Lennuki propeller: nimi, klassifikatsioon ja omadused

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Õhu liikumise aluseks aerodünaamika põhimõtetel on jõud, mis neutraliseerib õhutakistust lennul ja gravitatsioonil. Kõikidel kaasaegsetel lennukitel, välja arvatud purilennukitel, on mootor, mille võimsus muundatakse selleks jõuks. Mehhanism, mis muudab elektrijaama võlli pöörlemise tõukejõuks, on lennuki propeller.

Propelleri kirjeldus

Lennuki propeller on labadega mehaaniline seade, mida pöörleb mootori võll ja mis loob õhusõiduki liikumiseks õhus tõukejõu. Labasid kallutades paiskab propeller õhku tagasi, luues selle ette madala rõhuga ala ja selle taga kõrge rõhuga ala. Peaaegu kõigil inimestel maa peal oli vähem alt korra elus võimalus seda seadet näha, nii et arvuk alt teaduslikke määratlusi pole vaja. Sõukruvi koosneb labadest, spetsiaalse ääriku kaudu mootoriga ühendatud rummust, rummule asetatud tasakaalustavatest raskustest, sõukruvi sammu muutmise mehhanismist ja rummu katvast kaitsekattest.

Teised nimed

Mis on lennuki propelleri teine nimi? Ajalooliselt oli kaks peamist nimetust: tegelik propeller ja propeller. Hiljem ilmusid aga teised nimed, mis rõhutasid kas disainifunktsioone või sellele seadmele omistatud lisafunktsioone. Täpsem alt:

• Fenestron. Helikopteri sabas olevasse spetsiaalsesse kanalisse sisestatud kruvi.
• Tiibuv. Spetsiaalsesse rõngasse suletud kruvi.
• Propfan. Need on noole- või mõõgakujulised kaherealised vähendatud läbimõõduga kruvid.
• Tuuleventilaator. Avarii-varutoitesüsteem vastutulevast õhuvoolust.
• Rootor. Seda nimetatakse mõnikord helikopteri pearootoriks ja mõneks muuks.

Propelleri teooria

Oma põhiolemuselt on iga lennuki propeller omamoodi miniatuursed liigutatavad tiivad, mis toimivad samade aerodünaamika seaduste järgi nagu tiib. See tähendab, et atmosfäärikeskkonnas liikudes tekitavad labad oma profiili ja kalde tõttu õhuvoolu, mis on lennuki liikumapanev jõud. Selle voolu tugevus sõltub lisaks konkreetsele profiilile propelleri läbimõõdust ja kiirusest. Samal ajal on tõukejõu sõltuvus pööretest ruutkeskmine ja läbimõõdust isegi 4. kraadini. Üldine tõukejõu valem on järgmine: P=αρn²D^4kus:

• α – propelleri tõuketegur (sõltub labade konstruktsioonist ja profiilist);
• ρ - õhu tihedus;
• n - pöörete arvkruvid;
• D on kruvi läbimõõt.

Huvitav on võrrelda ül altoodud valemiga, teise valemiga, mis on tuletatud samast kruviteooriast. See on pöörlemise tagamiseks vajalik võimsus: T=Βρn³D^{5, kus Β on propelleri arvutatud võimsustegur.}

Neid kahte valemit võrreldes on näha, et suurendades lennuki propelleri kiirust ja suurendades propelleri läbimõõtu, kasvab vajalik mootori võimsus plahvatuslikult. Kui tõukejõu tase on võrdeline pöörete ruudu ja läbimõõdu 4. võimsusega, siis vajalik mootori võimsus suureneb juba võrdeliselt pöörete kuubi ja propelleri läbimõõdu 5. võimsusega. Mootori võimsuse kasvades suureneb ka selle kaal, mis nõuab veelgi suuremat tõukejõudu. Veel üks nõiaring lennukitööstuses.

Propelleri tehnilised andmed

Igal õhusõidukile paigaldatud propelleril on järgmised omadused:

• Kruvi läbimõõt.
• Geomeetriline liigutus (samm). See termin viitab teepikkusele, mille kruvi läbib, põrkudes ühe pöördega vastu teoreetilise tahke pinnaga.
• Turvis – tegelik vahemaa, mille sõukruvi läbib ühe pöördega. Ilmselgelt sõltub see väärtus kiirusest ja pöörlemissagedusest.
• Laba nurk – nurk tasapinna ja propelleri tegeliku sammu vahel.
• Tera kuju – enamik kaasaegseid lõiketerasid on mõõgakujulised, kumerad.
• Teraprofiil – iga tera ristlõige on reeglina tiivakujuline.
• Keskmine tera akord –geomeetriline vahemaa esi- ja tagumise serva vahel.

Samas on lennuki propelleri peamine omadus selle tõukejõud ehk see, milleks seda vaja on.

Väärikus

Lennukid, mis kasutavad propellerit propellerina, on palju ökonoomsemad kui nende turboreaktiivmootoriga lennukid. Kasutegur ulatub 86%-ni, mis on reaktiivlennukite jaoks kättesaamatu väärtus. See on nende peamine eelis, mis tegelikult pani need eelmise sajandi 70. aastate naftakriisi ajal uuesti tööle. Lühikestel vahemaadel ei ole kiirus ökonoomsusega võrreldes kriitilise tähtsusega, seega on enamik piirkondliku lennunduse õhusõidukeid sõukruviga.

Puudused

Propellerlennukitel on ka puudusi. Esiteks on need puht alt "kineetilised" miinused. Pöörlemise ajal avaldab lennuki propeller, millel on oma mass, mõju lennuki kerele. Kui terad näiteks pöörlevad päripäeva, siis korpus kipub pöörlema vastav alt vastupäeva. Propelleri tekitatud turbulentsid mõjutavad aktiivselt õhusõiduki tiibade ja tühjendamist, tekitades erinevaid vooge paremale ja vasakule, destabiliseerides seeläbi lennutrajektoori.

Lõpuks on pöörlev propeller omamoodi güroskoop, see tähendab, et see kipub säilitama oma asendit, mis muudab lennutrajektoori muutmise õhu jaoks keerulisekskohus. Need lennuki propelleri puudused on teada juba ammu ja disainerid on õppinud nendega toime tulema, kehtestades teatud asümmeetria laevade endi või nende juhtpindade (tüürid, spoilerid jne) konstruktsioonis. Aus alt öeldes tuleb märkida, et ka reaktiivmootoritel on sarnaseid "kineetilisi" puudusi, kuid mõnevõrra vähemal määral.

Nn lukustusefekti võib seostada ka miinustega, kui lennuki propelleri läbimõõdu ja pöörlemiskiiruse suurenemine teatud piirini ei anna enam efekti tõukejõu suurenemise näol. Seda efekti seostatakse labade teatud osades peaaegu või ülehelikiirusega õhuvoolude ilmnemisega, mis tekitab lainekriisi, st õhulöökide teket. Tegelikult ületavad nad helipiiri. Sellega seoses ei ületa propelleriga lennukite maksimaalne kiirus 650–700 km/h.

Võib-olla oli ainsaks erandiks pommitaja Tu-95, mis saavutab kuni 950 km/h ehk peaaegu helikiiruse. Iga selle mootor on varustatud kahe vastassuundades pöörleva koaksiaalpropelleriga. Noh, propellerlennukite viimane probleem on nende müra, mille nõudeid lennuametid pidev alt karmistavad.

Klassifikatsioon

Lennuki propellerite klassifitseerimiseks on palju võimalusi. Need on jagatud rühmadesse sõltuv alt materjalist, millest need on valmistatud, terade kuju, nende läbimõõdu, koguse ja paljude teiste järgi.omadused. Kõige olulisem on aga nende klassifitseerimine kahe kriteeriumi järgi:

• Esiteks – on muutuva sammuga ja fikseeritud sammuga propellerid.
• Teiseks – on tõmbe- ja lükkamiskruvid.

Esimene on paigaldatud lennuki ette ja teine vastav alt taha. Tõukurpropelleriga lennuk tekkis varem, kuid siis unustati see mõneks ajaks ja alles suhteliselt hiljuti ilmus taevasse uuesti. Nüüd kasutatakse seda paigutust laialdaselt väikestel lennukitel. On isegi üsna eksootilisi valikuid, mis on varustatud nii tõmbe- kui ka lükkavate teradega korraga. Tagumise propelleriga lennukil on mitmeid eeliseid, millest peamine on selle kõrgem tõstejõu ja tõmbe suhe. Täiendava õhuvoolu puudumise tõttu propellerist on tiival aga kõige halvemad stardi- ja maandumisomadused.

Muutuva sammuga kruvid

Muutuva sammuga propellerid on paigaldatud peaaegu kõigile kaasaegsetele keskmistele ja suurtele lennukitele. Suure labade sammuga saavutatakse palju tõukejõudu, kuid kui mootori pöörded on üsna madalad, on kiirendus üliaeglane. See on väga sarnane olukorraga auto puhul, kui proovitakse käivitada kõrgemaid käike.

Suur kiirus ja väike sõukruvi samm tekitavad seiskumise ja tõukejõu nullimise ohu. Seetõttu muutub lennu ajal helikõrgus pidev alt. Nüüd teeb seda automaatika, kuid enne pidi piloot ise seda pidev alt käsitsi jälgima.reguleerige nurka. Sõukruvi sammu muutmise mehhanismiks on spetsiaalne puks koos ajamimehhanismiga, mis pöörab labasid pöörlemistelje suhtes vajalikul määral.

Kaasaegne areng Venemaal

Töö seadmete täiustamisel pole kunagi peatunud. Hetkel käivad lennuki AB-112 uue propelleri katsetused. Seda hakatakse kasutama kergetel sõjaväetranspordilennukitel Il-112V. See on 6 labaga sõukruvi, mille kasutegur on 87%, läbimõõt 3,9 meetrit ja pöörlemiskiirus 1200 p/min ning muudetava sammuga propeller. Välja on töötatud uus teraprofiil ja selle kujundust on kergendatud.