نظریه پروانه

معرفی

پروانه قدرت چرخشی موتور را به رانش به جلو تبدیل می کند. پروانه توده هوا را به عقب می راند و نیروی واکنشی ایجاد می کند که هواپیما را به جلو می راند. رانش پیچ برابر است با حاصل ضرب جرم هوا و شتابی که پیچ به آن داده می شود.

تعاریف

تیغه پروانهاین یک سطح باربر است که شبیه بال هواپیما است. تعاریفی مانند وتر، انحنای پروفیل، ضخامت نیمرخ نسبی، ازدیاد طول نسبی مشابه تعاریف بال هواپیما هستند.

زاویه نصب پره های پروانه ( تیغه زاویه یا گام صدا )

این زاویه بین وتر تیغه و صفحه چرخش است. زاویه نصب از ریشه تیغه به نوک کاهش می یابد، زیرا سرعت محیطی قسمت تیغه از لب به لب افزایش می یابد. زاویه نصب تیغه در قسمتی که در 75 درصد طول آن قرار دارد با احتساب لب به لب اندازه گیری می شود.

پیچ پیچ ( زمین هندسی )

این مسافتی است که پروانه اگر با زاویه پره ها در هوا حرکت می کرد در یک دور کامل طی می کرد. (شما می توانید گام یک پیچ را به عنوان حرکت پیچی که در امتداد یک نخ می پیچد تصور کنید، اما ما از این قیاس بیشتر استفاده نمی کنیم)

پیچش هندسی تیغه ( تیغه پیچ - پیچیدن )

بخش‌های تیغه که نزدیک‌تر به نوک آن قرار دارند، مسافت بیشتری را در یک دور طی می‌کنند. برای اینکه گام پیچ برای تمام قسمت های تیغه یکسان باشد، زاویه نصب مقاطع از لب به لب به تدریج کاهش می یابد.

زاویه نصب پره ها روی بسیاری از ملخ ها می تواند متفاوت باشد. وقتی زاویه تیغه ها کم است می گویند پروانه در حالت گام ریز است و برعکس وقتی در حالت گام بزرگ (گام درشت) است.

آج پیچ ها (زمین موثر یا پیشرفت در هر انقلاب)

در هنگام پرواز، پروانه مسافتی برابر با گام پروانه را در یک دور طی نمی کند. مسافت واقعی طی شده توسط ملخ به سرعت هواپیما بستگی دارد و به آن پیچ پروانه می گویند.

لغزش پیچ ( لیز خوردن )

تفاوت بین گام و سرب پیچ را لغزش پیچ می نامند.

زاویه مارپیچ ( مارپیچ زاویه )

این زاویه بین مسیر واقعی بخش پروانه و صفحه چرخش است.

زاویه حمله (α)

مسیر حرکت بخش تیغه در هوا جهت جریان هوای ورودی را تعیین می کند. زاویه بین وتر قسمت تیغه و جهت جریان مقابل زاویه حمله قسمت تیغه است. زاویه حمله تحت تأثیر سرعت محیطی بخش (سرعت روتور) و سرعت واقعی هواپیما است.

پروانه گام ثابت ( درست شد گام صدا پروانه )

شکل ها عملکرد یک پروانه زمین ثابت را در شرایط متغیر پرواز نشان می دهد. افزایش سرعت واقعی هواپیما در سرعت پروانه ثابت (سرعت مقطعی محیطی) باعث کاهش زاویه حمله پروانه می شود. افزایش سرعت پروانه با سرعت واقعی ثابت، زاویه حمله پروانه را افزایش می دهد.

نیروهای آیرودینامیکی که روی پروانه ایجاد می شوند

تیغه پروانه یک سطح باربر است که شبیه بال هواپیما است. هنگامی که در هوا با زاویه حمله مشخص حرکت می کند، نیروهای آیرودینامیکی مانند بال روی آن ایجاد می شود. بین سطوح تیغه اختلاف فشار وجود دارد. سطحی از تیغه که در آن فشار بیشتری ایجاد می شود، سطح کار تیغه (فشار و یا وجه رانشی) نامیده می شود. هنگامی که پروانه نیروی رانش مستقیم ایجاد می کند، سطح پشتی (مسطح) تیغه، سطح کار است. اختلاف فشار یک نیروی آیرودینامیکی کل ایجاد می کند که می تواند به دو جزء رانش و مقاومت چرخشی تجزیه شود.

رانش پروانه

رانشجزء کل نیروی آیرودینامیکی عمود بر صفحه چرخش است. نیروی رانش به طور ناهموار در طول تیغه ایجاد می شود. در نوک تیغه حداقل است، جایی که افت فشار بین سطوح ناپدید می شود، و همچنین در لب به لب به دلیل سرعت محیطی کم کاهش می یابد. رانش یک لحظه خمشی روی هر تیغه ایجاد می کند و سعی می کند آنها را با نوک خود به جلو خم کند. (نیروی مساوی و مخالف جهت رانش پروانه، هوا را به عقب می راند.)

گشتاور مقاومت در برابر چرخش

نیروی مقاومت در برابر چرخش پروانه روی شانه از محور چرخش تا نقطه اعمال نیروی کامل آیرودینامیکی یک لحظه مقاومت در برابر چرخش ایجاد می کند. یک لحظه از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف بر روی هواپیما عمل می کند و سعی می کند آن را حول محور طولی بچرخاند. همچنین لحظه مقاومت در برابر چرخش باعث ایجاد گشتاورهای خمشی بر روی تیغه های پروانه می شود و سعی می شود آنها را در جهت چرخش خم کنند.

لحظه پیچش گریز از مرکز تیغه ( گریز از مرکز پیچش لحظه )

اجزای جانبی نیروهای گریز از مرکز "A" و "B" یک لحظه نسبت به محور تغییر در زاویه تیغه ایجاد می کنند و سعی در کاهش گام پروانه دارند.

لحظه پیچش آیرودینامیکی تیغه ( آیرودینامیک پیچش لحظه )

از آنجایی که مرکز فشار جلوتر از محور تغییر در زاویه نصب تیغه قرار دارد، نیروی آیرودینامیکی کل لحظه ای ایجاد می کند که تمایل به افزایش گام پروانه دارد.

ممان آیرودینامیکی با ممان پیچش گریز از مرکز مقابله می کند، اما ضعیف تر از آن است.

راندمان پروانه

راندمان پروانه با نسبت قدرت کشش و نیرویی که از موتور به پروانه عرضه می شود تعیین می شود. قدرت رانش پروانه با حاصلضرب رانش پروانه با سرعت واقعی هواپیما و قدرت موتور با حاصل ضرب گشتاور موتور توسط سرعت زاویه ای پروانه تعیین می شود.

راندمان پروانه = قدرت رانش / قدرت موتور

وابستگی راندمان پروانه به سرعت پرواز

در بالا نشان داده شد که با افزایش سرعت پرواز، زاویه حمله تیغه های پروانه گام ثابت کاهش می یابد. این منجر به کاهش رانش پروانه می شود. در برخی از سرعت ها، این زاویه به قدری کاهش می یابد که رانش پروانه به صفر می رسد. یعنی بازده پیچ نیز صفر خواهد شد.

برای پروانه گام ثابت، تنها یک سرعت وجود دارد که در آن تیغه ها در مطلوب ترین زاویه حمله به اطراف جریان می یابند و کارایی پروانه حداکثر خواهد بود. (در سرعت زاویه ای ثابت چرخش)

با کاهش بیشتر سرعت هواپیما، زاویه حمله پره ها افزایش می یابد. نیروی رانش پروانه افزایش می یابد، اما حاصل ضرب رانش و سرعت (قدرت کشش) شروع به سقوط می کند. در سرعت صفر، رانش پروانه حداکثر است، اما پروانه کار مفیدی تولید نمی کند، بنابراین بازده آن دوباره برابر با صفر است.

بازده پروانه گام ثابت با سرعت هوا بسیار متفاوت است.

همانطور که از شکل مشخص است، با استفاده از پروانه گام متغیر (زاویه تیغه)، می توان به عملکرد کارآمد آن در محدوده وسیعی از سرعت پرواز دست یافت.

ملخ گام ثابت با قابلیت تغییر زاویه تیغه ها در هاب هنگام سرویس دهی روی زمین.

پروانه ای با انتخاب سه زاویه تیغه ثابت در پرواز. پروانه گام کوچک برای برخاستن، صعود و فرود تنظیم شده است. در طول پرواز کروز، پروانه در موقعیت بالا قرار می گیرد. در صورت خرابی موتور، پیچ در موقعیت پره تنظیم می شود.

پروانه گام متغیر (پروانه های سرعت ثابت).

در هواپیماهای مدرن، ملخ هایی نصب می شوند که با تغییر زاویه پره ها، به طور خودکار سرعت مشخصی را حفظ می کنند. این به شما امکان می دهد راندمان بالا را در طیف گسترده ای از سرعت ها حفظ کنید، عملکرد برخاست و صعود را بهبود بخشید و از مصرف سوخت در پروازهای کروز اطمینان حاصل کنید.

پروانه گام متغیر

شکل یک پروانه و پانل کنترل موتور معمولی را در هواپیماهای پیستونی کوچک نشان می دهد. همه اهرم ها در موقعیت برخاستن (بسیار به جلو) قرار دارند.

کنترل سرعت پروانه روی حداکثر سرعت تنظیم شده است.

حرکت اهرم میانی به عقب باعث کاهش سرعت پروانه می شود.

نکته: می توان یک قیاس بین اهرم کنترل سرعت پروانه و اهرم دنده در خودرو رسم کرد.

حداکثر سرعت پروانه دنده اول در ماشین است.

حداقل سرعت پروانه دنده پنجم در خودرو است.

شکل، شرایط عملکرد پروانه را در ابتدای باند فرودگاه نشان می دهد. چرخش پروانه حداکثر است، سرعت انتقال کم است. زاویه حمله پره ها بهینه است، پروانه با حداکثر کارایی کار می کند، با افزایش سرعت، زاویه حمله پره ها کاهش می یابد. این امر منجر به کاهش رانش و مقاومت در برابر چرخش می شود. در قدرت ثابت موتور، دور موتور افزایش می یابد. کنترل سرعت پروانه شروع به افزایش گام تیغه های پروانه می کند تا از افزایش سرعت پروانه جلوگیری کند. بنابراین، زاویه حمله تیغه ها همیشه در مقادیر بهینه نگه داشته می شود.

شکل، شرایط عملکرد پروانه را هنگام پرواز با سرعت بالا نشان می دهد. با افزایش سرعت واقعی هوا، کنترل سرعت پروانه به طور مداوم گام پره ها را افزایش می دهد و زاویه حمله ثابت را حفظ می کند.

شکل عملکرد پروانه را در پرواز کروز نشان می دهد. قدرت بهینه و سرعت پروانه در دفترچه راهنمای پرواز مشخص شده است. به طور کلی توصیه می شود ابتدا قدرت موتور را کاهش دهید و سپس دور پروانه را کاهش دهید.

در تمام طول پرواز، کنترل کننده سرعت ثابت، گام پره های پروانه را برای حفظ سرعت مورد نظر کنترل می کند. حداقل برای رسیدن به آن تلاش می کند.

اگر گشتاور موتور ناپدید شود (بیکار یا شکست)، تنظیم کننده، در تلاش برای حفظ سرعت، زاویه تیغه ها را به حداقل می رساند. زاویه حمله تیغه ها منفی می شود. اکنون کل نیروی آیرودینامیکی روی پروانه در جهت مخالف هدایت می شود. می تواند به رانش منفی پروانه و نیرویی که به چرخش ملخ تمایل دارد تجزیه شود. اکنون ملخ موتور را می چرخاند.

در یک هواپیمای دو موتوره، اگر یک موتور از کار بیفتد، اگر پروانه موتور از کار افتاده به طور خودکار بچرخد، ویژگی های صعود و برد پرواز بسیار بدتر می شود و به دلیل چرخش اضافی، کنترل هواپیما دشوار می شود. همچنین چرخش یک موتور از کار افتاده می تواند منجر به گیرکردن یا آتش گرفتن آن شود.

پر کردن

هنگامی که تیغه‌های پروانه به زاویه حمله صفر می‌چرخند، نیرویی که پروانه را می‌چرخاند ناپدید می‌شود و پروانه متوقف می‌شود. کشش ( رانش منفی) پروانه به حداقل می رسد. این به طور قابل توجهی عملکرد صعود را بهبود می بخشد (در صورت خرابی یکی از دو موتور)، زیرا شیب صعود به تفاوت بین رانش موتورها و درگ بستگی دارد.

همچنین پر کردن تیغه های پروانه باعث کاهش لحظه چرخش موتور از کار افتاده می شود. این امر کنترل پذیری هواپیما را بهبود می بخشد و حداقل سرعت تکاملی را در صورت خرابی موتور V MC کاهش می دهد.

در هواپیماهای تک موتوره، پرهای پروانه ارائه نمی شود. با این حال، در صورت خرابی موتور، می توان نیروی رانش منفی پروانه را به میزان قابل توجهی کاهش داد. برای انجام این کار، کنترل کننده سرعت پیچ روی حداقل سرعت تنظیم شده است. در این حالت، پیچ در موقعیت حداکثر گام تنظیم می شود.

این امکان افزایش نسبت بالابر به درگ هواپیما را فراهم می کند که باعث کاهش شیب کاهش ارتفاع در هنگام سر خوردن با موتور خراب می شود. دور موتور نیز به دلیل کاهش نیرویی که تمایل به چرخش پیچ دارد، کاهش خواهد یافت.

اگر کنترل سرعت پروانه را بچرخانید تا سرعت چرخش را افزایش دهید، نتیجه برعکس خواهد بود.

انتقال نیرو از موتور به ملخ

ملخ باید بتواند تمام قدرت موتور را جذب کند.

همچنین باید در کل برد عملیاتی هواپیما با حداکثر کارایی عمل کند. عامل مهم سرعت جریان در اطراف نوک تیغه ها است. اگر به سرعت صوت نزدیک شود، پدیده های مرتبط با تراکم پذیری هوا منجر به کاهش رانش و افزایش لحظه مقاومت در برابر چرخش می شود. این امر کارایی پروانه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و صدای آن را افزایش می دهد.

محدود کردن سرعت جریان در اطراف نوک پره ها، محدودیت هایی را بر روی قطر و سرعت زاویه ای چرخش پروانه و همچنین در سرعت واقعی پرواز اعمال می کند.

قطر پروانه همچنین به دلیل الزامات حداقل فاصله از سطح فرودگاه و بدنه هواپیما و همچنین نیاز به نصب موتور تا حد امکان نزدیک به بدنه به منظور کاهش لحظه گردش در هواپیما محدود می شود. مورد شکست اگر موتور دور از محور طولی هواپیما قرار دارد، لازم است دم عمودی را افزایش دهید تا در صورت خرابی موتور در سرعت کم، تعادل هواپیما تضمین شود. همه موارد فوق نشان می دهد که اطمینان از اینکه پروانه تمام توان موتور موجود را صرفاً با افزایش قطر آن مصرف می کند، غیر عملی است. اغلب این با افزایش ضریب پر شدن پروانه به دست می آید.

ضریب پر شدن پروانه ( استحکام )

این نسبت مساحت جلویی همه تیغه ها به ناحیه ای است که توسط پروانه جاروب شده است.

روش های افزایش ضریب پر شدن پروانه:

افزایش وتر تیغه ها. این منجر به کاهش کشیدگی نسبی تیغه می شود که منجر به کاهش کارایی می شود.

افزایش تعداد تیغه ها. توان خروجی از موتور بدون افزایش سرعت جریان در اطراف نوک ها و کاهش کشیدگی نسبی تیغه ها افزایش می یابد. افزایش تعداد پره ها بیش از مقدار معین (5 یا 6) منجر به کاهش راندمان پروانه می شود.

رانش پایه با پرتاب توده هوا به عقب ایجاد می شود. اگر ضریب پر شدن پروانه بیش از حد افزایش یابد، جرم هوایی که می تواند در هنگام عبور از پروانه شتاب بگیرد کاهش می یابد. برای افزایش موثر تعداد تیغه ها، از پیچ های کواکسیال استفاده می شود که در یک محور در جهت مخالف می چرخند.

گشتاورها و نیروهای تولید شده توسط پروانه

پیچ در هر سه محور هواپیما ممان ایجاد می کند. دلایل این لحظات متفاوت است:

واکنش پیچ لحظه پاشنه پا

لحظه ژیروسکوپی

لحظه مارپیچ بیدار

لحظه به دلیل جریان نامتقارن در اطراف پروانه

نکته: اکثر موتورهای مدرن مجهز به ملخ های چرخان در جهت عقربه های ساعت هستند (در صورت مشاهده از عقب). در برخی از هواپیماهای دو موتوره، یک ملخ چرخان خلاف جهت عقربه های ساعت بر روی موتور سمت راست نصب شده است تا معایب مربوط به ظاهر یک موتور حیاتی را از بین ببرد (به فصل 12 مراجعه کنید).

لحظه ی پاشنه ی واکنش پروانه

از آنجایی که ملخ در جهت عقربه های ساعت می چرخد، گشتاوری برابر و مخالف روی هواپیما اعمال می کند.

هنگامی که هواپیما در حال بلند شدن است، پنوماتیک سمت چپ بار بیشتری را حمل می کند که مقاومت غلتشی بیشتری ایجاد می کند. بنابراین، هواپیما تمایل به چرخش به چپ خواهد داشت. در پرواز، هواپیما تمایل دارد به سمت چپ بغلتد. این لحظه در حداکثر رانش پروانه و سرعت پایین پرواز (بازده کم سکان ها) بیشتر قابل توجه خواهد بود.

گشتاور پاشنه واکنش پروانه عملاً برای پروانه های کواکسیال که در جهت مخالف می چرخند وجود ندارد.

در متن اصلی آمده است که هواپیماهای دو موتوره با ملخ‌های دوار تا زمانی که یکی از موتورها از کار بیفتد، گشتاور پاشنه‌ای ندارند. این درست نیست. در مکانیک نظری گفته می شود که گشتاور کل وارد بر یک جسم صلب برابر است با مجموع جبری گشتاورهای واقع در همان صفحه. یعنی لحظه واکنش ملخ ها بدون توجه به تعداد موتورهای در حال کار بر روی هواپیما عمل می کند و اگر همه ملخ ها در یک جهت بچرخند، لحظه ها جمع می شوند.

لحظه ژیروسکوپی

ملخ چرخان دارای خواص ژیروسکوپ است - به دنبال حفظ موقعیت محور چرخش در فضا است و در صورت اعمال نیروی خارجی، یک گشتاور ژیروسکوپی ظاهر می شود که تمایل به چرخش محور ژیروسکوپ را دارد. جهتی که 90 درجه با جهت چرخش اجباری متفاوت است.

تعیین جهت عمل گشتاور ژیروسکوپی با استفاده از قانون یادگاری زیر راحت است. تصور کنید که در کابین هواپیما نشسته اید. صفحه چرخش موتور (پروانه) به عنوان یک دایره و جهت چرخش - توسط فلش ​​هایی در امتداد دایره به تصویر کشیده می شود.

اگر یک فلش از مرکز دایره در جهت حرکت دماغه هواپیما کشیده شود، فلش دوم که به صورت مماس به دایره در جهت چرخش موتور (پروانه) هدایت می شود، جهت اضافی را نشان می دهد. حرکت (پیشرفتی) دماغه هواپیما، ناشی از عمل گشتاور ژیروسکوپی موتور (پروانه).

لحظه ژیروسکوپی تنها زمانی ظاهر می شود که هواپیما در زمین و به سمت حرکت می چرخد.

پروانه های کواکسیال ممان ژیروسکوپی ندارند.

لحظه مارپیچ بیدار شوید

پروانه یک جت چرخشی از هوا را به عقب پرتاب می کند که با چرخش در اطراف بدنه، جریان اطراف کیل را تغییر می دهد. از آنجایی که پیچ در جهت عقربه های ساعت می چرخد، جت در اطراف کیل با زاویه ای به سمت چپ جریان می یابد و باعث ایجاد نیروی جانبی بر روی آن به سمت راست می شود.

لحظه مارپیچ از بیدار شدن پروانه یک لحظه انحراف به سمت چپ ایجاد می کند. مقدار گشتاور به حالت کار موتور و سرعت پروانه بستگی دارد.

شما می توانید لحظه مارپیچ را با:

با استفاده از پیچ های کواکسیال

نصب یک جبران کننده ثابت روی سکان

نصب موتور با یک برگردان کوچک از محور پروانه به سمت راست

قرار دادن کیل در یک زاویه کمی به سمت چپ

ممان ناشی از جریان نامتقارن در اطراف پروانه

در پرواز، محور پروانه از جهت جریان مقابل با زاویه حمله منحرف می شود. این منجر به این واقعیت می شود که تیغه نزولی با زاویه حمله بیشتر از تیغه صعودی به اطراف جریان می یابد. سمت راست پروانه نیروی رانش بیشتری نسبت به سمت چپ ایجاد می کند. بنابراین، یک لحظه انحراف به سمت چپ ایجاد خواهد شد.

این لحظه بیشترین مقدار را در حالت حداکثر عملکرد موتور و حداکثر زاویه حمله خواهد داشت.

تأثیر شرایط جوی

تغییرات در فشار اتمسفر و/یا دما منجر به تغییر در چگالی هوا می شود.

این تاثیر می گذارد:

قدرت موتور در موقعیت ثابت دریچه گاز

لحظه مقاومت در برابر چرخش پیچ

افزایش چگالی هوا منجر به افزایش هر دوی این پارامترها می شود، اما قدرت موتور به میزان بیشتری افزایش می یابد.

تأثیر چگالی هوا بر عملکرد یک موتور گام ثابت

افزایش چگالی منجر به افزایش سرعت پروانه می شود و بالعکس.

تأثیر چگالی هوا بر لحظه مقاومت در برابر چرخش (گشتاور موتور مورد نیاز) پروانه گام ثابت

افزایش چگالی منجر به افزایش لحظه مقاومت در برابر چرخش پیچ و بالعکس می شود.

پروانه تیغه ای هواپیما که به عنوان پروانه یا ماشین تیغه ای نیز شناخته می شود که با عملکرد موتور به چرخش هدایت می شود. با کمک یک پیچ، گشتاور موتور به نیروی رانش تبدیل می شود.

پروانه در هواپیماهایی مانند هواپیماها، سیکلوژیروس ها، جایروپلن ها، ماشین های برفی، هاورکرافت، اکرانوپلان ها و همچنین هلیکوپترهایی با موتورهای توربوپراپ و پیستونی به عنوان پروانه عمل می کند. برای هر یک از این ماشین ها، پیچ می تواند عملکردهای مختلفی را انجام دهد. در هواپیماها به عنوان روتور اصلی استفاده می شود که نیروی رانش ایجاد می کند و در هلیکوپترها باعث بالابر و تاکسی می شود.

تمامی ملخ های هواپیما به دو نوع اصلی تقسیم می شوند: ملخ های با گام متغیر و ثابت. بسته به طراحی هواپیما، ملخ ها می توانند نیروی رانش یا کششی را ایجاد کنند.

هنگام چرخش، پره های پروانه هوا را جذب کرده و در جهت مخالف پرواز، دفع آن را تولید می کنند. یک فشار کم در جلوی پیچ و یک ناحیه فشار بالا در پشت ایجاد می شود. هوای پرتاب شده جهت شعاعی و محیطی پیدا می کند، به همین دلیل بخشی از انرژی که به پروانه عرضه می شود از بین می رود. چرخش بسیار جریان هوا باعث کاهش کارایی دستگاه می شود. هواپیماهای کشاورزی هنگام کار در مزارع، به دلیل جریان از پروانه، یکنواختی ضعیفی در پراکندگی مواد شیمیایی دارند. مشکل مشابهی در دستگاه هایی که دارای طرح پیچ کواکسیال هستند حل می شود، در این مورد جبران با استفاده از پیچ عقب که در جهت مخالف می چرخد ​​رخ می دهد. پروانه های مشابهی روی هواپیماهایی مانند An-22، Tu-142 و Tu-95 نصب می شود.

پارامترهای فنی پروانه ها

مهمترین ویژگی پروانه ها که نیروی رانش و خود پرواز به آن بستگی دارد، البته گام پروانه و قطر آن است. گام، مسافتی است که ملخ می تواند با پیچیدن در هوا در یک دور کامل طی کند. تا دهه 30 قرن گذشته از ملخ هایی با گام چرخش ثابت استفاده می شد. فقط در اواخر دهه 1930، تقریباً تمام هواپیماها به ملخ‌های گام متغیر مجهز شدند.

پارامترهای پیچ:

قطر دایره پروانه به اندازه ای است که نوک پره ها هنگام چرخش توصیف می کنند.

گام پیچ مسافتی است که پیچ در یک دور پیموده است. این ویژگی به سرعت حرکت و انقلاب بستگی دارد.

گام هندسی پروانه مسافتی است که ملخ می تواند در یک محیط جامد در یک دور طی کند. تفاوت آن با آج پروانه در هوا با سر خوردن تیغه ها در هوا است.

زاویه قرارگیری و نصب تیغه های پروانه، تمایل مقطع تیغه به صفحه چرخش واقعی است. به دلیل وجود پیچ ​​و تاب تیغه ها، زاویه چرخش در طول مقطع اندازه گیری می شود، در اغلب موارد 2/3 کل طول تیغه است.

تیغه های پروانه دارای یک جلو - برش - و یک لبه عقب هستند. سطح مقطع تیغه ها دارای پروفیل نوع بال است. در نیم رخ تیغه ها یک وتر وجود دارد که دارای انحنا و ضخامت نسبی است. برای افزایش استحکام تیغه های پروانه از وتر استفاده می شود که دارای ضخیم شدن به سمت ریشه پروانه است. آکوردهای بخش در سطوح مختلف هستند، زیرا تیغه به صورت پیچ خورده ساخته می شود.

گام پروانه مشخصه اصلی پروانه است، در درجه اول به زاویه پره ها بستگی دارد. گام بر حسب واحد مسافت طی شده در هر دور اندازه گیری می شود. هرچه گام پروانه در یک دور بیشتر باشد، حجم بیشتری توسط تیغه دور ریخته می شود. به نوبه خود، افزایش گام منجر به بارهای اضافی بر روی نیروگاه می شود و به ترتیب تعداد دورها کاهش می یابد. هواپیماهای مدرن توانایی تغییر شیب پره ها را بدون توقف موتور دارند.

مزایا و معایب پروانه ها

بازده پروانه ها در هواپیماهای مدرن به 86 درصد می رسد که باعث تقاضای آنها در صنعت هواپیماسازی می شود. همچنین باید توجه داشت که توربوپراپ ها بسیار مقرون به صرفه تر از هواپیماهای جت هستند. با این وجود، پیچ ها هم در عملیات و هم در طرح سازنده محدودیت هایی دارند.

یکی از این محدودیت ها "اثر قفل" است که زمانی رخ می دهد که قطر پیچ افزایش می یابد یا تعداد دورها اضافه می شود و رانش نیز به نوبه خود در همان سطح باقی می ماند. این به این دلیل است که بخش هایی با جریان هوای مافوق صوت یا فراصوت روی پره های پروانه ظاهر می شوند. این اثر است که اجازه نمی دهد هواپیماهای دارای ملخ به سرعت بیش از 700 کیلومتر در ساعت برسند. در حال حاضر سریعترین خودرو با ملخ مدل داخلی بمب افکن دوربرد Tu-95 است که می تواند به سرعت 920 کیلومتر در ساعت برسد.

یکی دیگر از معایب پیچ ها سطح صدای بالا است که توسط استانداردهای جهانی ایکائو تنظیم می شود. صدای پیچ ها با استانداردهای نویز مطابقت ندارد.

تحولات مدرن و آینده پروانه های هواپیما

فناوری و تجربه به طراحان اجازه می دهد تا بر برخی از مشکلات نویز غلبه کنند و کشش را فراتر از محدودیت ها افزایش دهند.

بنابراین، به دلیل استفاده از یک موتور توربوپراپ قدرتمند از نوع NK-12، که قدرت را به دو پروانه کواکسیال منتقل می کند، می توان اثر قفل را دور زد. چرخش آنها در جهات مختلف امکان دور زدن قفل و افزایش کشش را فراهم کرد.

در پروانه ها نیز از تیغه های نازک سابر شکل استفاده می شود که قابلیت به تعویق انداختن بحران را دارند. این به شما اجازه می دهد تا به سرعت های بالاتری برسید. این نوع پروانه ها بر روی هواپیمای An-70 نصب می شود.

در حال حاضر، پیشرفت هایی برای ایجاد ملخ های مافوق صوت در حال انجام است. علیرغم این واقعیت که طراحی برای مدت طولانی با تزریق نقدی قابل توجهی انجام می شود، نمی توان به نتیجه مثبتی دست یافت. آنها شکل بسیار پیچیده و دقیقی دارند که محاسبات طراحان را بسیار پیچیده می کند. برخی از ملخ های خارج از قفسه از نوع مافوق صوت بسیار پر سر و صدا هستند.

محصور کردن پروانه در یک حلقه - یک پروانه - جهت توسعه امیدوارکننده است، زیرا جریان انتهایی اطراف پره ها و سطح نویز را کاهش می دهد. همچنین امنیت را بهبود بخشید. برخی از هواپیماها با فن هایی وجود دارند که طراحی مشابه پروانه دارند، اما علاوه بر این به یک دستگاه جهت جریان هوا مجهز هستند. این کار راندمان پروانه و موتور را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

این یک واحد مستقل جداگانه، یا بهتر است بگوییم یک واحد تیغه کامل است. پروانه دستگاهی است که روی آن نصب می شود، یعنی نیروی موتور را به کشش و در نهایت به حرکت تبدیل می کند.

مرد مدتهاست که به پیچ توجه کرده است. اولین شواهد نظری این موضوع هنوز در دست نوشته ها و نقاشی های لئوناردو داوینچی است. و عملا اولین بار (برای ابزارهای هواشناسی) توسط M. V. Lomonosov مورد استفاده قرار گرفت. در ابتدا روی کشتی های هوایی نصب شد، بعدها و تا به امروز در هواپیماها و هنگام استفاده از موتورها. همچنین در وسایل نقلیه زمینی استفاده می شود. اینها به اصطلاح هاورکرافت و همچنین ماشین های برفی و گلایدر هستند. یعنی تاریخش (و همچنین تاریخ کل هوانوردی :-)) طولانی و جذاب است و به نظر می رسد که با تمام شدن فاصله زیادی دارد.

در مورد تئوری و اصل عمل ... می خواستم شروع به رسم نمودارهای برداری کنم و بعد نظرم تغییر کرد :-). اولاً آن سایت نیست و ثانیاً همه اینها را قبلاً شرح داده ام و حتی :-). فقط بگم که تیغه های پروانه پروفیل آیرودینامیکی دارند و وقتی در هوا می چرخند، همان تصویری به وجود می آید که بال حرکت می کند.

نیروی آیرودینامیکی (تصویر مقاله قبلی :-))

با این حال، همان اریب جریان، فقط اکنون نیروی بالابر تبدیل به رانش پروانه می شود و هواپیما را مجبور می کند به جلو حرکت کند.

وجود دارد، البته، و ویژگی های خاص خود را. پس از همه (به طور دقیق تر، تیغه های آن) در مقایسه با یک حرکت پیچیده تر انجام می دهد: حرکت چرخشی به علاوه انتقالی به جلو. و در واقع، تئوری پروانه بسیار پیچیده است. با این حال، برای درک اساسی موضوع، تمام آنچه گفته شد کاملاً کافی است. من فقط به برخی از ویژگی ها می پردازم، اتفاقاً متذکر می شوم که نه تنها ملخ های کششی، بلکه ملخ های هل دهنده نیز وجود دارد (به هر حال، در هواپیمای برادران رایت چنین بود).

ملخ کشتی هوایی آلمانی SL1 (1911) با قطر 4.4 متر.

ملخ هواپیمای ترابری A400M.

هواپیمای ترابری A400M.

هنگامی که ملخ می چرخد ​​و همزمان به جلو حرکت می کند، به نظر می رسد که هر یک از نقاط آن به صورت مارپیچی حرکت می کنند، و خود پروانه به نظر می رسد "پیچ شده به هوا"، تقریباً مانند پیچی به مهره یا پیچی به درخت. تشبیه بسیار قابل توجه است :-). به نظر می رسد یک رشته از یک جفت پیچ و مهره است. هر نخ دارای پارامتری مانند pitch است. هرچه گام بزرگتر باشد، نخ کشیده تر می شود و پیچ سریعتر به مهره پیچ می شود. مفهوم زمین برای پروانه نیز وجود دارد. در واقع، این یک فاصله خیالی است که پروانه ای که در هوا می چرخد ​​با یک دور چرخش حرکت می کند. برای اینکه سریعتر "پیچ" شود، لازم است که نیرویی که آن را می کشد (تراست پیچ، همان آنالوگ نیروی بالابر) بیشتر باشد. یا همه، به ترتیب، برعکس. و این را می توان با تغییر مقدار آنالوگ زاویه حمله، که به آن زاویه تیغه پروانه یا به سادگی گام پروانه می گویند، به دست آورد. مفهوم پیچ پروانه برای انواع پروانه ها، هواپیماها و هلیکوپترها وجود دارد و اصول کارکرد آنها به طور کلی یکسان است.

ناو هرکول C-4 نیروی هوایی کرولف با ملخ در حالت پره پارک شده است.

اولین پروانه های هواپیماها دارای گام ثابتی بودند. اما واقعیت این است که هر پیچ دارای پارامتری به عنوان کارایی است که کارایی کار آن را ارزیابی می کند. و بسته به تغییر سرعت پرواز، قدرت موتور و کشش پروانه می تواند تغییر کند. در اینجا، برای حفظ کارایی در ارتفاع کافی، یک سیستم تغییر گام (در اوایل دهه 30 قرن بیستم) اختراع شد و ملخ هایی با گام متغیر در پرواز (VISH) ظاهر شد. اکنون، بسته به حالت پروازی که توسط خلبان تعیین شده است، گام پروانه می تواند تغییر کند. علاوه بر این، معمولاً دو حالت خاص دیگر نیز وجود دارد. برگشت پذیر - برای ایجاد زمانی که هواپیما روی زمین و پره ترمز می کند، که هنگام خاموش کردن (اغلب اضطراری) موتور در پرواز استفاده می شود. سپس تیغه ها در "پایین دست" قرار می گیرند تا مقاومت غیر ضروری در برابر پرواز ایجاد نشود.

قطر و گام پروانه اصلی ترین پارامترهای فنی پروانه هستند. چیزی به نام پیچ و تاب نیز وجود دارد. یعنی هر تیغه در تمام طول خود کمی پیچ خورده است. این کار دوباره انجام می شود تا با همان قدرت تیغه بیشترین نیروی رانش را ایجاد کند.

هواپیمای آزمایشی آمریکایی بل X-22 با پروانه 1966

هواپیمای آزمایشی فرانسوی با پروانه های NORD 500 CADET. 1967

1932 ایتالیا. هواپیمای آزمایشی با پروانه "Flying Barrel"

پیچ های مدرن به طور کلی از نظر طراحی بسیار متنوع هستند. تعداد تیغه ها می تواند متفاوت باشد (به طور متوسط ​​از 2 تا 8). می تواند هم کشیدن و هم هل دادن باشد. به پیچ پروانه نیز می گویند. این یک نام قدیمی است و از کلمه لاتین prōpellere به معنای راندن، هل دادن به جلو آمده است. اما اکنون کلمه دیگری به کار رفته است. این کلمه پروانه است. به معنای پروانه است و آن را نوعی پروانه محصور در پوسته حلقوی نامیده اند. این به شما امکان می دهد کارایی کار آن را افزایش دهید، تلفات را کاهش دهید و ایمنی را افزایش دهید. با این حال، چنین هواپیماهایی فقط در مرحله توسعه آزمایشی هستند.

محدوده سرعت اصلی برای استفاده از پروانه ها به سرعت های 700-750 کیلومتر در ساعت محدود می شود. اما حتی این سرعت نسبتاً بالایی است و از ترفندهای فنی مختلفی برای اطمینان از عملکرد پایدار و کارآمد در کل محدوده استفاده می شود. به ویژه پروانه های چند پره با تیغه های سابر شکل در حال توسعه است، کار بر روی ملخ های مافوق صوت در حال انجام است و از پروانه های فوق الذکر استفاده می شود. علاوه بر این، پیچ های به اصطلاح کواکسیال برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته اند، زمانی که دو پروانه در جهات مختلف در یک محور می چرخند. نمونه ای از هواپیما با چنین ملخ هایی می تواند سریع ترین هواپیمای مجهز به توربوپراپ، بمب افکن استراتژیک روسیه Tu-95 باشد. سرعت آن (حداکثر) 920 کیلومتر در ساعت است.

بمب افکن استراتژیک TU-95.

متأسفانه، به ویژه در ترکیب با، هنوز دامنه محدودی دارد. البته در جایی که هواپیماهای کوتاه برد بسیار مورد نیاز است، به اصطلاح او همچنان خود را نشان خواهد داد. اما با این وجود، او به همراه موتور پیستونی همراهش، قبلاً رقابت ارتفاع-سرعت برد را باخته است. اما در یک پست دیگر در مورد آن توضیح می دهیم ...

عکس ها قابل کلیک هستند

فکر می‌کنم از قبل می‌دانید که چرخش پروانه به نحوی بر موقعیت هواپیما در فضا تأثیر می‌گذارد، که این تأثیر معمولاً نامطلوب است و باید کاری در مورد آن انجام شود. معمولاً "گشتاور پیچ" دلیل این اثر نامیده می شود، اما اغلب چیزی در مورد "دمیدن دم" اضافه می شود. گاهی اوقات "قاعده گیملت" نیز ذکر می شود - اگرچه این به نظر من قبلاً کاملاً فراتر از خیر و شر است. :) و کادت ها معمولاً سر تکان می دهند و وانمود می کنند که همه چیز را می فهمند.

اگر شما یکی از کسانی هستید که از قبل همه چیز را فهمیده اید، در این صفحه معطل نکنید. برای بقیه، سعی می کنم آن را به نحوی واضح تر، روی انگشتان توضیح دهم.

مهم: چرخش ملخ فورا فراهم می کند چهاراثرات متفاوت در طبیعت بر موقعیت هواپیما در فضا. دو تا از آنها بیشتر روی زمین و دو تای دیگر در هوا بیشتر دیده می شوند. آن ها اینجا هستند:

1. لحظه پیچ
2. دمیدن دم عمودی
3. عدم تقارن رانش پروانه
4. لنگر ژیروسکوپی (پیشرفت)

گشتاور پیچ (گشتاور)- این واکنش هواپیما به باز شدن پروانه خود است. قانون سوم نیوتن در عمل ما پیچ را در یک جهت می چرخانیم و او به تلافی، ما را در جهت مخالف "باز می کند". خوشبختانه ما سخت تر هستیم و همیشه پیروز هستیم. اما با این حال، ما کمی تکیه می کنیم.

یادآوری این نکته برای افرادی که با موتورهای خودرو سر و کار داشته اند دشوار نیست که با یک منبع گاز تیز، موتوری که قبلاً در حالت بیکار بوده است، به طور محسوسی روی بالشتک های الاستیک خود به پهلو منحرف می شود. موتور هواپیما که حالت تیک آف داده شده است همین کار را می کند و واکنش آن به بدنه منتقل می شود. فقط در یک هواپیما این اثر هم با جرم ملخ و هم با مقاومت قابل توجه هوا که توسط آن مختل می شود افزایش می یابد.

برنج. 1: گشتاور پیچ (گشتاور)

این لحظه جت چگونه بر جهت هواپیما تأثیر می گذارد؟ بیشتر از همه، تأثیر آن نه در هوا، بلکه روی زمین، در زمان بلند شدن قابل توجه است. هواپیما کمی غلت می‌زند که منجر به فشرده‌سازی ناهموار لاستیک‌ها می‌شود و این به نوبه خود به رانش به سمت چرخ پر بارتر کمک می‌کند. فقط چیزی و همه چیز

دمیدن دم عمودی (Slipstream)- این دلیل دوم و بسیار مهم تر برای عقب نشینی هواپیما به سمت در هنگام برخاست. به همین دلیل است که «سسنا در هنگام برخاستن به سمت چپ می‌کشد» (یکی از جستجوهای واقعی که کسی را به سایت من آورد). یاک روسی، به هر حال، به سمت راست می کشد، زیرا. پروانه آنها در جهت مخالف می چرخد.

چرا این اتفاق می افتد؟ بله، همه چیز بسیار ساده است. احتمالاً متوجه شده اید که هواپیما به عنوان یک کل یک سازه تقریباً متقارن است؟ بدنه متقارن، دو بال یکسان و یک تثبیت کننده افقی متقارن. اما یک عنصر وجود دارد که به دلیل عدم تقارن آن متمایز است - این یک تثبیت کننده عمودی است که فقط به سمت بالا بیرون می آید. در واقع، می تواند متقارن نیز باشد: به آیرودینامیک آسیب نمی رساند، اما عملکرد برخاست و فرود بدتر می شود. چنین هواپیمایی در هنگام برخاستن و فرود با دم خود به زمین می چسبد. واضح است که این خوب نیست، بنابراین تثبیت کننده عمودی (با سکان) همیشه فقط یکی در بالا است.

در همان زمان، هوایی که توسط ملخ به سمت دم به عقب پرتاب می شود در یک خط مستقیم حرکت نمی کند، اما به شدت می پیچد و در اطراف هواپیما می چرخد. یک قسمت از این هوا روی تثبیت کننده عمودی "فشار" می کند و دم را به طرفین منحرف می کند و قسمت دیگر بدون مانع در زیر دم از پایین پرواز می کند. این اختلاف فشار روی تثبیت کننده عمودی است که باعث می شود هواپیما به پهلو کشیده شود.

برنج. 2: دمیدن دم عمودی (Slipstream)

ناگفته نماند که هر چه موتور تراست بیشتری ایجاد کند، هوای بیشتری به عقب پرتاب می شود و تأثیر آن روی تثبیت کننده عمودی قوی تر می شود. این دقیقاً همان چیزی است که هنگام برخاستن، زمانی که رانش به حداکثر می رسد، اتفاق می افتد. بدتر از آن، در سرعت کم در مرحله اول دویدن، اثربخشی سکان همچنان بسیار کم است و برای اصلاح دریفت هواپیما، باید پدال را تقریباً تا توقف فشار داد. با افزایش سرعت برخاستن، راندمان سکان افزایش می یابد و فشار پدال به تدریج کاهش می یابد.

آزاد کردن فشار روی پدال در مورد دیگری نیز مهم است: هنگامی که هواپیما هنوز در هوا در حال تراز کردن است و تنظیم یک دریچه گاز کوچک منجر به ناپدید شدن ناگهانی اثر دمیدن تثبیت کننده عمودی می شود. اگر این کار انجام نشود، هواپیما در این لحظه بسیار نامناسب به سمت کناری حرکت می کند. گاهی اوقات، به خصوص در فرودهایی که بادهای متقابل دارند، حتی باید پای مخالف را بدهید تا از لمس باند با بار جانبی روی ارابه فرود جلوگیری کنید. اما این کار را نمی توان صرفاً به صورت مکانیکی انجام داد: فشار دادن پدال باید دقیقاً به گونه ای باشد که محور هواپیما موازی با محور نوار شود - و نه بیشتر.

از آنجایی که تأثیر جریان هوای دم عمودی به تأثیر گشتاور پروانه اضافه می شود (به بالا مراجعه کنید)، این تأثیرات اغلب اشتباه گرفته می شوند یا فقط یکی از آنها ذکر می شود: "جریان هوا" یا "لحظه". با این حال، از نظر فنی، این دو اثر متفاوت هستند.

رانش پروانه نامتقارن.این اثر هر چه بیشتر قابل توجه باشد، زاویه گام هواپیما بزرگتر است. صعود پس از برخاستن بهترین مثال برای این وضعیت است. در این حالت، عدم تقارن رانش همیشه منجر به لغزش شدید هواپیما می شود و نیاز به توجه بیشتر و مخالفت فعال خلبان دارد.

چرا این اثر رخ می دهد؟ بالاخره پروانه متقارن است؟ در اینجا ممکن است مجبور شوم تصور اشتباه کسی را در مورد حرکت هواپیما در هنگام صعود بشکنم. چیزی که مردم معمولا فراموش می کنند این است که "باد نسبی" همیشه موازی با محور طولی هواپیما نیست. در واقع، در کوهنوردی، هواپیما "اول دماغ" پرواز نمی کند، بلکه "شکم به جلو" پرواز می کند. این اتفاق هم به دلیل زاویه حمله زیاد در سرعت کم و هم به دلیل اینکه بردار رانش در مجموعه همیشه اندکی به سمت بالا هدایت می شود تا هواپیما را "سربالایی" بکشد.

برنج. 3. دلیل عدم تقارن رانش پروانه

در این حالت همیشه معلوم می شود که تیغه پروانه نزولی زاویه حمله بیشتری نسبت به بالارونده دارد. اگر تصورش برایتان سخت است، پس فقط باور کنید که چنین است.

از آنجایی که زوایای حمله تیغه ها متفاوت است، رانش ایجاد شده توسط تیغه ها نیز متفاوت است. در نتیجه، هواپیما به سمت کنار می رود، به طور دقیق تر، می لغزد، به طرفین پرواز می کند، که در یک زاویه حمله بالا در مجموعه به طور بالقوه خطرناک است. در اینجا شما باید "هر دو" را دنبال کنید و روی پدال فشار وارد کنید - راه دیگری وجود ندارد.

هنگام تعویض به پرواز سطح، فشار روی پدال باید شل شود، زیرا عدم تقارن رانش پروانه در این حالت به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. حتی اگر محور چرخش پیچ کاملاً با جهت باد نسبی منطبق باشد می تواند کاملاً ناپدید شود. مورد دوم در پرواز واقعی کاملاً ممکن است، زیرا بال معمولاً در زاویه ای نسبت به محور طولی بدنه نصب می شود. آن ها هواپیما می تواند کاملاً افقی (و با رانش متقارن) پرواز کند، در حالی که زاویه حمله بال مثلاً 3 درجه خواهد بود که برای حفظ سطح پرواز کافی است.

برنج. 4: رانش کاملا متقارن به عنوان یک مورد خاص

لحظه یا تقدیم ژیروسکوپی (پیشرفت ژیروسکوپی)- احتمالاً دشوارترین برای درک، با این حال جالب ترین پدیده فیزیکی است. در واقع پروانه بزرگترین ژیروسکوپ نصب شده روی هواپیما است. تمام قوانینی که ژیروسکوپ ها از آنها تبعیت می کنند، به ویژه، تقدم، در مورد آن اعمال می شود. هر بار، هنگام تلاش برای انحراف محور ژیروسکوپ در هر صفحه، ژیروسکوپ تمایل دارد به خودی خود در صفحه دیگری عمود بر صفحه اول منحرف شود. مشکل این است که کاملاً غیرممکن است به خاطر بیاوریم که ژیروسکوپ در صفحه دوم در چه جهتی سعی در انحراف دارد. :)

برای درک اصل فرآیند از توضیح داده شده در "آیرودینامیک عملی" شوروی، مجبور شدم ده بار آن را بخوانم. اما از آنجایی که هنوز نمی توانم توضیح بهتری بنویسم، آن را به طور کامل نقل می کنم، دل ببندید:

برنج. 5: به توضیح عملکرد ژیروسکوپی پروانه سمت چپ در هواپیماهای یاک-52 و یاک-55

فرض کنید که جرم پروانه چرخشی سمت چپ هواپیماهای Yak-52 و Yak-55 در دو وزن 1 و 2 متمرکز شده است (شکل 5).

در لحظه ای که پروانه در حالت عمودی قرار داشت، خلبان چوب کنترل را به سمت خود رد کرد که منجر به بالا آمدن کاپوت هواپیما نسبت به افق شد. بالا بردن کاپوت هواپیما باعث افزایش سرعت محموله ها و نسبت به محور عرضی Z، علاوه بر سرعت محیطی نسبت به محور طولی X می شود.

هنگامی که بارها موقعیت افقی می گیرند، با اینرسی تمایل به حفظ سرعت به دست آمده حتی زمانی که هود نسبت به افق بالا می رود، خواهند بود. در نتیجه عمل این سرعت بارها (در جهت مخالف - بار 1' به عقب، بار 2' به جلو) لحظه ای رخ می دهد که به نام لحظه ژیروسکوپی پروانه Mu.gir ، هواپیما تحت تأثیر عمل خود شروع به چرخش به چپ می کند (با ملخ چپ گرد).

چیزی که در مورد مکتب غربی خوب است این است که می تواند به سادگی و با انگشتان دست برای همه، حتی برای احمق های کامل، چیزهایی را توضیح دهد که در روسیه دانش آموزان احمق MAI را گیج می کند. بنابراین در اینجا یک تصویر بورژوایی برای کمک به شما وجود دارد:

برنج. 6: اثر ژیروسکوپی پروانه هواپیما

اما مکتب اتحاد جماهیر شوروی همیشه به کوچکترین جزئیات می رسد - و اینجاست! یک نمودار زیبا (نمای کابین خلبان) که به خلبان کمک می کند تا به یاد بیاورد که اثر ژیروسکوپی هنگام تغییر موقعیت کاپوت در کدام جهت عمل می کند:

برنج. 7: عمل ژیروسکوپی پروانه سمت چپ بر روی هواپیمای Yak-52 و Yak-55

«واکنش هواپیما، که هنگام انحراف سکان‌ها در اثر عمل گشتاور ژیروسکوپی پروانه رخ می‌دهد، به جهت حرکت کاپوت هواپیما بستگی دارد (شکل 7).

بنابراین، جهت حرکت کاپوت هواپیما نسبت به افق تحت عمل گشتاور ژیروسکوپی پروانه با حرکت 90 درجه حول محور پروانه در جهت چرخش پیدا می شود.

در واقع تمام حکمت اینجاست. فقط به یاد داشته باشید: نمودار بالا نمایی از کابین خلبان است، نه نمای جلویی از هواپیما. و به خاطر داشته باشید که در سسنا و سایر هواپیماهای غربی، پروانه در جهت مخالف می چرخد، به این معنی که هواپیما در جهت مخالف، "در جهت چرخش" رانده خواهد شد.

لحظه ژیروسکوپی، و همچنین عدم تقارن رانش پروانه، چیز نسبتاً ناخوشایندی است. به ویژه در چرخش ها، زمانی که محور چرخش پیچ به طور مداوم برای مدت طولانی منحرف می شود، تداخل می کند. برای مثال در Yak-18T، هواپیما همیشه 20 متر به سمت راست پرتاب می کند و در سمت چپ همیشه ارتفاع را از دست می دهد. همچنین لحظه ژیروسکوپی در هواپیماهای دارای چرخ دم بسیار محسوس است که در هنگام برخاستن، ابتدا باید با دور کردن یوغ از خود، دم را از روی زمین جدا کنید. محور چرخش پروانه با زاویه بسیار زیادی منحرف می شود و این جایی است که هواپیما به طرفین حرکت می کند. بهترین زمان نیست، باید بگویم. خوشبختانه هواپیماهای دارای پایه دماغه از این ویژگی در امان هستند. با این حال، در هوا، یک تغییر شدید در زمین می تواند منجر به یک لغزش شدید شود - مراقب باشید!

خب... امیدوارم به تاثیر پروانه بر رفتار هواپیمای تک موتوره پرداخته باشیم. ویژگی های یک هواپیمای چند موتوره را در فرصت مناسب به طور جداگانه به شما خواهم گفت.

این مقاله کوتاه اطلاعات اولیه ای را در مورد پروانه های کوادکوپتر (که گاهی اوقات به آنها props گفته می شود) و اینکه چگونه گام، شکل و تعداد پره ها بر عملکرد، رانش و کارایی آنها تأثیر می گذارد، ارائه می دهد.

مفاهیم اساسی

پارامترهای مشخصه با طول، گام، مساحت، جهت چرخش و همچنین شکل و تعداد تیغه ها تعیین می شوند.

طول و گام

این پارامترها اصلی ترین هستند. طول به عنوان قطر دیسک تشکیل شده در طول چرخش پروانه درک می شود. گام را می توان به عنوان فاصله ای که یک پروانه می تواند در یک محیط جامد طی یک دور کامل طی کند (به یاد داشته باشید که چگونه یک پیچ معمولی وارد یک تخته می شود) تعریف می شود. سایر موارد برابر هستند، مقدار گام با شیب (زاویه حمله) پره‌های کوادروکوپتر تعیین می‌شود.

نیروی رانش گروه پروانه (VMG) با مقدار هوایی که پروانه های آن قادر به حرکت هستند تعیین می شود. واضح است که افزایش طول و / یا گام پروانه ها با حفظ سرعت چرخش آنها تأثیر مثبتی بر رانش دارد، اما متأسفانه به دلیل تلاطم فزاینده مقاومت هوا را نیز افزایش می دهد. یک ملخ بزرگتر، یا یک ملخ با زاویه گام بالاتر، انرژی بیشتری برای چرخش مصرف می کند و در نتیجه زمان پرواز کاهش می یابد و همه چیزهای دیگر برابر هستند.

ملخ‌های بزرگ و کم ارتفاع برای عکاسی هوایی ایده‌آل هستند، در حالی که ملخ‌های کوچک و بلند برای هواپیماهای بدون سرنشین مسابقه‌ای ایده‌آل هستند.

تعداد و شکل تیغه ها

گزینه کلاسیک وجود یک پروانه با دو تیغه است. اما در کوچکترین مدل ها از پروانه های سه، چهار و حتی پنج پره استفاده می شود. واضح است که یک ملخ چند پره با ایجاد جریان یکنواخت تر، تلاطم را کاهش می دهد. علاوه بر این، پره های اضافی مساحت کل پروانه را افزایش می دهد که تأثیر مفیدی بر نیروی بالابر کوادکوپتر دارد. از این نتیجه می شود که یک ملخ چند پره با قطر کوچکتر می تواند همان بالابر را به عنوان یک ملخ کلاسیک بزرگتر ایجاد کند. ملخ های چند تیغه ای هواپیما را پاسخگوتر می کند، که در هنگام پرواز بسیار مهم است حالت آکرو. عیب اصلی چنین پیچ هایی پیچیدگی ساخت و مرکز و همچنین هزینه نسبتاً بالا است.

ما به شما توصیه می کنیم که به تفاوت در شکل جزئیات پایان توجه کنید. آنها در سه نوع هستند - Normal، Bullnose (BN)، Bullnose Hybrid (HBN). ملخ های معمولی دارای تیغه های نوک تیز در انتها هستند، نیروی رانش کمتری ایجاد می کنند، اما به استفاده کارآمد از باتری کمک می کنند. پیچ های BN با قطر مساوی دارای مساحت و رانش زیادی هستند. وزن اضافی در نوک تیغه ها باعث افزایش گشتاور و بهبود حساسیت محور انحراف هواپیما می شود. متاسفانه این جنبه های مثبت با مصرف انرژی بالا و کاهش زمان پرواز همراه است. پروانه های HBN یک موقعیت متوسط ​​را اشغال می کنند.

جهت چرخش

مولتی کوپترها از دو نوع موتور استفاده می کنند - CW (چرخش در جهت عقربه های ساعت) و CCW (چرخش خلاف جهت عقربه های ساعت). طرح نصب موتورها به نوع هواپیما بستگی دارد. چندین طرح از این دست در شکل نشان داده شده است.

جهت چرخش یک پروانه خاص با لبه برجسته پره های آن مشخص می شود.

جنس و کیفیت

محبوب ترین آنها پیچ های پلاستیکی هستند. آنها با انعطاف پذیری، قیمت پایین، طیف گسترده و در دسترس بودن بالا مشخص می شوند. انعطاف پذیری تیغه ها از یک طرف باعث افزایش مقاومت آنها در برابر آسیب می شود و از طرف دیگر باعث ایجاد مشکلات تعادلی می شود.

برخی از شرکت ها پروانه های ساخته شده از فیبر کربن را تولید می کنند. پروانه های کربنی بسیار گران هستند، اما استحکام لازم و راندمان بالا را بدون افزایش وزن قابل توجه ارائه می دهند.

یک موقعیت میانی توسط پروانه های ساخته شده از پلاستیک تقویت شده با فیبر کربن اشغال شده است. این نوع پروانه ها دارای استحکام بالا و هزینه نسبتا پایینی هستند.

کیفیت پیچ ها حاکی از دقت در ساخت آنهاست. ملخ های با کیفیت بالا به خوبی متعادل هستند و عملاً لرزش اضافی را در عملکرد VMG وارد نمی کنند. بهترین پروپوزال ها با برندهای GWS، APC و EMP تولید می شوند.

مشخصات

با رمزگذاری آن می توانید از پارامترهای یک پروانه خاص برای یک کوادروکوپتر مطلع شوید. تولید کنندگان از دو نوع نام گذاری استفاده می کنند: LLPPxB یا LxPxB. در اینجا L طول، P گام و B تعداد تیغه ها است. برای پروانه های کلاسیک، پارامتر B معمولاً مشخص نمی شود.

به عنوان مثال، یک ملخ 6045 (یا 6×4.5) دارای دو پره، شش اینچ طول و گام 4.5 اینچ است. مثال دیگر یک ملخ 5 اینچی 3 پره 5040x3 (یا 5x4x3) با گام 4 اینچی است.

گاهی اوقات حرف R یا C (ممکن است وجود نداشته باشد) در انتهای نامگذاری قرار می گیرد که جهت چرخش را تعیین می کند. ملخ های R روی موتورهای CW و ملخ های C روی موتورهای CCW نصب می شوند. گاهی اوقات، اختصارات BN یا HBN به نام اضافه می شود (به بالا مراجعه کنید).

روش های نصب

پروانه ها را می توانید به روش های مختلف روی کوادکوپتر نصب کنید. اغلب، شفت موتور یک پین فلزی ساده است که هیچ وسیله ای برای نصب پروانه ندارد. در این مورد، از آداپتورهای ویژه استفاده می شود - پروپساورها و گیره های کولت.

Propsaver (عکس را ببینید) برای آزمایش هنگام ایجاد مدل های خانگی مناسب است. شبیه آستین است که در سطح کناری آن دو سوراخ متقارن با پیچ نصب شده در آنها وجود دارد. دستگاه روی شفت نصب می شود و پیچ ها سفت می شوند. پروانه نیز روی شفت قرار می گیرد و با دو بند نایلونی یا یک حلقه لاستیکی ثابت می شود.

یک آداپتور قابل اطمینان تر یک گیره کولت است. این یک اتصال رزوه ای با آستین مخروطی شکل است. کولت روی شفت قرار می گیرد، سپس آستین گیره، پروانه و واشر نصب می شود. کل ساختار با یک مهره به شکل خاصی ثابت می شود - یک چرخنده.

اگر روتور یک موتور بدون جاروبک بیرون باشد (موتورهای کلاس outrunner)، معمولاً در سطح بالایی آن چندین سوراخ رزوه ای برای نصب آداپتورها و پایه های مختلف وجود دارد.

سازندگان کوادکوپترهای آماده با موتور براشلس گزینه بسیار محبوبی با مهره های خود سفت شونده دارند. توسط DJI. در چنین موتورهایی، شفت با نخی مخالف جهت چرخش روتور به پایان می رسد.

بالانس پروانه

به جرات می توان گفت که اکثر پروانه ها به ویژه پروانه های ارزان قیمت را نمی توان 100% متعادل نامید. چنین پروانه هایی نه تنها صدای بلند آزاردهنده ای ایجاد می کنند، بلکه لرزش اضافی را نیز به عملکرد VMG وارد می کنند. به همین دلیل، به ویژه، کیفیت فیلمبرداری هوایی کاهش می یابد (اثر ژله). بدتر از آن، لرزش مداوم باعث سایش بیشتر موتورها، یاتاقان‌ها و چرخ دنده‌ها می‌شود که بر هزینه‌های نگهداری هواپیما می‌افزاید.

همانطور که می بینید، ما نمی توانیم بدون روش تعادل پروانه برای کوادروکوپتر انجام دهیم. برای این شما نیاز خواهید داشت:

• پیچ؛
• نوار چسب یا چسب (می توان آن را با لاک ناخن جایگزین کرد)؛
• سمباده؛
• بالانس پروانه ویژه Du-Bro Tru-Spin - یکی از بهترین ها یا چینی ها آنالوگ ها .

اول از همه، شما باید خود دستگاه تعادل را طوری تنظیم کنید که محور آن کاملاً افقی باشد.

تیغه برای آسیب بررسی می شود، روی محور نصب می شود و کمی در یک جهت منحرف می شود. اگر به حالت افقی برنگردد، باید تیغه سنگین تری را سبک (کاغذ سنباده) کنید یا یک تکه نوار چسب را روی تیغه سبک تر بچسبانید. لازم است این روش را تکرار کنید تا تیغه ها متعادل شوند. نوار چسب با موفقیت جایگزین لکه سوپر چسب یا لاک می شود.

محور ماشین متعادل کننده می چرخد ​​- باید مطمئن شوید که پروانه تعادل را در این موقعیت حفظ می کند. توجه داشته باشید که کلیه نظافت و چسباندن باید روی سطوح داخلی (مقعر) تیغه ها انجام شود.

گام بعدی ایجاد تعادل در هاب است. برای انجام این کار، پروانه به صورت عمودی نصب می شود. اگر به سمت راست منحرف شد، باید سمت چپ هاب را با چسب یا لاک وزن کنید و بالعکس. تعادل را به دست می آوریم، پروانه را برگردانده و مطمئن می شویم که در این حالت نیز متعادل است. روال به پایان رسیده است.

ماشین حساب eCalc

بسیاری از سازندگان مدل های بدون سرنشین، ماشین حساب آنلاین eCalc را می شناسند که برای محاسبه پارامترهای نصب پروانه هواپیما طراحی شده است. صفحه ماشین حساب مولتیکوپتر چیزی شبیه به این است.

در نگاه اول، همه چیز واضح است، اما چندین تفاوت ظریف وجود دارد که می تواند بر نتایج محاسبات تأثیر بگذارد.

اول از همه، وزن کامل تیک آف مولتی کوپتر (با گیمبال و دوربین در صورت وجود) وارد می شود. اگر بدون درایو مشخص شده است، وزن کل قاب، پروانه ها، برد کنترل، گیمبال، دوربین و تجهیزات پروازهای FPV را وارد کنید. 10 درصد به جرم سیم ها اضافه کنید و رقم مورد نظر را بدست آورید.

تعداد روتورها، طرح آنها (تک یا کواکسیال)، حداکثر ارتفاع پرواز و شرایط آب و هوایی که تحت آن انجام می شود (دمای هوا و فشار اتمسفر) را وارد می کنیم.