თვითმფრინავის პროპელერი: დასახელება, კლასიფიკაცია და მახასიათებლები

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

ჰაერის მოძრაობის საფუძველი აეროდინამიკის პრინციპებზე არის ძალის არსებობა, რომელიც ეწინააღმდეგება ჰაერის წინააღმდეგობას ფრენისა და გრავიტაციის დროს. ყველა თანამედროვე თვითმფრინავს, გარდა პლანერებისა, აქვს ძრავა, რომლის სიმძლავრე გარდაიქმნება ამ ძალაში. მექანიზმი, რომელიც გარდაქმნის ელექტროსადგურის ლილვის ბრუნვას ბიძგად, არის თვითმფრინავის პროპელერი.

პროპელერის აღწერა

საჰაერო პროპელერი არის მექანიკური მოწყობილობა პირებით, რომელიც ბრუნავს ძრავის ლილვით და ქმნის ბიძგს საჰაერო ხომალდის მოძრაობისთვის. პირების დახრით პროპელერი ჰაერს უკან აგდებს, მის წინ კი დაბალი წნევის არეალს ქმნის, მის უკან კი მაღალი წნევის ზონას. დედამიწაზე თითქმის ყველა ადამიანს სიცოცხლეში ერთხელ მაინც ჰქონდა ამ მოწყობილობის ნახვის შესაძლებლობა, ამიტომ მრავალი სამეცნიერო განმარტება საჭირო არ არის. პროპელერი შედგება პირებისგან, ძრავთან დაკავშირებული კერისგან, სპეციალური ფლანგით, კვანძზე მოთავსებული საბალანსო წონებისაგან, პროპელერის სიმაღლის შეცვლის მექანიზმისა და კერის დაფარვისგან.

სხვა სახელები

რა ჰქვია თვითმფრინავის პროპელერს? ისტორიულად, არსებობდა ორი ძირითადი სახელი: ფაქტობრივი პროპელერი და პროპელერი. თუმცა, მოგვიანებით გამოჩნდა სხვა სახელები, რომლებიც ხაზს უსვამდნენ დიზაინის მახასიათებლებს ან დამატებით ფუნქციებს, რომლებიც ენიჭება ამ ერთეულს. კონკრეტულად:

• ფენესტრონი. ხრახნი, რომელიც ჩასმულია სპეციალურ არხში ვერტმფრენის კუდში.
• იმპერატორი. სპეციალურ რგოლში ჩასმული ხრახნი.
• პროფფანი. ეს არის ისრის ფორმის ან საბრალო ხრახნები ორ რიგში შემცირებული დიამეტრით.
• Windfan. გადაუდებელი სარეზერვო ელექტრომომარაგების სისტემა შემომავალი ჰაერის ნაკადიდან.
• როტორი. ამას ზოგჯერ უწოდებენ ვერტმფრენის მთავარ როტორს და ზოგიერთ სხვას.

პროპელერის თეორია

სივრცეში, ნებისმიერი თვითმფრინავის პროპელერი არის ერთგვარი მოძრავი ფრთები მინიატურაში, რომლებიც ცხოვრობენ აეროდინამიკის იგივე კანონების მიხედვით, როგორც ფრთა. ანუ ატმოსფერულ გარემოში მოძრავი პირები პროფილისა და დახრილობის გამო ქმნიან ჰაერის ნაკადს, რომელიც არის თვითმფრინავის მამოძრავებელი ძალა. ამ ნაკადის სიძლიერე, სპეციფიკური პროფილის გარდა, დამოკიდებულია პროპელერის დიამეტრზე და სიჩქარეზე. ამავდროულად, ბიძგის დამოკიდებულება რევოლუციებზე არის კვადრატული, ხოლო დიამეტრზე - მე -4 ხარისხამდეც კი. ზოგადი ბიძგების ფორმულა შემდეგია: P=αρn²D^{4სადაც:}

• α - პროპელერის ბიძგის კოეფიციენტი (დამოკიდებულია პირების დიზაინსა და პროფილზე);
• ρ - ჰაერის სიმკვრივე;
• n - რევოლუციების რაოდენობახრახნები;
• D არის ხრახნის დიამეტრი.

საინტერესოა ზემოაღნიშნული ფორმულის შედარება, მეორე იგივე ხრახნიანი თეორიიდან გამომდინარე. ეს არის საჭირო სიმძლავრე ბრუნვის უზრუნველსაყოფად: T=Βρn³D^{5, სადაც Β არის პროპელერის გამოთვლილი სიმძლავრის კოეფიციენტი.}

ამ ორი ფორმულის შედარებისას, ჩანს, რომ თვითმფრინავის პროპელერის სიჩქარის გაზრდით და პროპელერის დიამეტრის გაზრდით, ძრავის საჭირო სიმძლავრე ექსპონენტურად იზრდება. თუ ბიძგების დონე პროპორციულია ბრუნვის კვადრატისა და დიამეტრის მე-4 სიმძლავრისა, მაშინ ძრავის საჭირო სიმძლავრე იზრდება უკვე რევოლუციების კუბის და პროპელერის დიამეტრის მე-5 სიმძლავრის პროპორციულად. ძრავის სიმძლავრის მატებასთან ერთად იზრდება მისი წონაც, რაც კიდევ უფრო მეტ ბიძგს მოითხოვს. კიდევ ერთი მანკიერი წრე თვითმფრინავების ინდუსტრიაში.

პროპელერის სპეციფიკაციები

თვითმფრინავზე დაყენებულ ნებისმიერ პროპელერს აქვს შემდეგი მახასიათებლები:

• ხრახნის დიამეტრი.
• გეომეტრიული სვლა (ნაბიჯი). ეს ტერმინი აღნიშნავს მანძილს, რომელსაც გაივლიდა ხრახნი და დაეჯახა თეორიულ მყარ ზედაპირს ერთ შემობრუნებაში.
• ტრედი - პროპელერის მიერ გავლილი რეალური მანძილი ერთ რევოლუციაში. ცხადია, ეს მნიშვნელობა დამოკიდებულია სიჩქარეზე და ბრუნვის სიხშირეზე.
• პირის კუთხე - კუთხე სიბრტყესა და პროპელერის ფაქტობრივ სიმაღლეს შორის.
• Blade Shape - თანამედროვე პირების უმეტესობა საბრალო ფორმისაა, მოხრილი.
• პირის პროფილი - თითოეული დანის განივი მონაკვეთს, როგორც წესი, აქვს ფრთის ფორმა.
• საშუალო დანის აკორდი -გეომეტრიული მანძილი წინა და უკანა კიდეებს შორის.

ამავდროულად, თვითმფრინავის პროპელერის მთავარი მახასიათებელია მისი ბიძგი, ანუ ის, რისთვისაც საჭიროა.

ღირსება

თვითმფრინავები, რომლებიც იყენებენ პროპელერს როგორც პროპელერი, ბევრად უფრო ეკონომიურია, ვიდრე მათი ტურბორეაქტიული კოლეგები. ეფექტურობა 86%-ს აღწევს, რაც რეაქტიული თვითმფრინავებისთვის მიუწვდომელი ღირებულებაა. ეს არის მათი მთავარი უპირატესობა, რამაც ფაქტობრივად დააბრუნა ისინი ექსპლუატაციაში გასული საუკუნის 70-იანი წლების ნავთობის კრიზისის დროს. მოკლე დისტანციებზე სიჩქარე არ არის კრიტიკული ეკონომიასთან შედარებით, ამიტომ რეგიონალური საავიაციო თვითმფრინავების უმეტესობა პროპელერით მუშაობს.

ხარვეზები

პროპელერ თვითმფრინავებს ასევე აქვთ უარყოფითი მხარეები. პირველ რიგში, ეს არის წმინდა "კინეტიკური" უარყოფითი მხარეები. ბრუნვის დროს, თვითმფრინავის პროპელერი, რომელსაც აქვს საკუთარი მასა, მოქმედებს თვითმფრინავის სხეულზე. თუ პირები, მაგალითად, ბრუნავს საათის ისრის მიმართულებით, მაშინ კორპუსი ბრუნავს, შესაბამისად, საათის ისრის საწინააღმდეგოდ. პროპელერის მიერ შექმნილი ტურბულენტები აქტიურად ურთიერთქმედებს თვითმფრინავის ფრთებთან და გაშვებასთან, ქმნის სხვადასხვა ნაკადს მარჯვნივ და მარცხნივ, რითაც ახდენს ფრენის ბილიკების დესტაბილიზაციას.

და ბოლოს, მბრუნავი პროპელერი არის ერთგვარი გიროსკოპი, ანუ ის მიდრეკილია შეინარჩუნოს თავისი პოზიცია, რაც ართულებს ჰაერისთვის ფრენის გზის შეცვლას.სასამართლო. თვითმფრინავის პროპელერის ეს ნაკლოვანებები დიდი ხანია ცნობილია და დიზაინერებმა ისწავლეს მათთან გამკლავება თავად გემების დიზაინში ან მათ საკონტროლო ზედაპირებზე (საჭეები, სპოილერები და ა.შ.) გარკვეული ასიმეტრიის დანერგვით. სამართლიანობისთვის უნდა აღინიშნოს, რომ რეაქტიულ ძრავებსაც აქვთ მსგავსი „კინეტიკური“ნაკლოვანებები, მაგრამ გარკვეულწილად უფრო მცირე რაოდენობით.

ეგრეთ წოდებული ჩაკეტვის ეფექტი ასევე შეიძლება მივაწეროთ მინუსებს, როდესაც თვითმფრინავის პროპელერის დიამეტრისა და ბრუნვის სიჩქარის ზრდა გარკვეულ ზღვრამდე წყვეტს ეფექტს ბიძგის გაზრდის სახით. ეს ეფექტი დაკავშირებულია ჰაერის ნაკადების პირების გარკვეულ მონაკვეთებში მახლობელი ან ზებგერითი სიჩქარის გამოჩენასთან, რაც ქმნის ტალღის კრიზისს, ანუ ჰაერის დარტყმების წარმოქმნას. ფაქტობრივად, ისინი გადალახავენ ხმის საზღვარს. ამასთან დაკავშირებით პროპელერით თვითმფრინავის მაქსიმალური სიჩქარე არ აღემატება 650-700 კმ/სთ.

ალბათ ერთადერთი გამონაკლისი იყო Tu-95 ბომბდამშენი, რომელიც აღწევს სიჩქარეს 950 კმ/სთ-მდე, ანუ თითქმის ბგერითი სიჩქარე. მისი თითოეული ძრავა აღჭურვილია ორი კოაქსიალური პროპელერით, რომლებიც ბრუნავს საპირისპირო მიმართულებით. მაშ, პროპელერიანი თვითმფრინავების ბოლო პრობლემა მათი ხმაურია, რომლის მოთხოვნებს მუდმივად ამკაცრებენ საავიაციო ხელისუფლება.

კლასიფიკაცია

თვითმფრინავის პროპელერების კლასიფიკაციის მრავალი გზა არსებობს. ისინი იყოფა ჯგუფებად იმის მიხედვით, თუ რა მასალისგან მზადდება, პირების ფორმაზე, დიამეტრზე, რაოდენობაზე და სხვა რიგზე.მახასიათებლები. თუმცა, ყველაზე მნიშვნელოვანია მათი კლასიფიკაცია ორი კრიტერიუმის მიხედვით:

• პირველი - არის ცვლადი და ფიქსირებული სიმაღლის პროპელერები.
• მეორე - არის გასაწევი და ასაწევი ხრახნები.

პირველი დამონტაჟებულია თვითმფრინავის წინა ნაწილში, ხოლო მეორე, შესაბამისად, უკანა ნაწილში. თვითმფრინავი ამწე პროპელერით გაჩნდა ადრე, მაგრამ შემდეგ ის გარკვეული დროით დავიწყებას მიეცა და მხოლოდ შედარებით ცოტა ხნის წინ გამოჩნდა ცაში. ახლა ეს განლაგება ფართოდ გამოიყენება მცირე თვითმფრინავებზე. არის საკმაოდ ეგზოტიკური ვარიანტებიც კი, რომლებიც ერთდროულად აღჭურვილია როგორც გამწევი, ასევე ამწე პირებით. უკანა პროპელერის მქონე თვითმფრინავს აქვს მთელი რიგი უპირატესობები, რომელთა შორის მთავარია აწევა-გაწევის მაღალი თანაფარდობა. თუმცა, პროპელერიდან დამატებითი ჰაერის ნაკადის ნაკლებობის გამო, ფრთას აქვს ყველაზე ცუდი აფრენისა და დაფრენის მახასიათებლები.

ცვლადი დახრის ხრახნები

ცვლადი სიმაღლის პროპელერები დამონტაჟებულია თითქმის ყველა თანამედროვე საშუალო და დიდ თვითმფრინავზე. დანის დიდი სიმაღლით, დიდი ბიძგი მიიღწევა, მაგრამ თუ ძრავის სიჩქარე საკმაოდ დაბალია, აჩქარება იქნება უკიდურესად ნელი. ეს ძალიან ჰგავს ავტომობილის მდგომარეობას, როდესაც უფრო მაღალი სიჩქარით ცდილობთ დაწყებას.

მაღალი სიჩქარით და პროპელერის მცირე დახრილობა ქმნის დაყოვნების და ასვლის ნულამდე ჩამოშვების საშიშროებას. ამიტომ ფრენის დროს მოედანი მუდმივად იცვლება. ახლა ეს კეთდება ავტომატიზაციით, მაგრამ მანამდე თავად მფრინავს მოუწია ამის მუდმივად მონიტორინგი ხელით.დაარეგულირეთ კუთხე. პროპელერის სიმაღლის შეცვლის მექანიზმი არის სპეციალური ბუჩქი ამძრავი მექანიზმით, რომელიც ბრუნავს პირებს ბრუნვის ღერძის მიმართ საჭირო ხარისხით.

თანამედროვე განვითარება რუსეთში

მოწყობილობების გაუმჯობესებაზე მუშაობა არასოდეს შეწყვეტილა. ამჟამად მიმდინარეობს AB-112 თვითმფრინავის ახალი პროპელერის ტესტები. ის გამოყენებული იქნება მსუბუქ სამხედრო სატრანსპორტო თვითმფრინავზე Il-112V. ეს არის 6-პირიანი პროპელერი, რომლის ეფექტურობაა 87%, დიამეტრი 3,9 მეტრი და ბრუნვის სიჩქარე 1200 ბრ/წთ და ცვლადი დახრილობის პროპელერი. შემუშავდა დანის ახალი პროფილი და მისი დიზაინი შემსუბუქდა.