut serang berkurang - itu baling-baling menjadi lebih ringan. RPO secara otomatis menerjemahkan bilah baling-baling ke sudut yang sesuai.

Saat ketinggian penerbangan meningkat, tenaga mesin berkurang dan RPO mengurangi sudut kemiringan bilah untuk memudahkan pengoperasian mesin, dan sebaliknya. Akibatnya, RPO menjaga kecepatan mesin konstan dengan perubahan ketinggian penerbangan.

Selama pendekatan pendaratan, baling-baling disetel ke nada kecil, yang sesuai dengan kecepatan lepas landas. Hal ini memungkinkan pilot, saat melakukan berbagai manuver di jalur luncuran pendaratan, untuk memperoleh tenaga lepas landas mesin dengan peningkatan kecepatan hingga maksimal.

Baling-baling berbilah dari sebuah pesawat terbang, juga dikenal sebagai baling-baling atau mesin berbilah, yang digerakkan berputar oleh pengoperasian mesin. Dengan bantuan sekrup, torsi dari mesin diubah menjadi daya dorong.

Baling-baling bertindak sebagai baling-baling di pesawat terbang seperti pesawat terbang, cyclogyros, gyroplanes, mobil salju, hovercraft, ekranoplans, serta helikopter dengan mesin turboprop dan piston. Untuk masing-masing mesin ini, sekrup dapat melakukan fungsi yang berbeda. Di pesawat terbang, ini digunakan sebagai rotor utama, yang menciptakan daya dorong, dan di helikopter, ini menyediakan daya angkat dan meluncur.

Semua baling-baling pesawat dibagi menjadi dua jenis utama: baling-baling dengan pitch variabel dan tetap. Bergantung pada desain pesawat, baling-baling dapat memberikan dorongan dorong atau tarikan.

Saat berputar, baling-baling baling-baling menangkap udara dan melepaskannya ke arah yang berlawanan dengan penerbangan. Tekanan rendah dibuat di depan sekrup, dan zona tekanan tinggi di belakang. Udara yang dilempar memperoleh arah radial dan melingkar, karena itu, sebagian energi yang disuplai ke baling-baling hilang. Aliran udara yang sangat berputar-putar mengurangi perampingan peralatan. Pesawat pertanian, saat bekerja di lapangan, memiliki keseragaman yang buruk dalam dispersi bahan kimia akibat aliran dari baling-baling. Masalah serupa dipecahkan pada perangkat yang memiliki tata letak sekrup koaksial, dalam hal ini kompensasi terjadi dengan menggunakan pengoperasian sekrup belakang, yang berputar ke arah yang berlawanan. Baling-baling serupa dipasang di pesawat seperti An-22, Tu-142 dan Tu-95.

Parameter teknis baling-baling

Karakteristik baling-baling yang paling signifikan, yang menjadi sandaran gaya dorong dan penerbangan itu sendiri, tentu saja, adalah jarak baling-baling dan diameternya. Pitch adalah jarak yang dapat ditempuh baling-baling dengan disekrupkan ke udara dalam satu putaran penuh. Hingga 30-an abad terakhir, baling-baling dengan pitch rotasi konstan digunakan. Baru pada akhir tahun 1930-an, hampir semua pesawat dilengkapi dengan baling-baling pitch variabel.

Parameter sekrup:

Diameter lingkaran baling-baling adalah ukuran yang digambarkan oleh ujung baling-baling saat berputar.

Pitch sekrup adalah jarak sebenarnya yang ditempuh sekrup dalam satu putaran. Karakteristik ini tergantung kecepatan dan rpm

Pitch geometris baling-baling adalah jarak yang dapat ditempuh baling-baling dalam media padat dalam satu putaran. Ini berbeda dengan tapak baling-baling di udara dengan menggeser bilah di udara.

Sudut letak dan pemasangan bilah baling-baling adalah kemiringan bagian bilah ke bidang rotasi yang sebenarnya. Karena adanya puntiran bilah, sudut rotasi diukur di sepanjang bagian, dalam banyak kasus adalah 2/3 dari seluruh panjang bilah.

Bilah baling-baling memiliki bagian depan - pemotongan - dan tepi belakang. Penampang bilah memiliki profil tipe sayap. Pada profil bilah terdapat akord, yang memiliki kelengkungan dan ketebalan relatif. Untuk meningkatkan kekuatan bilah baling-baling, digunakan akord yang memiliki penebalan ke arah akar baling-baling. Akord bagian berada di bidang yang berbeda, karena bilahnya dibuat bengkok.

Pitch baling-baling adalah karakteristik utama baling-baling, terutama bergantung pada sudut baling-baling. Pitch diukur dalam satuan jarak yang ditempuh per revolusi. Semakin banyak nada yang dibuat baling-baling dalam satu putaran, semakin banyak volume yang dibuang oleh bilah. Pada gilirannya, peningkatan nada menyebabkan beban tambahan pada pembangkit listrik, masing-masing, jumlah putaran berkurang. Pesawat modern memiliki kemampuan untuk mengubah kemiringan bilah tanpa menghentikan mesin.

Kelebihan dan kekurangan baling-baling

Efisiensi baling-baling pada pesawat modern mencapai 86% yang membuatnya diminati oleh industri pesawat terbang. Perlu juga dicatat bahwa turboprop jauh lebih ekonomis daripada pesawat jet. Namun demikian, sekrup memiliki beberapa batasan baik dalam pengoperasian maupun dalam rencana konstruktif.

Salah satu batasan ini adalah "efek penguncian", yang terjadi saat diameter sekrup bertambah atau saat jumlah putaran ditambahkan, dan daya dorong, pada gilirannya, tetap pada level yang sama. Ini disebabkan oleh fakta bahwa bagian dengan aliran udara supersonik atau transonik muncul di bilah baling-baling. Efek ini tidak memungkinkan pesawat terbang dengan sekrup untuk mengembangkan kecepatan lebih tinggi dari 700 km / jam. Pada saat ini paling mobil cepat dengan baling-baling adalah model domestik pembom jarak jauh Tu-95, yang dapat mencapai kecepatan 920 km / jam.

Kerugian lain dari sekrup adalah tingkat kebisingan yang tinggi, yang diatur oleh standar dunia ICAO. Kebisingan dari sekrup tidak sesuai dengan standar kebisingan.

Perkembangan modern dan masa depan baling-baling pesawat

Teknologi dan pengalaman memungkinkan desainer untuk mengatasi beberapa masalah kebisingan dan meningkatkan traksi melampaui batas.

Dengan demikian, dimungkinkan untuk melewati efek penguncian karena penggunaan mesin turboprop tipe NK-12 yang bertenaga, yang mentransmisikan tenaga ke dua baling-baling koaksial. Rotasi mereka ke arah yang berbeda memungkinkan untuk melewati penguncian dan meningkatkan traksi.

Bilah tipis berbentuk pedang juga digunakan pada baling-baling, yang memiliki kemampuan untuk menunda krisis. Ini memungkinkan Anda untuk mencapai kecepatan yang lebih tinggi. Baling-baling jenis ini dipasang di pesawat An-70.

Saat ini, pengembangan sedang dilakukan untuk membuat baling-baling supersonik. Terlepas dari kenyataan bahwa desain dilakukan untuk waktu yang sangat lama dengan suntikan dana yang cukup besar, tidak mungkin mencapai hasil yang positif. Mereka memiliki bentuk yang sangat rumit dan presisi, yang sangat memperumit perhitungan para desainer. Beberapa baling-baling tipe supersonik telah terbukti sangat berisik.

Melampirkan baling-baling dalam sebuah cincin - impeler - adalah arah pengembangan yang menjanjikan, karena mengurangi aliran ujung di sekitar bilah dan tingkat kebisingan. Itu juga meningkatkan keamanan. Ada beberapa pesawat dengan kipas yang memiliki desain yang sama dengan impeler, tetapi dilengkapi dengan alat pengarah aliran udara. Ini sangat meningkatkan efisiensi baling-baling dan mesin.

Dalam penerbangan, pesawat selalu mengatasi hambatan udara. Pekerjaan ini dilakukan oleh pembangkit listriknya, yang terdiri dari mesin pembakaran internal bolak-balik dan baling-baling, atau mesin jet. Kami akan membahas secara singkat tentang baling-baling saja.

Masing-masing dari kita sudah mengenal baling-baling sejak kecil.

Di desa-desa, anak-anak sering memasang kincir angin berbilah dua di gerbang, yang berputar sangat cepat tertiup angin sehingga bilahnya menyatu menjadi lingkaran yang tidak terputus. Kincir angin adalah sekrup paling sederhana. Jika Anda memasang sekrup seperti itu pada porosnya, putar dengan erat di antara telapak tangan dan lepaskan, maka sekrup itu akan terbang dengan dengungan.

Baling-baling pesawat dipasang pada poros mesin. Saat baling-baling berputar, bilahnya terbang ke udara pada sudut serang tertentu dan melemparkannya ke belakang, sehingga seolah-olah dimulai dari udara, mereka cenderung bergerak maju. Jadi, selama rotasi, baling-baling mengembangkan gaya aerodinamis yang diarahkan sepanjang sumbu baling-baling. Gaya ini menarik pesawat ke depan dan oleh karena itu disebut dorong.

Baling-baling dapat memiliki dua, tiga atau empat bilah. Profil (bagian) bilah mirip dengan profil sayap.

Pitch baling-baling dan sudut bilah ke bidang rotasi memainkan peran penting dalam pekerjaan menciptakan daya dorong.

Pitch baling-baling adalah jarak yang harus ditempuh baling-baling dalam satu putaran penuh jika disekrup ke udara seperti baut menjadi mur. Pada kenyataannya, selama penerbangan sebuah pesawat, baling-baling, karena kepadatan udara yang rendah, menempuh jarak yang sedikit lebih pendek.

Pitch baling-baling semakin besar, semakin besar sudut pemasangan sudu ke bidang rotasi (Gbr. 17, a).

Jadi, baling-baling dengan sudut bilah yang besar "berjalan" lebih cepat daripada penyangga dengan sudut pemasangan yang kecil (mirip dengan bagaimana baut dengan ulir besar disekrup menjadi mur lebih cepat daripada baut dengan ulir halus). Oleh karena itu, baling-baling pitch besar diperlukan untuk kecepatan terbang tinggi, dan baling-baling pitch kecil diperlukan untuk kecepatan rendah.

Pengoperasian bilah baling-baling mirip dengan sayap. Tapi gerakan baling-baling lebih rumit. Berbeda dengan sayap, baling-baling baling-baling yang sedang terbang tidak hanya bergerak maju, tetapi juga berputar pada saat yang bersamaan. Gerakan-gerakan ini bertambah, dan oleh karena itu bilah baling-baling bergerak dalam penerbangan di sepanjang garis heliks tertentu (Gbr. 17, b). Mari kita lihat bagaimana gaya dorong baling-baling muncul.

Untuk melakukan ini, kami memilih elemen kecil pada setiap bilah, dibatasi oleh dua bagian (Gbr. 17, a). Itu dapat dianggap sebagai sayap kecil, yang dalam penerbangan bergerak di sepanjang heliks, berlari ke udara pada sudut serang tertentu. Akibatnya, elemen bilah, seperti sayap pesawat, akan menciptakan gaya aerodinamis P. Kita dapat menguraikan gaya ini menjadi dua gaya - sejajar dengan sumbu baling-baling dan tegak lurus terhadapnya. Memaksa,

Diarahkan ke depan, dan akan menjadi gaya dorong elemen bilah, gaya kedua, kecil, yang diarahkan melawan putaran sekrup, akan menjadi gaya pengereman.

Gaya dorong dasar kedua bilah secara total akan memberikan gaya dorong T dari seluruh baling-baling, seolah-olah dipasang pada porosnya. Gaya pengereman diatasi oleh mesin.

Gaya dorong baling-baling sangat bergantung pada kecepatan terbang. Itu berkurang dengan meningkatnya kecepatan. Mengapa ini terjadi dan apa artinya bagi penerbangan?

Saat pesawat berada di darat dan Power Point bekerja, maka baling-baling baling-baling hanya memiliki satu kecepatan - keliling (Gbr. 17, a). Ini berarti udara mengalir ke bilah ke arah panah B, yang ditunjukkan pada bidang rotasi sekrup. Sudut antara panah ini dan akord profil bilah jelas akan menjadi sudut serang. Seperti yang Anda lihat, saat udara diam, itu sama dengan sudut bilah ke bidang rotasi. Kalau tidak ternyata dalam penerbangan, kapan, kecuali gerakan berputar, sekrup juga bergerak maju (bersama dengan pesawat).

Dalam penerbangan, gerakan ini bertambah, dan akibatnya, bilah bergerak di sepanjang garis heliks (Gbr. 17, b). Oleh karena itu, udara mengalir ke bilah ke arah panah B1, dan sudut antara itu dan tali profil akan menjadi sudut serang. Anda dapat melihat bahwa sudut serang menjadi lebih kecil dari sudut pemasangan. Dan semakin besar kecepatan terbang, semakin kecil sudut serang bilah, dan oleh karena itu semakin kecil gaya dorongnya (pada jumlah putaran baling-baling yang konstan).

Kerugian ini terutama melekat pada baling-baling sederhana, di mana sudut baling-baling, dan dengan demikian nada baling-baling, tidak dapat diubah dalam penerbangan (baling-baling sederhana memiliki kelemahan lain). Sekrup pitch variabel jauh lebih sempurna (Gbr. 18). Sekrup seperti itu, berkat perangkat selongsong khusus, mengubah nadanya tanpa partisipasi pilot. Ketika pilot mengurangi kecepatan udara, nada baling-baling segera berkurang; ketika pilot meningkatkan kecepatan, baling-baling meningkatkan nada.

G. V. Makhotkin

Desain baling-baling

Baling-baling udara telah mendapatkan reputasi sebagai penggerak yang sangat diperlukan untuk perahu berkecepatan tinggi yang dioperasikan di daerah perairan yang dangkal dan ditumbuhi tanaman, serta untuk mobil salju amfibi yang harus bekerja di atas salju, es, dan air. Banyak pengalaman telah terkumpul baik di sini maupun di luar negeri. aplikasi baling-baling pada kapal kecil dan amfibi berkecepatan tinggi. Jadi, sejak 1964, di negara kita, mobil salju amfibi telah diproduksi dan dioperasikan secara massal (Gbr. 1) dari Biro Desain yang dinamai. A. N. Tupolev. Di Amerika Serikat, beberapa puluh ribu kapal udara, sebagaimana orang Amerika menyebutnya, dioperasikan di Florida.

Masalah membuat kapal motor berkecepatan tinggi dengan baling-baling terus menarik minat pembuat kapal amatir kami. Tenaga paling tersedia untuk mereka adalah 20-30 hp. Dengan. Oleh karena itu, kami akan mempertimbangkan masalah utama dalam mendesain sistem propulsi udara dengan harapan akan kekuatan seperti itu.

Penentuan dimensi geometris baling-baling yang hati-hati akan memungkinkan penggunaan penuh tenaga mesin dan mendapatkan daya dorong yang mendekati maksimum dengan tenaga yang tersedia. Dalam hal ini, pilihan diameter baling-baling yang tepat akan menjadi sangat penting, yang tidak hanya bergantung pada efisiensi baling-baling, tetapi juga tingkat kebisingan, yang secara langsung ditentukan oleh kecepatan keliling.

Studi tentang ketergantungan daya dorong pada kecepatan langkah telah menetapkan bahwa untuk mewujudkan kemampuan baling-baling dengan tenaga 25 hp. Dengan. perlu memiliki diameter - sekitar 2 m Untuk memastikan biaya energi terendah, udara harus dibuang kembali oleh jet dengan wilayah yang lebih besar bagian; dalam kasus khusus kami, area yang disapu oleh sekrup akan menjadi sekitar 3 m². Mengurangi diameter baling-baling menjadi 1 m untuk mengurangi tingkat kebisingan akan mengurangi area yang disapu baling-baling sebanyak 4 kali lipat, dan ini, meskipun kecepatan jet meningkat, akan menyebabkan penurunan traksi pada tali tambat sebesar 37%. Sayangnya, penurunan daya dorong ini tidak dapat dikompensasi baik oleh nada, atau jumlah bilah, atau lebarnya.

Dengan peningkatan kecepatan gerakan, kehilangan traksi akibat penurunan diameter berkurang; dengan demikian, peningkatan kecepatan memungkinkan penggunaan baling-baling berdiameter lebih kecil. Untuk baling-baling dengan diameter 1 dan 2 m, yang memberikan traksi maksimum pada tambatan, pada kecepatan 90 km/jam nilai dorong menjadi sama. Meningkatkan diameter menjadi 2,5 m, meningkatkan traksi pada tambatan, hanya memberikan sedikit peningkatan traksi pada kecepatan lebih dari 50 km/jam. Dalam kasus umum, setiap rentang kecepatan operasi (pada tenaga mesin tertentu) memiliki diameter baling-baling optimalnya sendiri. Dengan peningkatan daya pada kecepatan konstan, diameter optimal dalam hal efisiensi meningkat.

Sebagai berikut dari Gambar. 2 grafik, daya dorong baling-baling dengan diameter 1 m lebih besar dari daya dorong baling-baling air (standar) dari motor tempel "Neptunus-23" atau "Privet-22" dengan kecepatan lebih dari 55 km / jam, dan baling-baling dengan diameter 2 m - sudah dengan kecepatan lebih dari 30 -35 km/jam. Perhitungan menunjukkan bahwa pada kecepatan 50 km/jam, konsumsi bahan bakar kilometer dari mesin dengan baling-baling berdiameter 2 m akan 20-25% lebih sedikit daripada motor tempel paling ekonomis "Privet-22".

Urutan pemilihan elemen baling-baling sesuai dengan grafik yang diberikan adalah sebagai berikut. Diameter baling-baling ditentukan tergantung pada traksi yang diperlukan pada tambatan pada daya yang diberikan pada poros baling-baling. Jika pengoperasian perahu motor diharapkan di daerah berpenduduk atau daerah di mana terdapat pembatasan kebisingan, tingkat kebisingan yang dapat diterima (hari ini) akan sesuai dengan kecepatan keliling - 160-180 m / s. Setelah menentukan, berdasarkan norma bersyarat ini dan diameter sekrup, jumlah maksimum putarannya, kami akan menetapkan rasio roda gigi dari poros motor ke poros sekrup.

Untuk diameter 2 m, tingkat kebisingan yang diizinkan adalah sekitar 1500 rpm (untuk diameter 1 m - sekitar 3000 rpm); dengan demikian, rasio roda gigi pada putaran mesin 4500 rpm akan menjadi sekitar 3 (untuk diameter 1 m - sekitar 1,5).

Dengan bantuan grafik pada Gambar. 3 Anda akan dapat menentukan jumlah dorongan baling-baling jika diameter baling-baling dan tenaga mesin telah dipilih. Sebagai contoh kami, mesin dengan tenaga paling terjangkau dipilih - 25 hp. s., dan diameter sekrup adalah 2 m Untuk kasus khusus ini, nilai dorongnya adalah 110 kg.

Kurangnya gearbox yang andal mungkin merupakan rintangan terbesar yang harus diatasi. Biasanya, penggerak rantai dan sabuk yang dibuat oleh amatir dalam kondisi artisanal ternyata tidak dapat diandalkan dan memiliki efisiensi yang rendah. Pemasangan paksa langsung pada poros motor mengarah pada kebutuhan untuk mengurangi diameter dan, akibatnya, mengurangi efisiensi penggerak.

Untuk menentukan lebar dan jarak bilah, gunakan nomogram yang ditunjukkan pada Gambar. 4. Pada skala kanan horizontal, dari titik yang sesuai dengan daya pada poros baling-baling, kita menggambar garis vertikal hingga berpotongan dengan kurva yang sesuai dengan diameter baling-baling yang ditemukan sebelumnya. Dari titik persimpangan kita menggambar garis lurus horizontal ke persimpangan dengan garis vertikal yang ditarik dari titik yang terletak di sebelah kiri skala jumlah putaran. Nilai yang dihasilkan menentukan jumlah cakupan baling-baling yang dirancang (produsen pesawat menyebut rasio jumlah lebar bilah dengan diameter cakupan).

Untuk baling-baling dua bilah, pelapisan sama dengan rasio lebar bilah dengan jari-jari baling-baling R. Di atas nilai pelapisan, nilai pitch optimal baling-baling ditunjukkan. Untuk contoh kami, kami memperoleh: cakupan σ = 0,165 dan pitch relatif (rasio pitch terhadap diameter) h = 0,52. Untuk sekrup dengan diameter 1 m, σ=0,50 m dan h=0,65. Baling-baling dengan diameter 2 m harus 2 bilah dengan lebar bilah 16,5% R, karena jumlah cakupannya kecil; baling-baling berdiameter 1 m dapat berbilah 6 dengan lebar sudu 50:3 = 16,6% R atau berbilah 4 dengan lebar sudu 50:2 = 25% R. Penambahan jumlah sudu akan memberikan pengurangan tambahan dalam tingkat kebisingan.

Dengan tingkat akurasi yang cukup, dapat diasumsikan bahwa pitch baling-baling tidak bergantung pada jumlah bilah. Kami memberikan dimensi geometris bilah kayu dengan lebar 16,5% R. Semua dimensi dalam gambar gbr. 5 diberikan sebagai persentase dari jari-jari. Misalnya, bagian D adalah 16,4% R, terletak di 60% R. Tali bagian dibagi menjadi 10 bagian yang sama, masing-masing 1,64% R; jari kaki ditembus 0,82% R. Koordinat profil dalam milimeter ditentukan dengan mengalikan jari-jari dengan nilai persentase yang sesuai dengan masing-masing ordinat, yaitu dengan 1,278; 1.690; 2,046 ... 0,548.