Elice a aeronavei: nume, clasificare și caracteristici

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 10:39

Baza mișcării aerului pe principiile aerodinamicii este prezența unei forțe care contracarează rezistența aerului în zbor și gravitație. Toate aeronavele moderne, cu excepția planoarelor, au un motor a cărui putere este convertită în această forță. Mecanismul care transformă rotația arborelui centralei în tracțiune este elicea aeronavei.

Descrierea elicei

Elicea aeronavei este un dispozitiv mecanic cu pale care este rotit de un arbore de motor și creează forță pentru mișcarea aeronavei în aer. Prin înclinarea palelor, elicea aruncă aerul înapoi, creând o zonă de presiune scăzută în fața ei și presiune mare în spatele ei. Aproape toți oamenii de pe pământ cel puțin o dată în viață au avut ocazia să vadă acest dispozitiv, așa că nu sunt necesare numeroase definiții științifice. Elicea este formată din pale, un butuc conectat la motor printr-o flanșă specială, greutăți de echilibrare plasate pe butuc, un mecanism de modificare a pasului elicei și un caren care acoperă butucul.

Alte nume

Care este alt nume pentru o elice de avion? Din punct de vedere istoric, au existat două nume principale: elicea propriu-zisă și elicea. Cu toate acestea, mai târziu au apărut și alte nume, subliniind fie caracteristici de design, fie funcții suplimentare atribuite acestei unități. Mai exact:

• Fenestron. Un șurub introdus într-un canal special din coada unui elicopter.
• Rotor. Un șurub închis într-un inel special.
• Propfan. Acestea sunt șuruburi în formă de săgeată sau în formă de sabie, pe două rânduri, cu un diametru redus.
• Ventilator. Sistem de alimentare de rezervă de urgență de la fluxul de aer care se apropie.
• Rotor. Acesta este uneori numit rotorul principal al unui elicopter și alții.

Teoria elicei

La bază, orice elice de avion este un fel de aripi mobile în miniatură, care trăiesc conform acelorași legi ale aerodinamicii ca și aripa. Adică, deplasându-se în mediul atmosferic, palele, datorită profilului și înclinării lor, creează un flux de aer, care este forța motrice a aeronavei. Rezistența acestui flux, pe lângă profilul specific, depinde de diametrul și viteza elicei. În același timp, dependența de tracțiune de revoluții este pătratică, iar de diametru - chiar și până la gradul 4. Formula generală de tracțiune este următoarea: P=αρn²D^4unde:

• α – coeficientul de tracțiune al elicei (depinde de designul și profilul paletelor);
• ρ - densitatea aerului;
• n - numărul de rotațiișuruburi;
• D este diametrul șurubului.

Este interesant de comparat cu formula de mai sus, alta derivată din aceeași teorie a șurubului. Aceasta este puterea necesară pentru a asigura rotația: T=Βρn³D^{5, unde Β este factorul de putere calculat al elicei.}

Comparând aceste două formule, se poate observa că prin creșterea vitezei elicei aeronavei și creșterea diametrului elicei, puterea necesară a motorului crește exponențial. Dacă nivelul de tracțiune este proporțional cu pătratul rotațiilor și cu puterea a 4-a a diametrului, atunci puterea necesară a motorului crește deja proporțional cu cubul rotațiilor și cu puterea a 5-a a diametrului elicei. Pe măsură ce puterea motorului crește, crește și greutatea acestuia, care necesită și mai multă forță. Un alt cerc vicios în industria aeronautică.

Specificații elice

Orice elice instalată pe o aeronavă are următoarele caracteristici:

• Diametrul șurubului.
• Mișcare geometrică (pas). Acest termen se referă la distanța pe care ar parcurge șurubul, izbindu-se de o suprafață solidă teoretică într-o singură rotație.
• Tread - distanța reală parcursă de elice într-o singură rotație. Evident, această valoare depinde de viteză și de frecvența de rotație.
• Unghiul lamei - unghiul dintre plan și pasul real al elicei.
• Forma lamei – Cele mai multe lame moderne sunt în formă de sabie, curbate.
• Profilul lamei - secțiunea transversală a fiecărei lame are, de regulă, o formă de aripă.
• Coardă medie a lamei –distanța geometrică dintre muchiile de început și cele posterioare.

În același timp, principala caracteristică a elicei unui avion este împingerea sa, adică pentru ce este nevoie.

Demnitate

Avioanele care folosesc o elice ca elice sunt mult mai economice decât omologii lor cu turboreacție. Eficiența ajunge la 86%, ceea ce este o valoare de neatins pentru aeronavele cu reacție. Acesta este principalul lor avantaj, care de fapt le-a repus în funcțiune în timpul crizei petrolului din anii 70 ai secolului trecut. La distanțe scurte, viteza nu este critică în comparație cu economie, așa că majoritatea aeronavelor de aviație regională sunt propulsate cu elice.

Defecte

Avioanele cu elice au și dezavantaje. În primul rând, acestea sunt dezavantaje pur „cinetice”. În timpul rotației, elicea aeronavei, având propria sa masă, are un efect asupra corpului aeronavei. Dacă lamele, de exemplu, se rotesc în sensul acelor de ceasornic, atunci carcasa tinde să se rotească, respectiv, în sens invers acelor de ceasornic. Turbulențele create de elice interacționează activ cu aripile și cu puterea aeronavei, creând fluxuri diferite la dreapta și la stânga, destabilizand astfel traiectoria de zbor.

În sfârșit, elicea rotativă este un fel de giroscop, adică tinde să-și mențină poziția, ceea ce face dificilă schimbarea traiectoriei de zbor pentru aertribunal. Aceste deficiențe ale elicei aeronavei sunt cunoscute de mult timp, iar proiectanții au învățat să le facă față introducând o anumită asimetrie în proiectarea navelor în sine sau a suprafețelor de control ale acestora (cârme, spoilere etc.). Pentru dreptate, trebuie remarcat faptul că motoarele cu reacție au, de asemenea, deficiențe „cinetice” similare, dar într-o măsură ceva mai mică.

Așa-numitul efect de blocare poate fi atribuit și minusurilor, atunci când o creștere a diametrului și a vitezei de rotație a elicei aeronavei până la anumite limite încetează să producă un efect sub forma unei creșteri a forței. Acest efect este asociat cu apariția în anumite secțiuni ale palelor fluxurilor de aer cu viteză apropiată sau supersonică, ceea ce creează o criză a valurilor, adică formarea de șocuri de aer. De fapt, ei depășesc granița sunetului. În acest sens, viteza maximă a aeronavelor cu elice nu depășește 650-700 km/h.

Poate că singura excepție a fost bombardierul Tu-95, care atinge viteze de până la 950 km/h, adică viteză aproape sonică. Fiecare dintre motoarele sale este echipat cu două elice coaxiale care se rotesc în direcții opuse. Ei bine, ultima problemă a aeronavelor cu elice este zgomotul lor, ale cărui cerințe sunt înăsprite în mod constant de autoritățile aviatice.

Clasificare

Există multe moduri de a clasifica elicele aeronavelor. Acestea sunt împărțite în grupe în funcție de materialul din care sunt fabricate, de forma lamelor, diametrul acestora, cantitatea, precum și o serie de altele.caracteristici. Cu toate acestea, cea mai importantă este clasificarea lor după două criterii:

• În primul rând - există elice cu pas variabil și cu pas fix.
• Al doilea - există șuruburi de tragere și împingere.

Primul este instalat în partea din față a aeronavei, iar al doilea, respectiv, în spate. O aeronavă cu elice împingătoare a apărut mai devreme, dar apoi a fost uitată de ceva vreme și a reapărut pe cer abia relativ recent. Acum, acest aspect este utilizat pe scară largă pe aeronavele mici. Există chiar și opțiuni destul de exotice, echipate atât cu lame de tragere, cât și de împingere în același timp. O aeronavă cu elice din spate are o serie de avantaje, printre care principalul este raportul mai mare de ridicare la tracțiune. Cu toate acestea, din cauza lipsei unui flux suplimentar de aer de la elice, aripa are cele mai proaste caracteristici de decolare și aterizare.

Șuruburi cu pas variabil

Elicele cu pas variabil sunt instalate pe aproape toate aeronavele moderne medii și mari. Cu un pas mare al lamei, se obține multă tracțiune, dar dacă turația motorului este destul de scăzută, accelerația va fi extrem de lentă. Aceasta este foarte asemănătoare cu situația cu o mașină atunci când în trepte mai mari încearcă să pornească.

Viteza mare și pasul mic al elicei creează pericolul de blocare și scădere a tracțiunii la zero. Prin urmare, în timpul zborului, pasul se schimbă constant. Acum acest lucru se face prin automatizare, dar înainte pilotul însuși trebuia să monitorizeze în mod constant acest lucru manual.reglați unghiul. Mecanismul de schimbare a pasului elicei este o bucșă specială cu un mecanism de antrenare care rotește paletele în raport cu axa de rotație cu gradul necesar.

Dezvoltarea modernă în Rusia

Lucrările pentru îmbunătățirea dispozitivelor nu s-au oprit niciodată. În prezent, se efectuează teste ale unei noi elice a aeronavei AB-112. Va fi folosit pe aeronava de transport militar ușoară Il-112V. Aceasta este o elice cu 6 pale cu o eficiență de 87%, un diametru de 3,9 metri și o viteză de rotație de 1200 rpm și o elice cu pas variabil. A fost dezvoltat un nou profil al lamei, iar designul său a fost ușurat.