Ұшақ винті: атауы, классификациясы және сипаттамалары

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Аэродинамика принциптері бойынша ауа қозғалысының негізі – ұшуда және ауырлық күшінде ауа кедергісіне қарсы әсер ететін күштің болуы. Планерлерден басқа барлық заманауи ұшақтарда қуаты осы күшке айналатын қозғалтқыш бар. Электр станциясының білігінің айналуын күшке айналдыратын механизм - ұшақ винті.

Пропеллер сипаттамасы

Ұшақ винті – қозғалтқыш білігімен айналатын және ұшақтың ауада қозғалысы үшін күш беретін қалақтары бар механикалық құрылғы. Қалақтарды еңкейту арқылы пропеллер ауаны кері лақтырады, оның алдында төмен қысымды және оның артында жоғары қысым аймағын жасайды. Жер бетіндегі адамдардың барлығы дерлік өмірінде кем дегенде бір рет бұл құрылғыны көру мүмкіндігіне ие болды, сондықтан көптеген ғылыми анықтамалар қажет емес. Әуе винті қалақтардан, қозғалтқышқа арнайы фланец арқылы қосылған күпшектен, күпшекке орналастырылған теңгерімдеуші салмақтардан, әуе винтінің қадамын өзгертуге арналған механизмнен және күпшікті жабатын қаптамадан тұрады.

Басқа атаулар

Ұшақ винтінің басқа атауы қалай? Тарихи түрде екі негізгі атау болды: нақты винт және винт. Дегенмен, кейінірек дизайн мүмкіндіктерін немесе осы құрылғыға тағайындалған қосымша функцияларды баса көрсететін басқа атаулар пайда болды. Атап айтқанда:

• Фенестрон. Тікұшақтың құйрығындағы арнайы арнаға салынған бұранда.
• Дөңгелек. Арнайы сақинаға бекітілген бұранда.
• Пропфан. Бұл диаметрі кішірейтілген екі қатардағы жебе тәрізді немесе қылыш тәрізді бұрандалар.
• Желдеткіш. Келе жатқан ауа ағынынан төтенше резервтік қуат беру жүйесі.
• Ротор. Мұны кейде тікұшақтың және басқалардың негізгі роторы деп те атайды.

Пропеллер теориясы

Негізінде кез келген әуе винті қанат сияқты аэродинамика заңдарына сәйкес өмір сүретін миниатюрадағы жылжымалы қанаттардың бір түрі болып табылады. Яғни, атмосфералық ортада қозғала отырып, қалақшалар өздерінің профилі мен еңістігіне байланысты ұшақтың қозғаушы күші болып табылатын ауа ағынын жасайды. Бұл ағынның күші, нақты профильден басқа, пропеллердің диаметрі мен жылдамдығына байланысты. Сонымен қатар, күштің айналымдарға тәуелділігі квадраттық, ал диаметрге - тіпті 4-ші дәрежеге дейін. Жалпы күш формуласы келесідей: P=αρn²D^{4мұндағы:}

• α – винттің қозғалу коэффициенті (қалақтардың конструкциясы мен профиліне байланысты);
• ρ - ауа тығыздығы;
• n - айналымдар саныбұрандалар;
• D – бұранданың диаметрі.

Жоғарыдағы формуламен салыстыру қызықты, дәл сол бұранда теориясынан алынған басқа формула. Бұл айналуды қамтамасыз ету үшін қажетті қуат: T=Βρn³D^{5, мұндағы Β – бұранданың есептелген қуат коэффициенті.}

Осы екі формуланы салыстыра отырып, ұшақ винтінің жылдамдығын арттырып, винт диаметрін ұлғайту арқылы қозғалтқыштың қажетті қуаты экспоненциалды түрде өсетінін көруге болады. Егер күш деңгейі айналымдардың квадратына және диаметрдің 4-ші дәрежесіне пропорционал болса, онда қозғалтқыштың қажетті қуаты айналымдардың кубына және пропеллер диаметрінің 5-ші қуатына пропорционалды түрде артады. Қозғалтқыштың қуаты артқан сайын оның салмағы да артады, бұл одан да көп күш қажет. Ұшақ өнеркәсібіндегі тағы бір тұйық шеңбер.

Пропеллер сипаттамалары

Ұшаққа орнатылған кез келген әуе винтінің келесі сипаттамалары бар:

• Бұранда диаметрі.
• Геометриялық қозғалыс (қадам). Бұл термин бұранданың теориялық қатты бетке бір айналымда соғылатын қашықтықты білдіреді.
• Протектор - бір айналымда пропеллер жүріп өткен нақты қашықтық. Бұл мән айналу жылдамдығы мен жиілігіне байланысты екені анық.
• Пышақтың бұрышы - жазықтық пен пропеллердің нақты қадамы арасындағы бұрыш.
• Пышақтың пішіні – Қазіргі заманғы жүздердің көпшілігі қылыш тәрізді, иілген.
• Пышақтың профилі - әр жүздің көлденең қимасы, әдетте, қанат пішініне ие.
• Орташа пышақ аккорды –алдыңғы және артқы жиектер арасындағы геометриялық қашықтық.

Сонымен бірге ұшақ әуе винтінің негізгі сипаттамасы оның тарту күші, яғни ол не үшін қажет.

Қадір

Пропеллерді әуе винті ретінде пайдаланатын ұшақтар турбореактивті әріптестеріне қарағанда әлдеқайда үнемді. Тиімділік 86% жетеді, бұл реактивті ұшақтар үшін қол жетімсіз мән. Бұл олардың өткен ғасырдың 70-ші жылдарындағы мұнай дағдарысы кезінде қайта пайдалануға берген басты артықшылығы. Қысқа қашықтықтарда жылдамдық үнемділікпен салыстырғанда маңызды емес, сондықтан аймақтық авиация ұшақтарының көпшілігі әуе винтімен басқарылады.

Кемшіліктер

Пропеллерлі ұшақтардың да кемшіліктері бар. Біріншіден, бұл таза «кинетикалық» кемшіліктер. Айналу кезінде әуе кемесінің винтінің өзіндік массасы бар, ұшақтың корпусына әсер етеді. Егер пышақтар, мысалы, сағат тілімен айналса, корпус сәйкесінше сағат тіліне қарсы айналуға бейім. Әуе винті жасаған турбуленттілік ұшақтың қанаттарымен және эмпеннагымен белсенді әрекеттеседі, оңға және солға әртүрлі ағындар жасайды, осылайша ұшу жолын тұрақсыздандырады.

Соңында, айналмалы пропеллер - бұл гироскоптың бір түрі, яғни ол өз орнын сақтауға бейім, бұл әуе үшін ұшу жолын өзгертуді қиындатады.сот. Әуе винтінің бұл кемшіліктері бұрыннан белгілі болды және конструкторлар кемелердің өздеріне немесе олардың басқару беттеріне (рульдер, спойлерлер және т.б.) дизайнында белгілі бір асимметрияны енгізу арқылы олармен күресуді үйренді. Әділдік үшін, реактивті қозғалтқыштардың да осындай «кинетикалық» кемшіліктері бар екенін атап өткен жөн, бірақ біршама аз дәрежеде.

Әуе винтінің диаметрі мен айналу жылдамдығын белгілі бір шекке дейін ұлғайту күштің жоғарылауы түріндегі әсер етуді тоқтатқан кезде, құлыптау эффектісі деп аталатын минустарға да жатқызуға болады. Бұл әсер пышақтардың белгілі бір учаскелерінде толқындық дағдарысты тудыратын, яғни ауа соққыларының қалыптасуына жақын немесе дыбыстан жоғары жылдамдықтағы ауа ағындарының пайда болуымен байланысты. Шын мәнінде, олар дыбыстық шекараны еңсереді. Осыған байланысты әуе винті бар ұшақтың максималды жылдамдығы 650-700 км/сағ аспайды.

Мүмкін, жалғыз ерекшелік Ту-95 бомбалаушы ұшағы болды, ол 950 км/сағ жылдамдыққа жетеді, яғни дыбыс жылдамдығы дерлік. Оның қозғалтқыштарының әрқайсысы қарама-қарсы бағытта айналатын екі коаксиалды винтпен жабдықталған. Әуе винтімен басқарылатын ұшақтардың соңғы мәселесі - олардың шуы, оларға қойылатын талаптарды авиациялық билік үнемі күшейтеді.

Жіктеу

Ұшақ винттерін жіктеудің көптеген жолдары бар. Олар жасалған материалға, қалақтардың пішініне, диаметріне, санына, сондай-ақ басқа да бірқатар топтарға бөлінеді.сипаттамалары. Дегенмен, ең маңыздысы олардың екі критерий бойынша жіктелуі:

• Бірінші - айнымалы және тұрақты қадамды бұрандалар.
• Екінші - тарту және итеру бұрандалары бар.

Біріншісі ұшақтың алдыңғы жағында, ал екіншісі сәйкесінше артқы жағында орнатылған. Итергіш винті бар ұшақ бұрын пайда болды, бірақ кейін ол біраз уақытқа ұмытылып, аспанда жақында ғана пайда болды. Қазір бұл макет шағын ұшақтарда кеңінен қолданылады. Тіпті бір уақытта тарту және итергіш пышақтармен жабдықталған өте экзотикалық нұсқалар бар. Артқы винті бар ұшақтың бірқатар артықшылықтары бар, олардың ішінде ең бастысы - оның көтеру-көтеру коэффициенті жоғары. Дегенмен, әуе винтінен қосымша ауа ағынының болмауына байланысты қанат ең нашар ұшу және қону сипаттамаларына ие.

Айнымалы қадам бұрандалары

Айнымалы қадамдық винттер қазіргі заманғы орта және ірі ұшақтардың барлығында дерлік орнатылған. Пышақтың үлкен қадамымен үлкен күшке қол жеткізіледі, бірақ қозғалтқыштың жылдамдығы өте төмен болса, жеделдету өте баяу болады. Бұл жоғары берілістегі көлікті іске қосуға тырысқан кездегі жағдайға өте ұқсас.

Жоғары жылдамдық пен шағын винт қадамы тоқтап қалу және күштің нөлге дейін төмендеуі қаупін тудырады. Сондықтан ұшу кезінде биіктік үнемі өзгеріп отырады. Енді бұл автоматтандыру арқылы жасалады, бірақ ұшқыштың өзі бұған дейін үнемі қолмен бақылауға мәжбүр болды.бұрышты реттеңіз. Әуе винтінің қадамын өзгерту механизмі - қалақтарды айналу осіне қатысты қажетті дәрежеде айналдыратын жетек механизмі бар арнайы втулка.

Ресейдегі заманауи даму

Құрылғыларды жақсарту бойынша жұмыс ешқашан тоқтаған емес. Қазіргі уақытта АВ-112 ұшағының жаңа винтінің сынақтары жүргізілуде. Ол Ил-112В жеңіл әскери көлік ұшағында қолданылатын болады. Бұл ПӘК-і 87%, диаметрі 3,9 метр және айналу жылдамдығы 1200 айн / мин және ауыспалы қадамы бар 6 қалақшалы винт. Жаңа пышақтың профилі әзірленді және оның дизайны жеңілдетілді.