Vliegtuigpropeller: naam, classificatie en kenmerken

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-17 10:36

De basis van luchtbeweging op de principes van aerodynamica is de aanwezigheid van een kracht die de luchtweerstand tijdens de vlucht en de zwaartekracht tegengaat. Alle moderne vliegtuigen, met uitzondering van zweefvliegtuigen, hebben een motor waarvan het vermogen wordt omgezet in deze kracht. Het mechanisme dat de rotatie van de as van de krachtcentrale omzet in stuwkracht is de vliegtuigpropeller.

Propellerbeschrijving

Vliegtuigpropeller is een mechanisch apparaat met bladen dat wordt geroteerd door een motoras en stuwkracht creëert voor de beweging van het vliegtuig in de lucht. Door de bladen te kantelen, gooit de propeller lucht terug, waardoor een gebied van lage druk ervoor en hoge druk erachter ontstaat. Bijna alle mensen op aarde hebben minstens één keer in hun leven de kans gehad om dit apparaat te zien, dus talloze wetenschappelijke definities zijn niet vereist. De propeller bestaat uit bladen, een naaf die via een speciale flens met de motor is verbonden, balanceergewichten die op de naaf zijn geplaatst, een mechanisme om de spoed van de propeller te veranderen en een stroomlijnkap die de naaf bedekt.

Andere namen

Wat is een andere naam voor een vliegtuigpropeller? Historisch gezien waren er twee hoofdnamen: de eigenlijke propeller en de propeller. Later verschenen er echter andere namen, die de nadruk legden op ontwerpkenmerken of extra functies die aan dit toestel waren toegewezen. Specifiek:

• Fenestron. Een schroef die in een speciaal kanaal in de staart van een helikopter is gestoken.
• Waaier. Een schroef ingesloten in een speciale ring.
• Propfan. Dit zijn pijlvormige of sabelvormige schroeven in twee rijen met een kleinere diameter.
• Windfan. Noodstroomvoorzieningssysteem van de aankomende luchtstroom.
• Rotor. Dit wordt soms de hoofdrotor van een helikopter genoemd en enkele andere.

Propellertheorie

In de kern is elke vliegtuigpropeller een soort beweegbare vleugels in miniatuur, die volgens dezelfde aerodynamicawetten leven als de vleugel. Dat wil zeggen, bewegend in de atmosferische omgeving, creëren de bladen, vanwege hun profiel en helling, een luchtstroom, de drijvende kracht van het vliegtuig. De sterkte van deze stroming is, naast het specifieke profiel, afhankelijk van de diameter en snelheid van de propeller. Tegelijkertijd is de afhankelijkheid van stuwkracht van omwentelingen kwadratisch en van diameter - zelfs tot de 4e graad. De algemene stuwkracht formule is als volgt: P=αρn²D^4waarbij:

• α – stuwkrachtcoëfficiënt van de propeller (hangt af van het ontwerp en het profiel van de bladen);
• ρ - luchtdichtheid;
• n - aantal omwentelingenschroeven;
• D is de schroefdiameter.

Het is interessant om te vergelijken met de bovenstaande formule, een andere afgeleid van dezelfde schroeftheorie. Dit is het benodigde vermogen om rotatie te verzekeren: T=Βρn³D^{5, waarbij Β de berekende vermogensfactor van de propeller is.}

Als je deze twee formules vergelijkt, kun je zien dat door de snelheid van de vliegtuigpropeller te vergroten en de diameter van de propeller te vergroten, het vereiste motorvermogen exponentieel toeneemt. Als het stuwkrachtniveau evenredig is met het kwadraat van de omwentelingen en de 4e macht van de diameter, dan neemt het vereiste motorvermogen al toe in verhouding tot de derde macht van de omwentelingen en de 5e macht van de schroefdiameter. Naarmate het motorvermogen toeneemt, neemt ook het gewicht toe, wat nog meer stuwkracht vereist. Weer een vicieuze cirkel in de vliegtuigindustrie.

Propellerspecificaties

Elke propeller die op een vliegtuig is geïnstalleerd, heeft de volgende kenmerken:

• Schroefdiameter.
• Geometrische verplaatsing (stap). Deze term verwijst naar de afstand die de schroef zou afleggen om in één omwenteling op een theoretisch vast oppervlak te botsen.
• Tread - de werkelijke afstand die de propeller in één omwenteling heeft afgelegd. Uiteraard hangt deze waarde af van de snelheid en van de rotatiefrequentie.
• Blade hoek - de hoek tussen het vliegtuig en de werkelijke spoed van de propeller.
• Blade Shape – De meeste moderne bladen zijn sabelvormig, gebogen.
• Mesprofiel - de dwarsdoorsnede van elk blad heeft in de regel een vleugelvorm.
• Mean blade akkoord –geometrische afstand tussen voor- en achterranden.

Tegelijkertijd is het belangrijkste kenmerk van een vliegtuigpropeller de stuwkracht, dat wil zeggen waar het voor nodig is.

Waardigheid

Vliegtuigen die een propeller als propeller gebruiken, zijn veel zuiniger dan hun turbojet-tegenhangers. Het rendement bereikt 86%, wat een onbereikbare waarde is voor straalvliegtuigen. Dit is hun belangrijkste voordeel, waardoor ze tijdens de oliecrisis van de jaren 70 van de vorige eeuw daadwerkelijk weer operationeel zijn geworden. Op korte afstanden is snelheid niet kritisch in vergelijking met economie, dus de meeste regionale luchtvaartvliegtuigen worden aangedreven door een propeller.

Flaws

Propellervliegtuigen hebben ook nadelen. Allereerst zijn dit puur "kinetische" nadelen. Tijdens rotatie heeft de propeller van het vliegtuig, met zijn eigen massa, effect op het lichaam van het vliegtuig. Draaien de bladen bijvoorbeeld met de klok mee, dan heeft de behuizing de neiging om respectievelijk tegen de klok in te draaien. De turbulenties die door de propeller worden gecreëerd, werken actief samen met de vleugels en het uiteinde van het vliegtuig, waardoor verschillende stromingen naar rechts en links worden gecreëerd, waardoor de vliegbaan wordt gedestabiliseerd.

Ten slotte is de roterende propeller een soort gyroscoop, dat wil zeggen, hij heeft de neiging om zijn positie te behouden, wat het moeilijk maakt om de vliegbaan voor lucht te veranderenrechtbank. Deze tekortkomingen van de vliegtuigpropeller zijn al lang bekend en ontwerpers hebben ermee leren omgaan door een zekere asymmetrie in het ontwerp van de schepen zelf of hun stuurvlakken (roeren, spoilers, etc.) aan te brengen. In alle eerlijkheid moet worden opgemerkt dat straalmotoren ook vergelijkbare "kinetische" tekortkomingen hebben, maar in iets mindere mate.

Het zogenaamde vergrendelingseffect kan ook worden toegeschreven aan de minnen, wanneer een toename van de diameter en rotatiesnelheid van de vliegtuigpropeller tot bepaalde limieten geen effect meer heeft in de vorm van een toename van de stuwkracht. Dit effect wordt geassocieerd met het verschijnen in bepaalde delen van de bladen van luchtstromen met bijna- of supersonische snelheid, wat een golfcrisis veroorzaakt, dat wil zeggen de vorming van luchtschokken. In feite overwinnen ze de geluidsgrens. In dit opzicht is de maximale snelheid van vliegtuigen met een propeller niet hoger dan 650-700 km/u.

Misschien was de enige uitzondering de Tu-95 bommenwerper, die snelheden ha alt tot 950 km/u, dat wil zeggen bijna sonische snelheid. Elk van zijn motoren is uitgerust met twee coaxiale propellers die in tegengestelde richting draaien. Welnu, het laatste probleem van propellervliegtuigen is hun geluid, waarvan de eisen voortdurend worden aangescherpt door de luchtvaartautoriteiten.

Classificatie

Er zijn veel manieren om propellers van vliegtuigen te classificeren. Ze zijn onderverdeeld in groepen, afhankelijk van het materiaal waaruit ze zijn gemaakt, de vorm van de bladen, hun diameter, hoeveelheid en een aantal andere.kenmerken. Het belangrijkste is echter hun classificatie volgens twee criteria:

• Eerst - er zijn propellers met variabele spoed en vaste spoed.
• Tweede - er zijn trekkende en duwende schroeven.

De eerste is respectievelijk aan de voorkant van het vliegtuig geïnstalleerd en de tweede aan de achterkant. Een vliegtuig met een duwpropeller ontstond eerder, maar toen werd het een tijdje vergeten en verscheen het pas relatief recent weer in de lucht. Nu wordt deze lay-out veel gebruikt op kleine vliegtuigen. Er zijn zelfs vrij exotische opties, uitgerust met zowel trekkende als duwende messen tegelijk. Een vliegtuig met een achterpropeller heeft een aantal voordelen, waarvan de belangrijkste de hogere hef-tot-weerstandsverhouding is. Door het ontbreken van extra luchtstroom van de propeller heeft de vleugel echter de slechtste start- en landingseigenschappen.

Schroeven met variabele spoed

Variabele propellers zijn geïnstalleerd op bijna alle moderne middelgrote en grote vliegtuigen. Met een grote bladspoed wordt veel stuwkracht bereikt, maar als het motortoerental vrij laag is, zal de acceleratie extreem langzaam zijn. Dit lijkt erg op de situatie met een auto die in hogere versnellingen probeert te starten.

Hoge snelheid en kleine propellerspoed creëert het gevaar van afslaan en stuwkracht tot nul terugbrengen. Daarom verandert de toonhoogte tijdens de vlucht voortdurend. Nu gebeurt dit door automatisering, maar daarvoor moest de piloot dit zelf constant handmatig in de gaten houden.de hoek aanpassen. Het mechanisme voor het veranderen van de spoed van de propeller is een speciale bus met een aandrijfmechanisme dat de bladen in de vereiste mate roteert ten opzichte van de rotatie-as.

Moderne ontwikkeling in Rusland

Het werk aan het verbeteren van apparaten is nooit gestopt. Op dit moment worden tests uitgevoerd met een nieuwe propeller van het AB-112-vliegtuig. Het zal worden gebruikt op het Il-112V lichte militaire transportvliegtuig. Dit is een 6-blads propeller met een rendement van 87%, een diameter van 3,9 meter en een toerental van 1200 rpm en een propeller met variabele spoed. Er is een nieuw bladprofiel ontwikkeld en het ontwerp is lichter gemaakt.