Eficiența elicei de aer. Clasificarea elicelor. Dependența eficienței de altitudine și viteza de zbor

Recent, a existat o anumită rătăcire, și uneori de-a dreptul înșelătoare, în ceea ce privește alegerea elicelor pe modelele hobbit-aerobatice, care, cu anumite presupuneri, pot include și modele de antrenament. Motivul aici, se pare, este că în zonele sportive tradiționale au fost dezvoltate de multă vreme linii directoare și au fost efectuate justificări teoretice pentru alegerea optimă a elicelor - în modele de mare viteză, curse, cronometru. Pentru a ajunge la criteriile corecte fără a intra prea adânc în sălbăticia teoriei clasice a șurubului, se propune spre discuție următorul material.

La prima vedere teoretician totul este simplu. Luați caracteristicile exterioare și ale accelerației ale motorului și familia de caracteristici aerodinamice ale elicelor disponibile comercial, folosind acestea din urmă construiți o familie de grafice ale puterii necesare în aceleași coordonate ca și caracteristicile externe ale motorului. Apoi, în modul de viteză dorit, găsești intersecția graficelor - așa ai obținut șurubul optim. Totul este mai greu în viață. Dacă, cu diligența necesară, caracteristicile externe ale motorului pot fi încă luate pe stand, atunci caracteristicile de suflare ale elicelor modelului sunt puțin probabile. Nici firmele de model, chiar și giganții, nu le dau. Ieșirea se sugerează după cum urmează: pentru parametrii de bază general acceptate sau recomandate de producatorul motoarelor sunt acceptate, iar apoi sunt aproximate succesiv in directia dorita de proiectant. Pentru a face acest lucru, trebuie să înțelegeți cel puțin calitativ cât de sigur parametrii de proiectare afectează caracteristicile elicei. Acest lucru va fi discutat în continuare.

Să începem cu principalele prevederi ale teoriei elicei, luând din aceasta doar câteva formule:

împingerea elicei

Putere necesară pentru a roti elicea

Pasul relativ al elicei

raportul de tracțiune al elicei

factorul de putere al elicei

Densitatea aerului

revoluțiile elicei

Diametrul șurubului

viteza aeronavei

Nu vom lua mai multe formule, altfel mulți nu vor fi interesați.

Din punct de vedere analitic, nu puteți număra prea multe aici, deoarece principalul lucru este modul în care se comportă forța elicei și coeficienții de putere, precum și raportul lor, care determină eficiența elicei. Acești parametri sunt stabiliți empiric prin luarea caracteristicilor unor elice specifice prin suflare într-un tunel de vânt. Prin urmare, vom lua în considerare modificarea lor calitativă în funcție de diferiți parametri. Să începem cu eficiență. Pentru un șurub tipic, graficul arată astfel:

Vă rugăm să rețineți că treapta relativă este o valoare adimensională și este egală cu una la o viteză de zbor de 1 m/s, o viteză a elicei de 60 rpm și diametrul acesteia de 1 metru. Acum trebuie să explicăm de ce graficul arată așa. La banda de rulare zero, eficiența este zero, deoarece elicea nu lucrează - avionul stă nemișcat. Cu o cursă de 1,6, această elice nu funcționează, de asemenea, deoarece pasul său este astfel încât palele se mișcă la un unghi de atac zero (adică, perpendicular pe flux) și nu formează nicio împingere. Pentru șuruburi cu pas diferit forma generala graficul este același, dar este proporțional comprimat (cu un pas mai mic) sau întins (cu un pas mai mare) de-a lungul axei. Cu o alunecare de 20-30% (pentru un șurub dat în regiune = 1,1 - 1,4), eficiența șurubului este maximă și poate ajunge la o valoare de 0,8. Acesta este cel mai avantajos domeniu în ceea ce privește utilizarea puterii motorului. Interesant este că în această regiune eficiența se modifică nesemnificativ; pe măsură ce viteza scade în acest interval, forța crește proporțional, ceea ce are un efect pozitiv asupra stabilității vitezei zborului. Când alunecarea este mai mică de 15 - 20%, eficiența începe să scadă brusc, deoarece unghiul de atac al lamei scade, respectiv, pala elicei cade, iar forța acesteia scade. În intervalul de pas relativ de la 0 la 0,9, eficiența elicei depinde aproape liniar de viteză, ceea ce indică împingerea sa aproape constantă !!!. Acestea. Contrar credinței populare, tracțiunea unei elice selectate corespunzător în zbor poate fi determinată destul de precis din tracțiunea statică cu ușoare corecții. Dacă te uiți mai precis la această parte a graficului, atunci este oarecum convexă în jumătatea stângă. Acest lucru se datorează faptului că forța elicei scade oarecum odată cu scăderea vitezei din cauza creșterii sarcinii pe elicea B (vezi formula, unde viteza este la numitor și chiar pătrat). O dependență tipică atunci când schimbați B de la zero la 10 arată astfel:

Scăderea coeficientului de tracțiune este asociată cu o modificare a naturii fluxului de aer în fața elicei cu o scădere a vitezei. Însă nu motivul este important pentru noi, ci faptul că o elice corect selectată în statică dă o tracțiune mai mică decât împingerea la eficiență maximă, cu cel mult 15%.

Acum despre ce este un șurub selectat corect. Să revenim la diagrama de eficiență. Dacă puneți pe el o familie de grafice de șuruburi care diferă doar în pas, atunci acestea vor semăna cu cea existentă, dar comprimate sau întinse de-a lungul axei, așa cum s-a menționat mai sus. Adevărat, eficiența maximă cu treapta descrescătoare scade și ea. Valoarea maximă de 0,8 apare dacă alunecarea optimă a șurubului cade pe o treaptă relativă de aproximativ unu. Acesta este unul dintre criteriile pentru un șurub selectat corespunzător.

Pentru a evalua unde sunt valorile tipice, să luăm un motor de 40 de volume cu o putere de 1,3 CP. la 14.000 rpm și calculați o elice cu dimensiunea tipică pentru acest caz de 250 pe 150. La o viteză acrobatică de 90 km / h, obținem 0,43. Cu un astfel de pas, eficiența maximă nu va depăși 0,6. Pentru a obține o astfel de eficiență, pasul elicei cu un alunecare de 20% ar trebui să fie de aproximativ 9 centimetri, iar pentru a realiza puterea disponibilă cu un astfel de pas, diametrul elicei trebuie mărit la 27 - 30 de centimetri. Cu pasul de mai sus, eficiența nu va fi mai mare de 0,5. O astfel de eficienta redusa se obtine datorita unor turatii prea mari ale motorului la putere maxima.

Să vedem cum arată profesioniștii F3A în lumina celor de mai sus. Marea majoritate a acestora zboară cu OS MAX 140 RX cu o elice de 16 pe 14 inch la viteze de 90 - 70 km/h la aproximativ 9000 rpm.Elicea de 14 inch este optimă la 25% alunecare la aproximativ 180 km/h. La 90 km/h, randamentul acestuia va fi de 0,65, iar la 70 km/h - 0,5. Un calcul simplu arată că, în intervalul de viteză de 50 - 100 km/h, forța acestei elice nu depinde deloc de viteză, ci este determinată doar de turația motorului. Probabil că asta le place profesioniștilor, pentru că. cu această elice în intervalul de viteză de zbor, există o relație unu-la-unu între poziția stick-ului de accelerație și împingerea motorului. Elicea optimă de 18 pe 8 va da o forță mai mare de douăzeci de procente la 90 km/h, dar va depinde nu numai de turația motorului, ci și de viteza aeronavei. Profesioniștii sunt dispuși să sacrifice acest aditiv pentru un control mai bun al tracțiunii.

Cea mai proastă situație este pentru modelele de cronometru. Acolo, motorul se rotește până la 30.000 rpm, iar viteza de ridicare a aeronavei este scăzută. Cu un diametru foarte mic al șurubului, sarcina pe șurub se dovedește a fi groaznică. În contextul celor de mai sus, observația lui E. Verbitsky, menționată în numărul 5 al Ministerului Educației și Științei pentru 1999, sună foarte plauzibilă. Se spune că conform calculelor sale „... elicele convenționale F1C cu diametrul de 180 mm la o viteză de 28.000 rpm au o eficiență de aproximativ 40%. Prin reducerea vitezei la 7000 folosind o cutie de viteze în timp ce se mărește diametrul elicei. , puteți crește eficiența elicei la 80%". Aceleași rezultate au fost obținute de la autorul acestui material.

Aici la cursele radio - este exact opusul. Acolo, vitezele sunt de așa natură încât pentru aproape orice viteză poți calcula o elice cu o eficiență apropiată de 0,8. Mai sus, s-a acordat puțină atenție factorului de putere. Aceasta nu este o coincidență. Faptul este că acest parametru este important atunci când se calculează regimul extrem. Dacă elicea este proiectată pentru tracțiune maximă la putere maximă, atunci în modurile parțiale, care au fost discutate în principal, există încredere că puterea motorului va fi suficientă. Mai mult, indiferent de caracteristicile exterioare ale motorului, deoarece rotațiile din formula pentru puterea necesară sunt la a treia putere. Atât de repede, puterea nu poate scădea cu o scădere a vitezei, chiar și la motoarele cu evacuare rezonantă și sincronizare a supapelor de mare viteză. Pentru modelele acrobatice, nu modurile extreme sunt cele mai importante, ci întreaga gamă de viteze și sarcinile elicei.

Câteva linii despre lățimea lamei. Se crede larg că prin reducerea lățimii palei elicei, se poate crește ușor eficiența acesteia. Acest lucru este adevărat, dar pentru modurile de mare viteză cu o sarcină relativ mică pe elice. Pentru o elice cu o lamă îngustă, caracteristica merge mai abrupt. Atat de mult incat la o sarcina mare randamentul unei elice cu paleta mai lata este mai mare. În același timp, acest lucru se întâmplă în regiunea valorilor absolute mici ale eficienței.

Pentru viteze mici de zbor cu motoare de mare viteză, nu este posibilă reducerea pasului și creșterea diametrului elicei la nesfârșit. Când unghiul de atac al lamei este mai mic decât cel mai favorabil profil polar pentru un anumit profil, împingerea unui singur element scade mai repede decât crește aria măturată a elicei. Acestea. pentru zborul lent exista un pas minim, dincolo de care optimizarea instalatiei elicei este posibila doar prin intermediul cutiei de viteze.

Care dintre raționamentele lungi menționate mai sus poate fi concluzionată?

Primul- o elice selectată corespunzător va asigura pilotajului o forță maximă aproximativ constantă într-o gamă largă de viteze de zbor, începând de la start.

Al doilea- motoarele de model existente, datorită caracteristicilor externe de mare viteză, nu permit acrobația lentă tendințele actuale F3A folosește șuruburi cu eficiență bună. Apropo, din această concluzie rezultă opinia prezentată pe scară largă în articolele Uniunii Artiștilor și Artiștilor din Moscova cu privire la importanța pentru modelele de zbor și antrenament a cuabării motorului, și nu puterea acestuia, în special, de către autorii A Sokolov și D. Dmitriev.

Al treilea- pentru acrobația modernă 3D și pe aeronavele cu ventilator, utilizarea unui motor angrenat cu un diametru al elicei mult crescut poate fi considerată promițătoare. Doar astfel se va îmbunătăți (de două ori) dramatic raportul tracțiune/greutate al centralei electrice. Apoi, puteți conta pe o marjă mare de forță la vitezele elicopterului și la volan. Acum se atârnă pe Diamante cu șuruburi de 310 pe 95 mm. Aceasta este limita, nu mai este eficientă reducerea pasului de mai jos.

Și ultimul - despre elicele cu pas variabil. Pe modelele acrobatice, utilizarea lor este impracticabilă. VISH, desigur, va permite la viteze mici să dea o creștere a tracțiunii datorită unei eficiențe mai mari, dar această creștere nu este necesară acolo. În plus, această creștere va fi mai mică decât cea teoretică datorită răsucirii aerodinamice a lamei. Spre deosebire de elicele elicopterelor, elicele de avioane au o răsucire decentă, optimă doar la un singur pas. În aviația mare, VISH a devenit larg răspândit în principal pentru a asigura o eficiență ridicată a instalației motorului, care nu joacă un rol pentru modele.

P.S. Materialul conține formule și grafice din monografiile lui Aleksandrov V.L. „Șuruburi de aer” și Bolonkina A.A. „Teoria zborului modelelor de zbor”. În calculele de eficiență a fost folosită o grilă de caracteristici aerodinamice ale elicei engleze din cea mai recentă lucrare.

O parte din energia de rotație a motorului este cheltuită pentru rotirea elicei și are ca scop depășirea rezistenței aerului, rotirea jetului ejectat etc. Prin urmare, a doua lucrare utilă sau puterea de tracțiune utilă a elicei, nb, va fi mai puțină putere a motorului N e cheltuită pentru rotația elicei.

Raportul dintre puterea de propulsie utilă și puterea consumată de elice (puterea efectivă a motorului) se numește coeficient acțiune utilă(eficiența) elicei și se notează h . Este determinat de formula

Orez. 11 Caracteristicile de putere ale motorului M-14P al aeronavelor Yak-52 și Yak-55

Orez. 12 Vedere aproximativă a curbei de modificare a puterii disponibile în funcție de viteza aerului

Orez. 13 Caracteristica de altitudine a motorului M-14P în modurile 1 - decolare, 2 - nominală 1, 3 - nominală 2, 4 - croazieră 1; 5 - croazieră 2

Valoarea randamentului elicei depinde de aceiasi factori ca si puterea de propulsie a elicei.

Eficiența este întotdeauna mai mică decât unitatea și ajunge la 0,8 ... 0,9 pentru cele mai bune elice.

Graficul dependenței puterii efective disponibile de viteza de zbor pentru aeronavele Yak-52 și Yak-55 este prezentat în Fig. unsprezece.

Graficul Fig. 12 se numește caracteristica centralei electrice din punct de vedere al puterii.

La V=0, Np=0; la viteza de zbor V=300 km/h, Np==275 CP (pentru aeronava Yak-52) si V=320 km/h, Np=275 l. Cu. (pentru aeronava Yak-55), unde Np- puterea necesară.

Odată cu creșterea altitudinii, puterea efectivă scade din cauza scăderii densității aerului. Caracteristica schimbării sale pentru aeronavele Yak-52 și Yak-55 de la altitudinea de zbor H este prezentată în Fig. 13.

Pentru a reduce viteza de rotație a elicei în motor, se folosește o cutie de viteze.

Gradul de reducere este selectat în așa fel încât, în modul nominal, capetele paletelor să fie curgate de un flux de aer subsonic.

Șuruburi cu pas variabil

Pentru a elimina deficiențele elicelor cu pas fix și cu pas fix, se folosește o elice cu pas variabil (VSP). Vetchinkin este fondatorul teoriei VIS.

CERINȚE PENTRU VISH:

VISH ar trebui să stabilească cele mai favorabile unghiuri de atac ale palelor în toate modurile de zbor;

eliminați puterea nominală a motorului pe întregul interval de funcționare de viteze și altitudini;

pentru a menține valoarea maximă a coeficientului de eficiență pe cea mai mare gamă posibilă de viteze.

Lamele VISH fie sunt controlate de un mecanism special, fie sunt setate în poziția dorită sub influența forțelor care acționează asupra elicei. În primul caz, acestea sunt elice hidraulice și electrice, în al doilea - aerodinamice.

surub hidraulic- o elice, în care schimbarea unghiului de instalare a palelor se realizează prin presiunea uleiului furnizat mecanismului situat în butucul elicei.

surub electric- o elice, in care modificarea unghiului de instalare a palelor se face printr-un motor electric conectat la pale printr-o transmisie mecanica.

Elice aeromecanice- o elice, în care modificarea unghiului de instalare a palelor se realizează automat - prin forțe aerodinamice și centrifuge.

Cel mai utilizat VISH hidraulic. Un dispozitiv automat în elice cu pas variabil este conceput pentru a menține o viteză constantă stabilită a elicei (motor) prin modificarea sincronă a unghiului de înclinare a palelor la schimbarea modului de zbor (viteză, altitudine) și se numește controler de constanță a vitezei ( RPO).

Orez. 14 Funcționarea elicei cu pas variabil V530TA-D35 la viteze de zbor diferite

RPO, împreună cu mecanismul de întoarcere a palelor, modifică pasul elicei (unghiul de înclinare al palelor) în așa fel încât rotațiile stabilite de pilot cu ajutorul manetei de comandă VIS să rămână neschimbate (date) în timpul zborului. se schimbă modul.

În acest caz, trebuie amintit că rotațiile vor fi menținute până când puterea efectivă pe arborele motorului Ne este mai mare decât puterea necesară pentru a roti elicei atunci când palele sunt setate la cel mai mic unghi de înclinare (pas mic).

Pe Fig. 14 prezintă o diagramă a funcționării VIS.

La schimbarea vitezei de zbor de la decolare la maxim în zbor la nivel, unghiul de instalare al palelor j crește de la valoarea sa minimă j min pana la maxim j max (pas mare). Datorită acestui fapt, unghiurile de atac ale lamei se modifică puțin și rămân aproape de cele mai avantajoase.

Lucrarea VIS în timpul decolării este caracterizată prin faptul că întreaga putere a motorului este utilizată în timpul decolării - se dezvoltă cea mai mare forță. Acest lucru este posibil cu condiția ca motorul să dezvolte viteza maximă, iar fiecare parte a palei elicei să dezvolte cea mai mare forță, având cea mai mică rezistență la rotație.

Pentru a face acest lucru, este necesar ca fiecare element al paletei elicei să funcționeze la unghiuri de atac apropiate de critice, dar fără a bloca fluxul de aer. Pe Fig. 14, a arată că unghiul de atac al lamei înainte de decolare (V=0) datorită fluxului de aer cu o viteză DV usor diferit de unghiul de inclinare al lamei prin valoarea fmin. Unghiul de atac al lamei corespunde mărimii forței maxime de ridicare.

În acest caz, rezistența la rotație atinge o valoare la care se compară puterea cheltuită la rotația elicei și puterea efectivă a motorului, iar rotațiile vor rămâne neschimbate. Odată cu creșterea vitezei, unghiul de atac al palelor elicei scade (Fig. 14, b). Rezistența la rotație scade și elicea devine mai ușoară, parcă. Turația motorului ar trebui să crească, dar RPO-ul le menține constant prin schimbarea unghiului de atac al lamelor. Pe măsură ce viteza de zbor crește, lamele se întorc la un unghi mai mare. j cf .

Când zbori spre viteza maxima VISH ar trebui să ofere, de asemenea, valoarea maximă a împingerii. La zborul cu viteza maxima, unghiul de inclinare al palelor are valoare limită pmax (Fig. 14, c). Prin urmare, cu o schimbare a vitezei de zbor, unghiul de atac al lamei se modifică, cu o scădere a vitezei de zbor, unghiul de atac crește - elicea devine mai grea, cu creșterea vitezei de zbor, unghiul de atac scade - elicea devine mai ușoară. RPO transpune automat palele elicei la unghiurile adecvate.

Pe măsură ce altitudinea de zbor crește, puterea motorului scade și RPO-ul reduce unghiul de înclinare al paletelor pentru a facilita funcționarea motorului și invers. În consecință, RPO menține constantă turația motorului cu o schimbare a altitudinii de zbor.

În timpul apropierii de aterizare, elicea este setată la un pas mic, care corespunde vitezei de decolare. Acest lucru face posibil ca pilotul, atunci când efectuează diverse manevre pe traseul de planare de aterizare, să obțină puterea de decolare a motorului cu o creștere a vitezei la maxim.

Elicea cu pale a unei aeronave, cunoscută și sub numele de elice sau mașină cu pale, care este antrenată în rotație de funcționarea motorului. Cu ajutorul unui șurub, cuplul motorului este transformat în forță.

Elicea acționează ca o elice în avioane, cum ar fi avioane, ciclogiro-uri, autogire, snowmobile, aeroplane, ekranoplanuri, precum și elicoptere cu motoare cu turbopropulsoare și piston. Pentru fiecare dintre aceste mașini, șurubul poate îndeplini diferite funcții. În avioane, este folosit ca rotor principal, care creează tracțiune, iar în elicoptere, asigură portanță și rulare.

Toate elicele aeronavelor sunt împărțite în două tipuri principale: elice cu pas variabil și fix. În funcție de designul aeronavei, elicele pot oferi fie împingere, fie tragere.

La rotire, palele elicei captează aerul și produc respingerea acestuia în direcția opusă zborului. Se creează o presiune scăzută în fața șurubului și o zonă de înaltă presiune în spate. Aerul aruncat capătă o direcție radială și circumferențială, din această cauză, o parte din energia care este furnizată elicei se pierde. Însuși turbionarea fluxului de aer reduce raționalizarea aparatului. Avioanele agricole, atunci când lucrează pe câmp, au o uniformitate slabă în dispersia substanțelor chimice din cauza fluxului de la elice. O problemă similară este rezolvată în dispozitivele care au un șurub coaxial, în acest caz compensarea are loc utilizând funcționarea șurubului din spate, care se rotește în direcția opusă. Elice similare sunt instalate pe aeronave precum An-22, Tu-142 și Tu-95.

Parametrii tehnici ai elicelor

Cele mai semnificative caracteristici ale elicelor, de care depind forța de împingere și zborul în sine, sunt, desigur, pasul elicei și diametrul acesteia. Pasul este distanța pe care o poate parcurge o elice dacă este înșurubată în aer într-o singură rotație completă. Până în anii 30 ai secolului trecut, se foloseau elice cu pas constant de rotație. Abia la sfârșitul anilor 1930, aproape toate aeronavele erau echipate cu elice cu pas variabil.

Parametrii șuruburilor:

Diametrul cercului elicei este dimensiunea pe care vârfurile palelor o descriu atunci când se rotesc.

Pasul șurubului este distanța reală parcursă de șurub într-o rotație. Această caracteristică depinde de viteza si rpm.

Pasul geometric al elicei este distanța pe care ar putea-o parcurge elicea într-un mediu solid într-o singură rotație. Se deosebește de banda de rulare a elicei în aer prin alunecarea palelor în aer.

Unghiul de amplasare și instalare a palelor elicei este înclinarea secțiunii palelor față de planul real de rotație. Datorită prezenței răsucirii lamelor, unghiul de rotație este măsurat de-a lungul secțiunii, în majoritatea cazurilor este de 2/3 din întreaga lungime a lamei.

Paletele elicei au o margine frontală - tăietoare - și o margine de fugă. Secțiunea transversală a palelor are un profil de tip aripă. În profilul lamelor există o coardă, care are o curbură și o grosime relativă. Pentru a crește rezistența palelor elicei, se folosește o coardă care are o îngroșare spre rădăcina elicei. Coardele de secțiune sunt în planuri diferite, deoarece lama este făcută răsucită.

Pasul elicei este principala caracteristică a elicei, depinde în primul rând de unghiul palelor. Pasul este măsurat în unități de distanță parcursă pe rotație. Cu cât elicea face mai mult pas într-o singură rotație, cu atât mai mult volum este eliminat de lamă. La rândul său, o creștere a pasului duce la sarcini suplimentare asupra centralei electrice, respectiv, numărul de rotații scade. Avioanele moderne au capacitatea de a schimba înclinarea palelor fără a opri motorul.

Avantajele și dezavantajele elicelor

Eficiența elicelor pe aeronavele moderne ajunge la 86%, ceea ce le face să fie solicitate de industria aeronautică. De asemenea, trebuie menționat că turbopropulsoarele sunt mult mai economice decât avioanele cu reacție. Cu toate acestea, șuruburile au unele limitări atât în ​​funcționare, cât și în plan constructiv.

Una dintre aceste limitări este „efectul de blocare”, care apare atunci când diametrul șurubului crește sau când se adaugă numărul de rotații, iar împingerea, la rândul său, rămâne la același nivel. Acest lucru se datorează faptului că pe palele elicei apar secțiuni cu fluxuri de aer supersonice sau transonice. Acest efect nu permite aeronave cu șuruburi pentru a dezvolta o viteză mai mare de 700 km/h. Pe acest moment cel mai mașină rapidă cu elice este modelul intern al bombardierului cu rază lungă de acțiune Tu-95, care poate atinge viteze de 920 km/h.

Un alt dezavantaj al șuruburilor este nivelul ridicat de zgomot, care este reglementat de standardele mondiale ICAO. Zgomotul de la șuruburi nu se încadrează în standardele de zgomot.

Evoluții moderne și viitorul elicelor aeronavelor

Tehnologia și experiența le permit designerilor să depășească unele dintre problemele de zgomot și să mărească tracțiunea dincolo de limitări.

Astfel, a fost posibilă ocolirea efectului de blocare datorită utilizării unui motor turbopropulsor puternic de tip NK-12, care transmite puterea la două elice coaxiale. Rotirea lor în direcții diferite a făcut posibilă ocolirea blocării și creșterea tracțiunii.

Lamele subțiri în formă de sabie sunt folosite și pe elice, care au capacitatea de a întârzia criza. Acest lucru vă permite să obțineți viteze mai mari. Acest tip de elice este instalat pe aeronava An-70.

În acest moment, sunt în curs de dezvoltare pentru a crea elice supersonice. În ciuda faptului că proiectarea este realizată de foarte mult timp cu injecții considerabile de numerar, nu a fost posibil să se obțină un rezultat pozitiv. Au o formă foarte complexă și precisă, ceea ce complică foarte mult calculele designerilor. Unele elice de tip supersonic s-au dovedit a fi foarte zgomotoase.

Închiderea elicei într-un inel - un rotor - este o direcție promițătoare de dezvoltare, deoarece reduce fluxul final în jurul palelor și nivelul de zgomot. De asemenea, a îmbunătățit securitatea. Există unele aeronave cu ventilatoare care au același design cu rotorul, dar sunt echipate suplimentar cu un aparat de direcție a fluxului de aer. Acest lucru îmbunătățește foarte mult eficiența elicei și a motorului.

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

Fiecare dintre noi este familiarizat cu elicea încă din copilărie.

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

Elicea aeronavei este montată pe arborele motorului. Când elicea se rotește, palele rulează în aer într-un anumit unghi de atac și o aruncă înapoi, datorită căruia, parcă pornind din aer, au tendința să se deplaseze înainte. Astfel, în timpul rotației, elicea dezvoltă o forță aerodinamică îndreptată de-a lungul axei elicei. Această forță trage aeronava înainte și, prin urmare, se numește împingere.

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

Pasul elicei și unghiul de instalare al lamei față de planul de rotație joacă un rol important în activitatea de creare a forței de împingere.

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. In realitate, in timpul zborului unei aeronave, elicea, datorita densitatii reduse a aerului, avanseaza pe o distanta ceva mai scurta.

Pasul elicei este cu atât 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 de pas al paletei „merg” mai repede decât o elice cu un unghi mic de pas (la fel cum un șurub cu filet grosier este înșurubat într-o piuliță mai repede decât un șurub cu filet fin). Prin urmare, este necesară o elice cu pas mare pentru viteza mare de zbor, iar o elice cu pas mic este necesară pentru viteză mică.

Funcționarea palelor elicei este similară cu cea a unei aripi. Dar mișcarea elicei este mai complicată. Spre deosebire de o aripă, palele elicei în zbor nu numai că se deplasează înainte, ci și se rotesc în același timp. 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 elicei.

Pentru a face acest lucru, selectăm un element mic pe fiecare lamă, limitat de două secțiuni (Fig. 17, a). Poate fi considerată ca o aripă mică, care în zbor se mișcă de-a lungul unui helix, alergând în aer la un anumit unghi de atac. În consecință, elementul lamei, precum aripa unui avion, va crea o forță aerodinamică P. Putem descompune această forță în două forțe - paralele cu axa elicei și perpendicular pe aceasta. Putere,

Îndreptată înainte și va fi forța de împingere a elementului lamei, a doua forță mică, îndreptată împotriva rotației șurubului, 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 montată pe axa acesteia. Forțele de frânare sunt depășite de motor.

Forța de împingere a elicei depinde foarte mult de viteza de zbor. Descrește odată cu creșterea vitezei. De ce se întâmplă acest lucru și ce înseamnă pentru zbor?

Când avionul este la sol și power point funcționează, atunci palele elicei au o singură viteză - circumferențială (Fig. 17, a). Aceasta înseamnă că aerul curge pe lamă în direcția săgeții B, indicată în planul de rotație al șurubului. Unghiul dintre această săgeată și coarda profilului lamei va fi evident unghiul de atac. După cum puteți vedea, atunci când aerul este nemișcat, este egal cu unghiul lamei față de planul de rotație. Altfel se dovedește în zbor, când, cu excepția mișcare de rotație, șurubul se deplasează și el 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 intră în lamă în direcția săgeții B1, iar unghiul dintre aceasta și coarda profilului va fi unghiul de atac. Puteți vedea 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 sunt 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 palelor, și deci pasul elicei, nu poate fi schimbat în zbor (o elice simplă are alte dezavantaje). Un șurub cu pas variabil este mult mai perfect (Fig. 18). Un astfel de șurub, datorită unui dispozitiv special de manșon, își schimbă pasul fără participarea pilotului. Când pilotul reduce viteza aerului, pasul elicei scade imediat, dar când pilotul crește viteza, elicea crește pasul.

G. V. Makhotkin

Design elice

Elice de aerși-a câștigat reputația de propulsie indispensabilă pentru ambarcațiunile de mare viteză operate în zone cu apă puțin adâncă și supra-apăsată, precum și pentru snowmobilele amfibii care trebuie să lucreze pe zăpadă, gheață și apă. S-a acumulat deja multă experiență atât aici, cât și în străinătate. aplicații cu elice pe ambarcațiuni mici de mare viteză și pe amfibieni. Așadar, din 1964, în țara noastră, snowmobile amfibii au fost produse și exploatate în serie (Fig. 1) al Biroului de Proiectare care poartă numele. A. N. Tupolev. În Statele Unite, câteva zeci de mii de hidroambarcațiuni, așa cum le numesc americanii, sunt operate în Florida.

Problema creării unei ambarcațiuni cu motor de mare viteză, cu pescaj redus, cu o elice, continuă să intereseze constructorii noștri amatori. Cea mai disponibilă putere pentru ei este de 20-30 CP. Cu. Prin urmare, vom lua în considerare principalele probleme ale proiectării unui sistem de propulsie aerian cu așteptarea unei astfel de puteri.

Determinarea atentă a dimensiunilor geometrice ale elicei va permite utilizarea pe deplin a puterii motorului și va obține o tracțiune aproape de maxim cu puterea disponibilă. În acest caz, va fi de o importanță deosebită alegerea corectă a diametrului elicei, de care depinde în mare măsură nu numai randamentul propulsorului, ci și nivelul de zgomot, determinat direct de vitezele circumferențiale.

Studiile privind dependența tracțiunii de viteza de cursă au stabilit că pentru a realiza capacitățile unei elice cu o putere de 25 CP. Cu. este necesar să aibă diametrul său - aproximativ 2 m. Pentru a asigura cele mai mici costuri energetice, aerul trebuie aruncat înapoi de un jet cu suprafata mai mare secțiuni; în cazul nostru particular, suprafața măturată de șurub va fi de aproximativ 3 m². Reducerea diametrului elicei la 1 m pentru a reduce nivelul de zgomot va reduce de 4 ori suprafața măturată de elice, iar acest lucru, în ciuda creșterii vitezei în jet, va provoca o scădere a tracțiunii pe acostare cu 37% . Din păcate, această scădere a forței nu poate fi compensată nici prin pas, nici prin numărul de lame, nici prin lățimea acestora.

Odată cu creșterea vitezei de mișcare, pierderea tracțiunii de la o scădere a diametrului scade; astfel, creșterea vitezelor permite utilizarea elicelor cu diametru mai mic. Pentru elicele cu diametrul de 1 și 2 m, care asigură tracțiune maximă pe acostare, la o viteză de 90 km/h, valorile de tracțiune devin egale. Creșterea diametrului la 2,5 m, creșterea tracțiunii pe acostare, dă doar o ușoară creștere a tracțiunii la viteze de peste 50 km/h. În cazul general, fiecare interval de viteză de funcționare (la o anumită putere a motorului) are propriul diametru optim al elicei. Odată cu creșterea puterii la o viteză constantă, crește diametrul optim din punct de vedere al eficienței.

După cum rezultă din Fig. 2 grafice, împingerea elicei cu un diametru de 1 m este mai mare decât împingerea elicei de apă (standard) a motorului exterior „Neptune-23” sau „Privet-22” la viteze de peste 55 km/h și elicea cu diametrul de 2 m - deja la viteze peste 30 -35 km/h. Calculele arată că, la o viteză de 50 km/h, consumul de combustibil kilometric al unui motor cu o elice cu diametrul de 2 m va fi cu 20-25% mai mic decât cel mai economic motor exterior „Privet-22”.

Secvența de selecție a elementelor elicei conform graficelor date este următoarea. Diametrul elicei este determinat în funcție de tracțiunea necesară pe acostare la o putere dată pe arborele elicei. Dacă se preconizează funcționarea ambarcațiunii cu motor în zone populate sau zone în care există restricții de zgomot, nivelul de zgomot acceptabil (azi) va corespunde vitezei circumferențiale - 160-180 m/s. După ce am determinat, pe baza acestei norme condiționate și a diametrului șurubului, numărul maxim de rotații ale acestuia, vom stabili raportul de transmisie de la arborele motorului la arborele șurubului.

Pentru un diametru de 2 m, nivelul de zgomot admis va fi de aproximativ 1500 rpm (pentru un diametru de 1 m - aproximativ 3000 rpm); astfel, raportul de transmisie la o turație a motorului de 4500 rpm va fi de aproximativ 3 (pentru un diametru de 1 m - aproximativ 1,5).

Cu ajutorul graficului din Fig. 3 veți putea determina cantitatea de forță a elicei dacă diametrul elicei și puterea motorului au fost deja selectate. Pentru exemplul nostru, a fost ales motorul cu cea mai accesibilă putere - 25 CP. s., iar diametrul șurubului este de 2 m. Pentru acest caz particular, valoarea de tracțiune este de 110 kg.

Lipsa cutiilor de viteze fiabile este poate cel mai mare obstacol de depășit. De regulă, transmisiile cu lanț și curea realizate de amatori în condiții artizanale se dovedesc a fi nesigure și au o eficiență scăzută. Instalarea forțată direct pe arborele motorului duce la necesitatea reducerii diametrului și, în consecință, a eficienței motorului.

Pentru a determina lățimea și pasul lamei, utilizați nomograma prezentată în Fig. 4. Pe scara dreaptă orizontală, din punctul corespunzător puterii de pe arborele elicei, trasăm o linie verticală până se intersectează cu curba corespunzătoare diametrului elicei găsit anterior. Din punctul de intersecție trasăm o linie dreaptă orizontală până la intersecția cu o verticală trasată dintr-un punct situat pe scara stângă a numărului de rotații. Valoarea rezultată determină cantitatea de acoperire a elicei proiectate (producătorii de aeronave numesc raportul dintre suma lățimilor palelor și diametrul acoperire).

Pentru elicele cu două pale, acoperirea este egală cu raportul dintre lățimea palei și raza elicei R. Deasupra valorilor de acoperire, sunt indicate valorile pasurilor optime ale elicei. Pentru exemplul nostru, am obținut: acoperire σ=0,165 și pas relativ (raportul pasului la diametru) h=0,52. Pentru un șurub cu diametrul de 1 m, σ=0,50 m și h=0,65. O elice cu un diametru de 2 m ar trebui să fie cu 2 pale cu o lățime a lamei de 16,5% R, deoarece cantitatea de acoperire este mică; o elice cu diametrul de 1 m poate fi cu 6 pale cu lățimea palelor de 50:3 = 16,6% R sau cu 4 pale cu lățimea palelor de 50:2 = 25% R. Creșterea numărului de pale va da un reducerea suplimentară a nivelului de zgomot.

Cu un grad suficient de precizie, putem presupune că pasul elicei nu depinde de numărul de pale. Dam dimensiunile geometrice ale unei lame de lemn cu o latime de 16,5% R. Toate dimensiunile din desen fig. 5 sunt date ca procent din rază. De exemplu, secțiunea D este 16,4% R, situată la 60% R. Coarda secțiunii este împărțită în 10 părți egale, adică 1,64% R fiecare; degetul este spart prin 0,82% R. Ordonatele profilului în milimetri se determină prin înmulțirea razei cu valoarea procentuală corespunzătoare fiecărei ordonate, adică cu 1,278; 1,690; 2,046 ... 0,548.