Propeler zrakoplova: naziv, klasifikacija i karakteristike

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Osnova kretanja zraka na principima aerodinamike je prisutnost sile koja se suprotstavlja otporu zraka u letu i gravitaciji. Svi moderni zrakoplovi, s izuzetkom jedrilica, imaju motor čija se snaga pretvara u tu silu. Mehanizam koji pretvara rotaciju osovine elektrane u potisak je propeler zrakoplova.

Opis propelera

Propeler zrakoplova je mehanički uređaj s lopaticama koji se rotira osovinom motora i stvara potisak za kretanje zrakoplova u zraku. Naginjući lopatice, propeler izbacuje zrak natrag, stvarajući područje niskog tlaka ispred sebe i visokog tlaka iza sebe. Gotovo svi ljudi na zemlji barem jednom u životu imali su priliku vidjeti ovaj uređaj, tako da brojne znanstvene definicije nisu potrebne. Propeler se sastoji od lopatica, glavčine povezane s motorom preko posebne prirubnice, balansnih utega postavljenih na glavčinu, mehanizma za promjenu nagiba propelera i obloge koja pokriva glavčinu.

Druga imena

Koji je drugi naziv za propeler aviona? Povijesno gledano, postojala su dva glavna naziva: stvarni propeler i propeler. Međutim, kasnije su se pojavila i druga imena, naglašavajući ili značajke dizajna ili dodatne funkcije dodijeljene ovoj jedinici. Točnije:

• Fenestron. Vijak umetnut u poseban kanal u repu helikoptera.
• Propeler. Vijak zatvoren u posebnom prstenu.
• Propfan. To su vijci u obliku strelice ili sabljasti vijci u dva reda sa smanjenim promjerom.
• Windfan. Sustav rezervnog napajanja u nuždi iz nadolazećeg strujanja zraka.
• Rotor. Ovo se ponekad naziva glavnim rotorom helikoptera i nekih drugih.

Teorija propelera

U svojoj srži, svaki propeler zrakoplova je vrsta pokretnih krila u minijaturi, koja žive prema istim zakonima aerodinamike kao i krilo. Odnosno, krećući se u atmosferskom okruženju, lopatice zbog svog profila i nagiba stvaraju strujanje zraka, što je pokretačka snaga zrakoplova. Snaga ovog strujanja, osim o specifičnom profilu, ovisi o promjeru i brzini propelera. Istodobno, ovisnost potiska o okretajima je kvadratna, a o promjeru - čak do 4. stupnja. Opća formula potiska je sljedeća: P=αρn²D^{4gdje je:}

• α – koeficijent potiska propelera (ovisi o dizajnu i profilu lopatica);
• ρ - gustoća zraka;
• n - broj okretajavijci;
• D je promjer vijka.

Zanimljivo je usporediti s gornjom formulom, još jednom izvedenom iz iste teorije vijka. Ovo je potrebna snaga za osiguranje rotacije: T=Βρn³D^{5, gdje je Β izračunati faktor snage propelera.}

Uspoređujući ove dvije formule, može se vidjeti da povećanjem brzine propelera zrakoplova i povećanjem promjera propelera, potrebna snaga motora raste eksponencijalno. Ako je razina potiska proporcionalna kvadratu okretaja i 4. potenciji promjera, tada se potrebna snaga motora povećava već proporcionalno kocki okretaja i 5. potenciji promjera propelera. S povećanjem snage motora raste i njegova težina, što zahtijeva još veći potisak. Još jedan začarani krug u industriji zrakoplova.

Specifikacije propelera

Svaki propeler instaliran na zrakoplovu ima sljedeće karakteristike:

• Promjer vijka.
• Geometrijski potez (korak). Ovaj izraz se odnosi na udaljenost koju bi vijak prošao, udarivši u teoretsku čvrstu površinu u jednom okretu.
• Tread - stvarna udaljenost koju propeler prijeđe u jednom okretu. Očito, ova vrijednost ovisi o brzini i učestalosti rotacije.
• Ugao lopatice - kut između ravnine i stvarnog nagiba propelera.
• Oblik oštrice – Većina modernih oštrica je sabljastog oblika, zakrivljena.
• Profil oštrice - poprečni presjek svake oštrice u pravilu ima oblik krila.
• srednji akord oštrice –geometrijska udaljenost između prednjeg i zadnjeg ruba.

Istovremeno, glavna karakteristika propelera zrakoplova je njegov potisak, odnosno ono za što je potreban.

Dostojanstvo

Zrakoplovi koji koriste propeler kao propeler mnogo su ekonomičniji od svojih turbomlaznih kolega. Učinkovitost doseže 86%, što je nedostižna vrijednost za mlazne zrakoplove. To je njihova glavna prednost, koja ih je zapravo vratila u pogon tijekom naftne krize 70-ih godina prošlog stoljeća. Na kratkim udaljenostima brzina nije kritična u usporedbi s ekonomikom, tako da većina regionalnih zrakoplovnih zrakoplova pokreće propeler.

Nedostaci

Propelerski zrakoplovi također imaju nedostatke. Prije svega, ovo su čisto "kinetički" nedostaci. Tijekom rotacije, propeler zrakoplova, koji ima vlastitu masu, djeluje na tijelo zrakoplova. Ako se oštrice, na primjer, okreću u smjeru kazaljke na satu, tada se kućište teži okretanju, odnosno suprotno od kazaljke na satu. Turbulencije koje stvara propeler aktivno djeluju na krila i perje zrakoplova, stvarajući različite tokove desno i lijevo, čime se destabilizira putanja leta.

Konačno, rotirajući propeler je vrsta žiroskopa, odnosno nastoji zadržati svoj položaj, što otežava promjenu putanje leta za zraksud. Ovi nedostaci propelera zrakoplova poznati su već duže vrijeme, a dizajneri su se naučili nositi s njima unošenjem određene asimetrije u dizajn samih brodova ili njihovih upravljačkih površina (kormila, spojleri i sl.). Pošteno radi, treba napomenuti da mlazni motori također imaju slične "kinetičke" nedostatke, ali u nešto manjoj mjeri.

Minusima se može pripisati i takozvani efekt zaključavanja, kada povećanje promjera i brzine rotacije propelera zrakoplova do određenih granica prestane proizvoditi učinak u obliku povećanja potiska. Taj je učinak povezan s pojavom u određenim dijelovima lopatica strujanja zraka približne ili nadzvučne brzine, što stvara krizu valova, odnosno stvaranje zračnih udara. Zapravo, oni prevladavaju zvučnu granicu. S tim u vezi, najveća brzina zrakoplova s propelerom ne prelazi 650-700 km/h.

Možda je jedina iznimka bio bombarder Tu-95, koji postiže brzine do 950 km/h, odnosno gotovo zvučnu brzinu. Svaki od njegovih motora opremljen je s dva koaksijalna propelera koji se okreću u suprotnim smjerovima. Pa, posljednji problem propelernih zrakoplova je njihova buka, za koju zrakoplovne vlasti stalno pooštravaju zahtjeve.

Klasifikacija

Postoji mnogo načina za klasifikaciju propelera zrakoplova. Dijele se u skupine ovisno o materijalu od kojeg su izrađene, o obliku oštrica, njihovom promjeru, količini, kao i nizu drugih.karakteristike. Ipak, najvažnije je njihovo razvrstavanje prema dva kriterija:

• Prvo - postoje propeleri promjenjivog i fiksnog nagiba.
• Drugo - tu su vijci za povlačenje i guranje.

Prvi je instaliran u prednjem dijelu zrakoplova, a drugi u stražnjem dijelu. Zrakoplov s potisnim propelerom nastao je ranije, ali je potom neko vrijeme bio zaboravljen i tek relativno nedavno ponovno se pojavio na nebu. Sada se ovaj raspored naširoko koristi na malim zrakoplovima. Postoje čak i prilično egzotične opcije, opremljene i noževima za povlačenje i guranjem u isto vrijeme. Zrakoplov sa stražnjim propelerom ima niz prednosti, a glavna među njima je veći omjer uzgona i otpora. Međutim, zbog nedostatka dodatnog protoka zraka iz propelera, krilo ima najgore karakteristike uzlijetanja i slijetanja.

Vijci s promjenjivim nagibom

Propeleri promjenjivog koraka instalirani su na gotovo svim modernim srednjim i velikim zrakoplovima. S velikim nagibom lopatice postiže se veliki potisak, ali ako je brzina motora dosta mala, ubrzanje će biti iznimno sporo. Ovo je vrlo slično situaciji s automobilom kada se pokušava upaliti u višim brzinama.

Velika brzina i mali nagib propelera stvaraju opasnost od zastoja i pada potiska na nulu. Stoga se tijekom leta visina tona stalno mijenja. Sada se to radi automatizacijom, ali prije je sam pilot morao to stalno pratiti ručno.podesiti kut. Mehanizam za promjenu nagiba propelera je posebna čahura s pogonskim mehanizmom koji rotira lopatice u odnosu na os rotacije za potreban stupanj.

Moderni razvoj u Rusiji

Rad na poboljšanju uređaja nikada nije prestao. Trenutno se provode ispitivanja novog propelera zrakoplova AB-112. Koristit će se na lakom vojnom transportnom zrakoplovu Il-112V. Ovo je propeler sa 6 lopatica s učinkovitošću od 87%, promjerom od 3,9 metara i brzinom rotacije od 1200 o/min i propelerom promjenjivog koraka. Razvijen je novi profil oštrice i njegov dizajn je olakšan.