Propeler aviona: naziv, klasifikacija i karakteristike

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Osnova kretanja vazduha na principima aerodinamike je prisustvo sile koja se suprotstavlja otporu vazduha u letu i gravitaciji. Svi savremeni avioni, sa izuzetkom jedrilica, imaju motor čija se snaga pretvara u ovu silu. Mehanizam koji pretvara rotaciju osovine elektrane u potisak je propeler aviona.

Opis propelera

Propeler aviona je mehanički uređaj sa lopaticama koji se rotira osovinom motora i stvara potisak za kretanje aviona u vazduhu. Naginjući lopatice, propeler izbacuje zrak nazad, stvarajući područje niskog pritiska ispred sebe i visokog pritiska iza njega. Gotovo svi ljudi na Zemlji barem jednom u životu imali su priliku vidjeti ovaj uređaj, tako da brojne naučne definicije nisu potrebne. Propeler se sastoji od lopatica, glavčine povezane sa motorom preko posebne prirubnice, balansnih utega postavljenih na glavčinu, mehanizma za promenu nagiba propelera i obloge koja pokriva glavčinu.

Druga imena

Koji je drugi naziv za propeler aviona? Istorijski gledano, postojala su dva glavna imena: stvarni propeler i propeler. Međutim, kasnije su se pojavila i druga imena, koja su naglašavala ili karakteristike dizajna ili dodatne funkcije dodijeljene ovoj jedinici. Konkretno:

• Fenestron. Šraf umetnut u poseban kanal u repu helikoptera.
• Impeler. Šraf zatvoren u poseban prsten.
• Propfan. Ovo su šrafovi u obliku strelice ili sablje u dva reda sa smanjenim prečnikom.
• Windfan. Sistem rezervnog napajanja u nuždi iz nadolazećeg protoka zraka.
• Rotor. Ovo se ponekad naziva glavni rotor helikoptera i nekih drugih.

Teorija propelera

U svojoj srži, svaki avionski propeler je neka vrsta pokretnih krila u minijaturi, koja žive po istim zakonima aerodinamike kao i krilo. Odnosno, krećući se u atmosferskom okruženju, lopatice zbog svog profila i nagiba stvaraju strujanje vazduha, što je pokretačka snaga aviona. Jačina ovog toka, pored specifičnog profila, zavisi od prečnika i brzine propelera. Istovremeno, ovisnost potiska od okretaja je kvadratna, a od prečnika - čak do 4. stepena. Opća formula potiska je sljedeća: P=αρn²D^{4gdje je:}

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

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

Upoređujući ove dvije formule, može se vidjeti da povećanjem brzine propelera aviona i povećanjem prečnika propelera, potrebna snaga motora raste eksponencijalno. Ako je nivo potiska proporcionalan kvadratu okretaja i 4. stepenu prečnika, tada se potrebna snaga motora povećava već proporcionalno kubiku obrtaja i 5. stepenu prečnika propelera. Kako snaga motora raste, raste i njegova težina, što zahtijeva još veći potisak. Još jedan začarani krug u industriji aviona.

Specifikacije propelera

Svaki propeler instaliran na avionu ima sljedeće karakteristike:

• Prečnik vijka.
• Geometrijski potez (korak). Ovaj izraz se odnosi na udaljenost koju bi vijak prešao, udarivši u teoretsku čvrstu površinu u jednom okretu.
• Tread - stvarna udaljenost koju propeler pređe u jednom obrtaju. Očigledno, ova vrijednost zavisi od brzine i frekvencije rotacije.
• Ugao lopatice - ugao između ravnine i stvarnog nagiba propelera.
• Oblik oštrice – Većina modernih oštrica je sabljastog oblika, zakrivljena.
• Profil oštrice - poprečni presjek svake oštrice ima, po pravilu, oblik krila.
• Srednji akord oštrice –geometrijska udaljenost između prednje i zadnje ivice.

Pri tome, glavna karakteristika propelera aviona je njegov potisak, odnosno ono za šta je potreban.

Dostojanstvo

Avioni koji koriste propeler kao propeler su mnogo ekonomičniji od svojih turbomlaznih kolega. Efikasnost dostiže 86%, što je nedostižna vrijednost za mlazne avione. To je njihova glavna prednost, koja ih je zapravo vratila u funkciju tokom naftne krize 70-ih godina prošlog vijeka. Na kratkim udaljenostima, brzina nije kritična u poređenju sa ekonomijom, tako da većina regionalnih aviona ima propelerski pogon.

Nedostaci

Propelerski avioni takođe imaju nedostatke. Prije svega, ovo su čisto "kinetički" nedostaci. Tokom rotacije, propeler aviona, koji ima sopstvenu masu, utiče na telo aviona. 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 stupaju u interakciju s krilima i perjanicama aviona, stvarajući različite tokove desno i lijevo, čime se destabilizuje putanja leta.

Konačno, rotirajući propeler je vrsta žiroskopa, odnosno teži da zadrži svoju poziciju, što otežava promjenu putanje leta za zraksud. Ovi nedostaci propelera aviona poznati su odavno, a dizajneri su naučili da se nose s njima unošenjem određene asimetrije u dizajn samih brodova ili njihovih upravljačkih površina (kormila, spojleri i sl.). Pošteno radi, treba napomenuti da i mlazni motori imaju slične "kinetičke" nedostatke, ali u nešto manjoj mjeri.

Minusima se može pripisati i takozvani efekat zaključavanja, kada povećanje prečnika i brzine rotacije propelera aviona do određenih granica prestane da proizvodi efekat u vidu povećanja potiska. Ovaj efekat je povezan s pojavom u određenim dijelovima lopatica strujanja zraka približne ili nadzvučne brzine, što stvara krizu valova, odnosno stvaranje zračnih udara. U stvari, oni prevazilaze granicu zvuka. S tim u vezi, maksimalna brzina aviona sa propelerom ne prelazi 650-700 km/h.

Možda jedini izuzetak bio je bombarder Tu-95, koji postiže brzine do 950 km/h, odnosno skoro zvučnu brzinu. Svaki od njegovih motora je opremljen sa dva koaksijalna propelera koji se okreću u suprotnim smjerovima. Pa, poslednji problem elisnih aviona je njihova buka, za koju vazduhoplovne vlasti stalno pooštravaju zahteve.

Klasifikacija

Postoji mnogo načina za klasifikaciju propelera aviona. Dijele se u grupe ovisno o materijalu od kojeg su izrađene, prema obliku oštrica, njihovom prečniku, količini, kao i nizu drugih.karakteristike. Ipak, najvažnija je njihova klasifikacija prema dva kriterija:

• Prvo - postoje propeleri promjenjivog i fiksnog koraka.
• Drugo - tu su šrafovi za povlačenje i guranje.

Prvi je instaliran u prednjem delu aviona, a drugi u zadnjem delu. Zrakoplov s potisnim propelerom nastao je ranije, ali je potom neko vrijeme bio zaboravljen i tek relativno nedavno ponovo se pojavio na nebu. Sada se ovaj raspored široko koristi na malim avionima. Postoje čak i prilično egzotične opcije, opremljene i noževima za povlačenje i guranjem u isto vrijeme. Zrakoplov sa stražnjim propelerom ima niz prednosti, među kojima je glavni veći omjer uzgona i otpora. Međutim, zbog nedostatka dodatnog protoka vazduha iz propelera, krilo ima najlošije karakteristike poletanja i sletanja.

Vijci s promjenjivim nagibom

Propeleri promjenjivog koraka instalirani su na gotovo svim modernim srednjim i velikim avionima. Sa velikim nagibom lopatice postiže se veliki potisak, ali ako je brzina motora prilično mala, ubrzanje će biti izuzetno sporo. Ovo je veoma slično situaciji sa automobilom kada u višim brzinama pokušava da startuje.

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

Moderni razvoj u Rusiji

Rad na poboljšanju uređaja nikada nije prestao. Trenutno se izvode ispitivanja novog propelera aviona AB-112. Koristiće se na lakom vojno-transportnom avionu Il-112V. Ovo je propeler sa 6 lopatica sa efikasnošću od 87%, prečnikom od 3,9 metara i brzinom rotacije od 1200 o/min i propelerom promenljivog koraka. Razvijen je novi profil oštrice i njegov dizajn je olakšan.