Пропелер на самолет: име, класификация и характеристики

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

В основата на движението на въздуха на принципите на аеродинамиката е наличието на сила, която противодейства на въздушното съпротивление при полет и гравитацията. Всички съвременни самолети, с изключение на планерите, имат двигател, чиято мощност се преобразува в тази сила. Механизмът, който преобразува въртенето на вала на електроцентралата в тяга, е витлото на самолета.

Описание на витлото

Пропелерът на самолета е механично устройство с лопатки, което се върти от вал на двигателя и създава тяга за движението на самолета във въздуха. Чрез накланяне на лопатките витлото хвърля въздух назад, създавайки зона с ниско налягане пред себе си и високо налягане зад него. Почти всички хора на земята поне веднъж в живота си са имали възможността да видят това устройство, така че не са необходими множество научни дефиниции. Перката се състои от лопатки, главина, свързана към двигателя чрез специален фланец, балансиращи тежести, поставени върху главината, механизъм за промяна на стъпката на витлото и обтекател, покриващ главината.

Други имена

Какво е другото име за витло на самолет? В исторически план имаше две основни имена: действителното витло и витлото. По-късно обаче се появяват други имена, които подчертават или дизайнерските характеристики, или допълнителните функции, присвоени на това устройство. По-конкретно:

• Фенестрон. Винт, поставен в специален канал в опашката на хеликоптер.
• Работно колело. Винт, затворен в специален пръстен.
• Propfan. Това са стреловидни или саблевидни винтове в два реда с намален диаметър.
• Windfan. Система за аварийно резервно захранване от насрещния въздушен поток.
• Ротор. Това понякога се нарича главен ротор на хеликоптер и някои други.

Теория на витлото

В основата си всяко самолетно витло е вид подвижни крила в миниатюра, живеещи според същите закони на аеродинамиката като крилото. Тоест, движейки се в атмосферната среда, лопатките, поради своя профил и наклон, създават въздушен поток, който е движещата сила на самолета. Силата на този поток, в допълнение към специфичния профил, зависи от диаметъра и скоростта на витлото. В същото време зависимостта на тягата от оборотите е квадратична, а от диаметъра - дори до 4-та степен. Общата формула на тягата е както следва: P=αρn²D^{4където:}

• α – коефициент на тяга на витлото (зависи от дизайна и профила на лопатките);
• ρ - плътност на въздуха;
• n - брой оборотивинтове;
• D е диаметърът на винта.

Интересно е да се сравни с горната формула, друга, извлечена от същата теория на винта. Това е необходимата мощност за осигуряване на въртене: T=Βρn³D^{5, където Β е изчисленият фактор на мощността на витлото.}

Сравнявайки тези две формули, може да се види, че с увеличаване на скоростта на витлото на самолета и увеличаване на диаметъра на витлото, необходимата мощност на двигателя нараства експоненциално. Ако нивото на тягата е пропорционално на квадрата на оборотите и 4-та степен на диаметъра, тогава необходимата мощност на двигателя се увеличава вече пропорционално на куба на оборотите и 5-та степен на диаметъра на витлото. С увеличаване на мощността на двигателя се увеличава и теглото му, което изисква още по-голяма тяга. Още един порочен кръг в авиационната индустрия.

Спецификации на витлото

Всяко витло, инсталирано на самолет, има следните характеристики:

• Диаметър на винта.
• Геометрично движение (стъпка). Този термин се отнася до разстоянието, което винтът ще измине, блъскайки се в теоретична твърда повърхност за един оборот.
• Tread - действителното разстояние, изминато от витлото за един оборот. Очевидно тази стойност зависи от скоростта и честотата на въртене.
• Ъгъл на перката - ъгълът между равнината и действителната стъпка на витлото.
• Форма на острието – Повечето съвременни остриета са саблевидни, извити.
• Профил на острието - напречното сечение на всяко острие има, като правило, форма на крило.
• Среден акорд на острие –геометрично разстояние между водещия и задния ръб.

В същото време основната характеристика на витлото на самолета е неговата тяга, тоест това, за което е необходимо.

Достойнство

Самолетите, които използват витло като витло, са много по-икономични от своите турбореактивни колеги. Ефективността достига 86%, което е недостижима стойност за реактивните самолети. Това е основното им предимство, което всъщност ги върна в експлоатация по време на петролната криза от 70-те години на миналия век. На къси разстояния скоростта не е критична в сравнение с икономичността, така че повечето самолети на регионалната авиация се задвижват с витло.

Недостатъци

Пропелерните самолети също имат недостатъци. На първо място, това са чисто „кинетични“минуси. По време на въртене витлото на самолета, имащо собствена маса, оказва влияние върху тялото на самолета. Ако лопатките, например, се въртят по посока на часовниковата стрелка, тогава корпусът има тенденция да се върти, съответно, обратно на часовниковата стрелка. Турбуленциите, създадени от витлото, активно взаимодействат с крилата и оперението на самолета, създавайки различни потоци отдясно и отляво, като по този начин дестабилизират траекторията на полета.

Накрая, въртящото се витло е вид жироскоп, тоест има тенденция да поддържа позицията си, което затруднява промяната на пътя на полета за въздухсъдебна зала. Тези недостатъци на витлото на самолета са известни отдавна и конструкторите са се научили да се справят с тях, като въведат известна асиметрия в дизайна на самите кораби или техните контролни повърхности (кормила, спойлери и др.). Честно казано, трябва да се отбележи, че реактивните двигатели също имат подобни „кинетични“недостатъци, но в малко по-малка степен.

Така нареченият ефект на блокиране може да се отдаде и на минусите, когато увеличаването на диаметъра и скоростта на въртене на витлото на самолета до определени граници престава да произвежда ефект под формата на увеличаване на тягата. Този ефект е свързан с появата в определени участъци от лопатките на въздушни потоци с близка до или свръхзвукова скорост, което създава вълнова криза, тоест образуване на въздушни удари. Всъщност те преодоляват звуковата граница. В тази връзка максималната скорост на самолета с витло не надвишава 650-700 км/ч.

Може би единственото изключение беше бомбардировачът Ту-95, който достига скорост до 950 км/ч, тоест почти звукова скорост. Всеки негов двигател е оборудван с две коаксиални витла, въртящи се в противоположни посоки. Е, последният проблем на витлови самолети е шумът им, изискванията за които постоянно се затягат от авиационните власти.

Класификация

Има много начини за класифициране на самолетни витла. Разделят се на групи в зависимост от материала, от който са изработени, от формата на остриетата, диаметъра им, количеството, както и редица други.характеристики. Най-важното обаче е тяхната класификация според два критерия:

• Първо - има пропелери с променлив и фиксиран наклон.
• Второ - има дърпащи и натискащи винтове.

Първият е инсталиран в предната част на самолета, а вторият, съответно, в задната част. Самолет с тласкащо витло се появи по-рано, но след това беше забравен за известно време и едва сравнително наскоро се появи отново в небето. Сега това оформление се използва широко при малки самолети. Има дори доста екзотични опции, оборудвани едновременно с дърпащи и бутащи остриета. Самолет със задно витло има редица предимства, основно сред които е по-високото съотношение на повдигане към съпротивление. Въпреки това, поради липсата на допълнителен въздушен поток от витлото, крилото има най-лошите характеристики за излитане и кацане.

Винтове с променлив наклон

Витлата с променлив ход са инсталирани на почти всички съвременни средни и големи самолети. При голям наклон на острието се постига голяма тяга, но ако оборотите на двигателя са доста ниски, ускорението ще бъде изключително бавно. Това е много подобно на ситуацията с кола, когато се опитва да потегли на по-високи предавки.

Високата скорост и малък ход на витлото създават опасност от спиране и падане на тягата до нула. Следователно, по време на полета, височината се променя постоянно. Сега това се прави чрез автоматизация, но преди самият пилот трябваше постоянно да наблюдава това ръчно.регулирайте ъгъла. Механизмът за промяна на стъпката на витлото е специална втулка със задвижващ механизъм, който завърта лопатките спрямо оста на въртене с необходимата степен.

Модерно развитие в Русия

Работата за подобряване на устройствата никога не е спирала. В момента се провеждат изпитания на ново витло на самолета АБ-112. Той ще се използва на лекия военнотранспортен самолет Ил-112В. Това е 6-лопастно витло с ефективност 87%, диаметър 3,9 метра и скорост на въртене 1200 об/мин и пропелер с променлив ход. Разработен е нов профил на острието и дизайнът му е олекотен.