El principio de funcionamiento de la hélice. Teoría de las hélices: de las primeras hélices a las unidades eficientes del futuro. Especificaciones de la hélice

Recientemente, ha habido cierto divagar, y en ocasiones directamente engañoso, con respecto a la elección de las hélices en los modelos acrobáticos hobbit, que, con ciertas suposiciones, también pueden incluir modelos de entrenamiento. La razón aquí, al parecer, es que en las áreas deportivas tradicionales, las pautas se han desarrollado durante mucho tiempo y se han llevado a cabo pruebas teóricas de la elección óptima de las hélices, en modelos de alta velocidad, carreras y temporizador. Con el fin de llegar a los criterios correctos sin profundizar demasiado en los desvaríos de la teoría clásica del tornillo, se propone el siguiente material para discusión.

A primera vista teórico todo es simple. Tomas las características externas y de aceleración del motor y la familia de características aerodinámicas de las hélices disponibles en el mercado, utilizando estas últimas construyes una familia de gráficos de la potencia requerida en las mismas coordenadas que las características externas del motor. Luego, en el modo de velocidad deseado, encuentra la intersección de los gráficos; así es como obtuvo el tornillo óptimo. Todo es más difícil en la vida. Si, con la debida diligencia, las características externas del motor aún se pueden tomar en el stand, entonces las características de soplado de las hélices modelo son poco probables. Las firmas modelo, incluso gigantes, tampoco las dan. La solución se sugiere de la siguiente manera: se toman como parámetros básicos los generalmente aceptados o recomendados por el fabricante del motor, y luego se aproximan sucesivamente en la dirección necesaria para el diseñador. Para hacer esto, es necesario comprender al menos cualitativamente cómo ciertos parámetros de diseño afectan las características de la hélice. Esto se discutirá más adelante.

Comencemos con las principales disposiciones de la teoría de la hélice, tomando de ella solo algunas fórmulas:

empuje de la hélice

Potencia necesaria para hacer girar la hélice

Paso relativo de la hélice

relación de empuje de la hélice

factor de potencia de la hélice

Densidad del aire

revoluciones de la hélice

Diámetro del tornillo

velocidad del avión

No tomaremos más fórmulas, de lo contrario a muchos no les interesará.

Analíticamente, no se puede contar mucho aquí, porque lo principal es cómo se comportan los coeficientes de empuje y potencia de la hélice, así como su relación, que determina la eficiencia de la hélice. Estos parámetros se establecen empíricamente tomando las características de hélices específicas soplando en un túnel de viento. Por lo tanto, consideramos su cambio cualitativo dependiendo de diferentes parámetros. Comencemos con la eficiencia. Para un tornillo típico, el gráfico se ve así:

Tenga en cuenta que el paso relativo es un valor adimensional y es igual a uno a una velocidad de vuelo de 1 m / s, una velocidad de hélice de 60 rpm y su diámetro de 1 metro. Ahora necesitamos explicar por qué el gráfico se ve así. Con una banda de rodadura cero, la eficiencia es cero, porque la hélice no hace ningún trabajo: el avión se detiene. Con una carrera de 1,6, esta hélice tampoco realiza trabajo, porque su paso es tal que las palas se mueven con un ángulo de ataque cero (es decir, perpendicular al flujo) y no forman ningún empuje. Para tornillos con diferente paso forma general el gráfico es el mismo, pero está proporcionalmente comprimido (con un paso más pequeño) o estirado (con un paso más grande) a lo largo del eje. Con un deslizamiento del 20-30% (para un tornillo dado en la región = 1,1 - 1,4), la eficiencia del tornillo es máxima y puede alcanzar un valor de 0,8. Esta es el área más ventajosa en términos de utilización de la potencia del motor. Curiosamente, en esta región, la eficiencia cambia de manera insignificante; a medida que la velocidad disminuye en este rango, el empuje aumenta proporcionalmente, lo que tiene un efecto positivo en la estabilidad de la velocidad del vuelo. Cuando el deslizamiento es inferior al 15 - 20%, la eficiencia comienza a caer bruscamente, porque el ángulo de ataque de la pala disminuye, respectivamente, la pala de la hélice cae y su empuje disminuye. En el rango de paso relativo de 0 a 0,9, la eficiencia de la hélice depende casi linealmente de la velocidad, lo que indica su empuje casi constante. Aquellos. Contrariamente a la creencia popular, el empuje de una hélice en vuelo correctamente seleccionada se puede determinar con bastante precisión a partir del empuje estático con ligeras correcciones. Si observa con más precisión esta parte del gráfico, entonces es algo convexo en la mitad izquierda. Esto se debe a que el empuje de la hélice disminuye un poco al disminuir la velocidad debido a un aumento en la carga sobre la hélice B (vea la fórmula, donde la velocidad está en el denominador e incluso al cuadrado). Una dependencia típica al cambiar B de cero a 10 se ve así:

La caída en el coeficiente de empuje está asociada con un cambio en la naturaleza del flujo de aire frente a la hélice con una disminución en la velocidad. Pero no es la razón lo que nos importa, sino el hecho de que una hélice correctamente seleccionada en estática proporcione un empuje inferior al empuje con la máxima eficiencia, en no más del 15 %.

Ahora sobre lo que es un tornillo correctamente seleccionado. Volvamos al gráfico de eficiencia. Si le coloca una familia de gráficos de tornillos que difieren solo en el paso, se parecerán al existente, pero comprimidos o estirados a lo largo del eje, como se mencionó anteriormente. Es cierto que la eficiencia máxima con el paso decreciente también disminuye. El valor máximo de 0,8 se produce si el deslizamiento óptimo del tornillo cae en un paso relativo de aproximadamente uno. Este es uno de los criterios para un tornillo correctamente seleccionado.

Para evaluar dónde están los valores típicos, tomemos un motor de 40 volúmenes con una potencia de 1.3 hp. a 14.000 rpm y calcule una hélice de tamaño 250 por 150 típica para este caso.A una velocidad acrobática de 90 km/h, obtenemos 0,43. Con tal paso, la eficiencia máxima no excederá de 0,6. Para obtener tal eficiencia, el paso de la hélice con un deslizamiento del 20% debe ser de unos 9 centímetros, y para obtener la potencia disponible con tal paso, el diámetro de la hélice debe aumentarse a 27 - 30 centímetros. Con el paso anterior, la eficiencia no será superior a 0,5. Se obtiene una eficiencia tan baja debido a velocidades del motor demasiado altas a la máxima potencia.

Veamos cómo quedan los profesionales de F3A a la luz de lo anterior. La gran mayoría de ellos vuela OS MAX 140 RX con una hélice de 16 x 14" a velocidades de 90 - 70 km/h a unas 9000 rpm. La hélice de 14" es óptima con un deslizamiento del 25 % a unos 180 km/h. A 90 km/h, su eficiencia será de 0,65, ya 70 km/h - 0,5. Un cálculo simple muestra que en el rango de velocidad de 50 a 100 km / h, el empuje de esta hélice no depende en absoluto de la velocidad, sino que está determinado solo por la velocidad del motor. Esto es probablemente lo que les gusta a los profesionales, porque. con esta hélice en el rango de velocidad de vuelo, existe una relación de uno a uno entre la posición de la palanca del acelerador y el empuje del motor. La hélice óptima de 18 por 8 dará un empuje superior al veinte por ciento a 90 km/h, pero dependerá no solo del régimen del motor, sino también de la velocidad de la aeronave. Los profesionales están dispuestos a sacrificar este aditivo por un mejor control de la tracción.

La peor situación es para los modelos con temporizador. Allí, el motor gira hasta 30.000 rpm y la velocidad de elevación de la aeronave es baja. Con un diámetro de tornillo muy pequeño, la carga sobre el tornillo resulta terrible. En el contexto de lo anterior, la observación de E. Verbitsky, mencionada en el número 5 del Ministerio de Educación y Ciencia de 1999, suena muy plausible. Dice que según sus cálculos "... las hélices F1C convencionales con un diámetro de 180 mm a una velocidad de 28.000 rpm tienen una eficiencia de alrededor del 40%. Al reducir la velocidad a 7000 usando una caja de cambios mientras aumenta el diámetro de la hélice , puede aumentar la eficiencia de la hélice al 80%". Los mismos resultados se obtuvieron del autor de este material.

Aquí en las carreras de radio, es todo lo contrario. Allí las velocidades son tales que para casi cualquier velocidad se puede calcular una hélice con una eficiencia cercana a 0,8. Arriba, se ha prestado poca atención al factor de potencia. Esto no es una coincidencia. El caso es que este parámetro es importante a la hora de calcular el régimen extremo. Si la hélice está diseñada para un empuje máximo a la máxima potencia, entonces en los modos parciales, que se discutieron principalmente, existe la confianza de que la potencia del motor será suficiente. Además, independientemente de las características externas del motor, porque las revoluciones en la fórmula de la potencia requerida están en la tercera potencia. Tan rápidamente, la potencia no puede disminuir con una disminución de la velocidad, incluso en motores con escape resonante y sincronización de válvulas de alta velocidad. Para los modelos acrobáticos, no son los modos extremos los que son más importantes, sino toda la gama de velocidades y cargas de la hélice.

Unas líneas sobre el ancho de la hoja. Se cree ampliamente que al reducir el ancho de la pala de la hélice, se puede aumentar ligeramente su eficiencia. Esto es cierto, pero para modos de alta velocidad con una carga relativamente pequeña en la hélice. Para una hélice con una pala estrecha, la característica es más pronunciada. Tanto es así que con una carga pesada, la eficiencia de una hélice con una pala más ancha es mayor. Al mismo tiempo, esto ocurre en la región de pequeños valores absolutos de la eficiencia.

Para bajas velocidades de vuelo con motores de alta velocidad, no es posible reducir el paso y aumentar el diámetro de la hélice indefinidamente. Cuando el ángulo de ataque de la pala es menor que el perfil polar más favorable para un perfil dado, el empuje de un solo elemento disminuye más rápido de lo que aumenta el área de barrido de la hélice. Aquellos. para vuelo lento hay un paso mínimo, más allá del cual la optimización de la instalación de la hélice solo es posible a través de la caja de cambios.

¿Cuál de los largos razonamientos mencionados anteriormente puede concluirse?

El primero- una hélice correctamente seleccionada proporcionará al pilotaje un empuje máximo aproximadamente constante en un amplio rango de velocidades de vuelo, comenzando desde el principio.

Segundo- los modelos de motores existentes, debido a las características externas de alta velocidad, no permiten acrobacias aéreas lentas tendencias actuales F3A usa tornillos con buena eficiencia. Por cierto, de esta conclusión se desprende la opinión ampliamente presentada en los artículos del Instituto de Agricultura de Moscú sobre la importancia de la cubatura del motor para los modelos de vuelo y entrenamiento, y no su potencia, en particular, por los autores A. Sokolov y D. Dmítriev.

Tercero- para las acrobacias aéreas 3D modernas y en aviones de vuelo en abanico, el uso de un motorreductor con un diámetro de hélice mucho mayor puede considerarse prometedor. Solo de esta manera mejorará dramáticamente (dos veces) la relación empuje/peso de la planta de energía. Entonces puede contar con un gran margen de empuje a velocidades de helicóptero y vuelo estacionario. Ahora se cuelgan de Diamante con tornillos de 310 x 95 mm. Este es el límite, ya no es efectivo reducir el paso a continuación.

Y el último - sobre las hélices de paso variable. En modelos acrobáticos, su uso no es práctico. VISH, por supuesto, permitirá a bajas velocidades dar un aumento en la tracción debido a una mayor eficiencia, pero este aumento no es necesario allí. Además, este aumento será menor que el teórico debido al giro aerodinámico de la pala. A diferencia de las hélices de los helicópteros, las hélices de los aviones tienen un giro decente, óptimo solo en un paso. En la aviación grande, el VISH se ha generalizado principalmente para garantizar una alta eficiencia de la instalación del motor, que no juega un papel importante para los modelos.

PD El material contiene fórmulas y gráficos de las monografías de Aleksandrov V.L. "Tornillos de aire" y Bolonkina A.A. "La teoría del vuelo de los modelos voladores". En los cálculos de eficiencia se utilizó una grilla de características aerodinámicas de la hélice inglesa del último trabajo.

la relación entre la potencia útil gastada para vencer la resistencia al movimiento de la aeronave y la potencia del motor
N: (η) = VP/N
(P -, V - traslacional).
A tales velocidades de vuelo, cuando no se producen corrientes supersónicas locales en las palas de la hélice, las pérdidas principales están asociadas con la resistencia inductiva (pérdidas inductivas) y la resistencia del perfil. Las pérdidas inductivas son mínimas si la hélice crea un campo de velocidad detrás de ella que coincide con la superficie helicoidal sólida descrita por la hélice. desplazándose con una velocidad de poste en la dirección de su eje. Este campo de velocidad, o uno cercano, se proporciona mediante una elección adecuada de la distribución de la circulación de velocidad a lo largo del álabe (es decir, mediante la elección de la forma del álabe).
A altas velocidades de vuelo subsónicas, cuando se forman áreas con flujo supersónico en las palas, cerradas por ondas de choque, (las pérdidas por ondas) se vuelven significativas. Manera efectiva Para reducir las pérdidas por olas es el uso de perfiles con los valores más altos posibles de números de Mach críticos y perfiles supercríticos, así como la curvatura posterior de la hoja (hojas en forma de sable) similar al ala en flecha. La curvatura hacia adelante (barrido hacia atrás) no tiene efecto aquí debido al aumento en la velocidad relativa del flujo con un aumento en el radio y la mezcla de la onda de choque de cierre con el borde de salida. Con un aumento en el vuelo, el número de Mach (η) de las hélices con carreras anchas de palas en forma de sable (propfans) disminuye significativamente menos que (η) de las hélices con palas estrechas convencionales, aunque las pérdidas inductivas son las mismas.

Aviación: Enciclopedia. - M.: Gran Enciclopedia Rusa. Redactor jefe G.P. Svishchev. 1994 .

Vea qué es "Eficiencia de la hélice" en otros diccionarios:

eficiencia de la hélice Enciclopedia "Aviación"

eficiencia de la hélice- eficiencia de la hélice: la relación entre la potencia útil gastada para vencer la resistencia al movimiento de la aeronave y la potencia del motor N: η = PV / N (P - empuje de la hélice, V - velocidad de traslación ... Enciclopedia "Aviación"

eficiencia de la hélice- eficiencia hélice Una cantidad adimensional caracterizada por la relación entre la potencia efectiva de la hélice y la potencia de la hélice. [GOST 21664 76] Hélices de aire motores de avión Sinónimos para eficiencia tornillo ... Manual del traductor técnico

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La hélice de palas de una aeronave, también conocida como hélice o máquina de palas, que es impulsada en rotación por la operación del motor. Con la ayuda de un tornillo, el par del motor se convierte en empuje.

La hélice actúa como hélice en aeronaves como aeroplanos, ciclogiros, autogiros, motos de nieve, aerodeslizadores, ekranoplanos, así como helicópteros con motores turbohélice y de pistón. Para cada una de estas máquinas, el tornillo puede realizar diferentes funciones. En los aviones, se utiliza como rotor, que crea empuje, y en helicópteros proporciona sustentación y rodaje.

Todas las hélices de los aviones se dividen en dos tipos principales: hélices de paso variable y fijo. Según el diseño de la aeronave, las hélices pueden proporcionar empuje o tracción.

Al girar, las palas de la hélice captan aire y producen su rechazo en sentido contrario al de vuelo. Se crea una presión reducida en la parte delantera del tornillo y una zona con alta presión. El aire lanzado adquiere una dirección radial y circunferencial, por lo que se pierde parte de la energía que se le suministra a la hélice. El propio remolino del flujo de aire reduce la aerodinámica del aparato. Los aviones agrícolas, cuando trabajan en los campos, tienen poca uniformidad en la dispersión de productos químicos debido al flujo de la hélice. Un problema similar se ha solucionado en dispositivos que cuentan con una disposición de tornillo coaxial, en este caso la compensación se produce con la ayuda del tornillo trasero, que gira en sentido contrario. Se instalan hélices similares en aviones como el An-22, Tu-142 y Tu-95.

Parámetros técnicos de las hélices

Las características más significativas de las hélices, de las que depende, por supuesto, la fuerza de empuje y el propio vuelo, son el paso de la hélice y su diámetro. El paso es la distancia que puede recorrer una hélice al ser enroscada en el aire en una revolución completa. Hasta los años 30 del siglo pasado se utilizaban hélices con paso de rotación constante. Solo a fines de la década de 1930, casi todos los aviones estaban equipados con hélices de paso variable.

Parámetros del tornillo:

El diámetro del círculo de la hélice es el tamaño que describen las puntas de las palas al girar.

El paso del tornillo es la distancia real recorrida por el tornillo en una revolución. Esta característica depende de la velocidad de movimiento y de las revoluciones.

El paso geométrico de la hélice es la distancia que la hélice podría recorrer en un medio sólido en una revolución. Se diferencia de la banda de rodadura de la hélice en el aire por el deslizamiento de las palas en el aire.

El ángulo de ubicación e instalación de las palas de la hélice es la inclinación de la sección de palas al plano real de rotación. Debido a la presencia de torsión de las palas, el ángulo de rotación se mide a lo largo de la sección, en la mayoría de los casos es 2/3 de la longitud total de la pala.

Las palas de la hélice tienen un borde frontal - cortante - y uno de fuga. La sección transversal de las palas tiene un perfil tipo ala. En el perfil de las palas hay una cuerda, que tiene una curvatura y espesor relativos. Para aumentar la resistencia de las palas de la hélice, se utiliza una cuerda que tiene un engrosamiento hacia la raíz de la hélice. Los cordones de sección se encuentran en diferentes planos, ya que la pala se realiza torcida.

El paso de la hélice es la característica principal de la hélice, depende principalmente del ángulo de las palas. El paso se mide en unidades de distancia recorrida por revolución. Cuanto más paso hace la hélice en una revolución, más volumen desecha la pala. A su vez, un aumento en el paso conduce a cargas adicionales en la planta de energía, respectivamente, disminuye el número de revoluciones. Los aviones modernos tienen la capacidad de cambiar la inclinación de las palas sin detener el motor.

Ventajas y desventajas de las hélices.

La eficiencia de las hélices en los aviones modernos alcanza el 86%, lo que las hace muy demandadas por la industria aeronáutica. También se debe tener en cuenta que los turbohélices son mucho más económicos que los aviones a reacción. Sin embargo, los tornillos tienen algunas limitaciones tanto en su funcionamiento como en el plan constructivo.

Una de estas limitaciones es el “efecto de bloqueo”, que se produce cuando aumenta el diámetro del tornillo o cuando se le suma el número de revoluciones, y el empuje, a su vez, se mantiene en el mismo nivel. Esto se debe a que en las palas de la hélice aparecen secciones con flujos de aire supersónicos o transónicos. Es este efecto el que no permite que los aviones con hélices alcancen velocidades superiores a los 700 km/h. Por el momento, el automóvil con hélices más rápido es el modelo doméstico del bombardero de largo alcance Tu-95, que puede alcanzar velocidades de 920 km / h.

Otra desventaja de los tornillos es el alto nivel de ruido, que está regulado por los estándares mundiales de la OACI. El ruido de los tornillos no se ajusta a los estándares de ruido.

Desarrollos modernos y el futuro de las hélices de los aviones.

La tecnología y la experiencia permiten a los diseñadores superar algunos de los problemas de ruido y aumentar la tracción más allá de las limitaciones.

Por lo tanto, fue posible evitar el efecto de bloqueo debido al uso de un potente motor turbohélice del tipo NK-12, que transmite potencia a dos hélices coaxiales. Su rotación en lados diferentes permitido evitar el bloqueo y aumentar la tracción.

También se utilizan palas delgadas en forma de sable en las hélices, que tienen la capacidad de retrasar la crisis. Esto le permite alcanzar velocidades más altas. Este tipo de hélices está instalada en el avión An-70.

Por el momento, se están realizando desarrollos para crear hélices supersónicas. A pesar de que el diseño se está realizando desde hace mucho tiempo con considerables inyecciones de efectivo, no ha sido posible lograr un resultado positivo. Tienen una forma muy compleja y precisa, lo que complica mucho los cálculos de los diseñadores. Se ha demostrado que algunas hélices disponibles en el mercado del tipo supersónico son muy ruidosas.

Encerrar la hélice en un anillo, un impulsor, es una dirección de desarrollo prometedora, ya que reduce el flujo final alrededor de las palas y el nivel de ruido. También mejoró la seguridad. Hay algunos aviones con ventiladores que tienen el mismo diseño que el impulsor, pero además están equipados con un aparato de dirección del flujo de aire. Esto mejora en gran medida la eficiencia de la hélice y el motor.

M. Maslov

A fines de la década de 1930, las capacidades limitadas de la hélice causaron dificultades para resolver el problema de aumentar aún más la velocidad de vuelo de los aviones con motores de pistón. El aumento de la potencia de los motores de las aeronaves y, en particular, el aumento de su altitud, con las restricciones de diseño existentes sobre el diámetro de las hélices, llevó a la necesidad de aumentar el número de palas de las hélices, así como su superficie de trabajo. todos opciones Para obtener una hélice más eficiente, la atención de los diseñadores comenzó a ser atraída por las hélices coaxiales.

Consideraciones elementales llevaron a los diseñadores a pensar en las ventajas de las hélices que giran en direcciones opuestas. El momento de reacción total de tales hélices era igual a cero, por lo que no había necesidad de compensadores aerodinámicos. Durante el vuelo curvilíneo, se eliminó el momento giroscópico, lo que aumentó la maniobrabilidad. El flujo de aire arremolinado por el tornillo delantero fue enderezado por el trasero, lo que creó la posibilidad de aumentar la eficiencia. Además, el flujo rectificado proporcionó un flujo simétrico alrededor de la propia aeronave, lo que fue muy propicio para mejorar la capacidad de control durante el despegue y el aterrizaje. Naturalmente, estas consideraciones necesitaban ser confirmadas por datos experimentales.

Cabe señalar que el interés por las hélices coaxiales se viene mostrando desde hace tantos años como vuelos tripulados se han realizado. Los hermanos Wright también instalaron hélices contrarrotantes en su primer avión para eliminar el torque de la hélice. En 1918 se llevaron a cabo estudios (ni mucho menos los únicos) de hélices coaxiales de dos palas en los laboratorios de la Universidad de Stanford en EE.UU. Los resultados de estos estudios no fueron muy prometedores, ya que resultó que la eficiencia de un sistema de hélice de este tipo es algo menor que la de una sola hélice de dos palas. Se concluyó (que se confirmó en todos los estudios posteriores) que con motores de baja potencia, es decir, con cargas relativas pequeñas en las palas, las hélices coaxiales no tienen ventajas. La investigación sobre este tema se detuvo durante más de 10-15 años,

Los diseñadores de aeronaves durante este período utilizaron hélices contrarrotantes, con la ayuda de las cuales buscaban principalmente lograr la eliminación del momento reactivo y aumentar la estabilidad de la aeronave mejorando su flujo de aire. Esto se aplica principalmente a los hidroaviones Dornier "Val", Do-18, Short "Singapore" y Loire-Nyopor. Obviamente, los estrictos requisitos para los hidroaviones llevaron al hecho de que, por primera vez, las posibilidades de las hélices coaxiales se demostraron triunfalmente precisamente en un hidroavión: el italiano Macchi-Castoldi M-7 2.

Este avión fue construido específicamente para las competiciones internacionales de la Copa Schneider, donde a menudo se establecían récords mundiales de velocidad.Una característica de las carreras era la participación en ellas exclusivamente de hidroaviones, y estos eran principalmente máquinas de dos flotadores. Los pilotos que participaban en estas competencias debían iniciar el despegue en ángulo recto con el viento, ya que el momento de reacción desequilibrado de una sola hélice hizo que el flotador opuesto se hundiera en el agua, dando como resultado un giro completo de 90° en la dirección del viento. Está claro que tal maniobra era difícil de realizar y representaba un peligro considerable. Obviamente, fue esta deficiencia la que obligó al diseñador Map y a Castoldi a utilizar hélices coaxiales en su M-72. En el proceso de creación de la máquina, los estudios realizados mostraron que también se puede esperar un aumento significativo en la velocidad. Y aunque la rotación de las hélices no estaba sincronizada (cada hélice giraba por un motor separado y casi siempre había alguna diferencia en la velocidad), se logró el éxito. En 1934, el Macchi-Castoldi M-72 estableció un récord mundial de velocidad de 709 km/h, que duró hasta 1939.

A partir de ese momento se reanudó el interés por las hélices coaxiales. Aparecieron varios aviones experimentales, en los que se probaron estudios teóricos en esta área. La más interesante de estas máquinas puede llamarse el holandés Kolhoven FK .55 (Fig. 1), demostrado en el Salón Aeronáutico de París en 1936. Sin embargo, ni el FK .55 ni ningún avión similar recibió desarrollo. La complejidad y el gran peso de la caja de cambios con la potencia del motor disponible aún no prometen una ganancia notable.

Solo en el apogeo de la Segunda Guerra Mundial, cuando la potencia de los motores de pistón de los aviones aumentó a 2000 hp. Con. y más, los proyectos de hélices coaxiales comenzaron a plasmarse realmente en los diseños de aeronaves. La empresa inglesa Rotol, que creó un prototipo en 1942. planta de energía con hélices coaxiales, al final de la guerra equipó al caza Sifire con él. Dust probó con éxito instalaciones similares en otros dos combatientes británicos experimentados: el MV-5 y el Tornado Hawker. En los Estados Unidos, en el mismo período, se utilizaron hélices coaxiales en aviones experimentales XP-75, XF - 14C y XB-4 2. Sin embargo, el éxito fue tardío, porque el ascenso triunfal del motor de turbina de gas, prometiendo mucho más alto velocidades de vuelo, redujo significativamente la posibilidad de utilizar hélices en general.

A partir de ese momento, es decir Desde mediados de los años 40, las hélices coaxiales se han utilizado en aviones de pasajeros y de transporte. Habiendo recibido un renacimiento con el desarrollo de motores turbohélice, tales hélices se utilizan con éxito hasta el día de hoy.

Continuando con el tema planteado, es necesario describir el trabajo en esta dirección realizado en la URSS.

Entre los diseñadores soviéticos, Alexander Moskalev fue uno de los primeros en utilizar hélices coaxiales. En el período 1933 - 1934. OKB Moskalev junto con el Departamento de Aeromecánica de Voronezh Universidad Estatal comenzó el desarrollo de nuevas configuraciones aerodinámicas para obtener altas velocidades de vuelo. Como resultado, se encontró la dirección más conveniente para dar forma a la apariencia de la aeronave.

El proyecto, que recibió la designación "Sigma" (Fig. 2), era un diagrama de un "ala voladora" triangular estilizada de muy pequeña elongación (menos de uno). Se suponía que el avión instalaría dos motores Hispano-Suiza 12 YBRS con hélices coaxiales contrarrotantes. Como el italiano Mario Castoldi en su MK-72. Moskalev buscó, en primer lugar, eliminar el par reactivo de la hélice y mejorar la controlabilidad, y también pudo obtener una velocidad récord en el Sigma. En noviembre de 1934, el proyecto se completó y envió a Moscú, a la Dirección General de la Industria de la Aviación, para su consideración. La idea, sin embargo, parecía demasiado inusual, el proyecto se consideró prematuro y se entregó al archivo. Posteriormente, el autor logró realizar un avión similar con un motor de baja potencia, pero no llegó al uso de hélices coaxiales.

En 1936, jefe del Departamento de Ingeniería Aeronáutica de la Academia de la Fuerza Aérea. N. E. Zhukovsky Viktor Bolkhovitinov, satisfecho éxito al crear un bombardero pesado de cuatro motores DB-A, se refiere al problema de crear una alta velocidad aeronave de combate. De entre las múltiples opciones de distribución, elige un esquema con dos motores M-103 instalados uno tras otro (en tándem) con transmisión a hélices coaxiales.Para solucionar este problema, diseña una instalación bimotor con posterior ensayo en el stand. Las pruebas de banco dieron resultados alentadores, por lo tanto, en 1937, bajo el liderazgo de Bolkhovitinov, se desarrolló un proyecto para un bombardero de corto alcance de alta velocidad, que recibió el índice "C" (había varias opciones para decodificar el índice: "Stalin ", "Sparka", "Spartak"). Inicialmente, era un avión de una sola aleta con varias opciones de uso y armas. Los diagramas presentados muestran exactamente los primeros dibujos del avión "C" (Fig. 3).

Datos básicos: envergadura 1 = 5,63 m; área alar S = 32,5 mg; alargamiento X = 0,975; peso de vuelo Ts, - 3080 kg; motores 2x124V75; = 1000 km/h; v^, = 125 km/h

Posteriormente, se decidió hacer el plumaje de la máquina de dos quillas. De esta forma, "C" se construyó en 1938. La instalación de la hélice de esta máquina se muestra en la fig. cuatro

Las pruebas realizadas mostraron la viabilidad de la planta de energía, pero los datos de vuelo obtenidos no satisficieron a los militares. máxima velocidad"C" a una altitud de 4600 m fue de 570 km / h, lo que no estuvo mal, pero las velocidades de despegue y aterrizaje también fueron altas. Se reconoció que el avión no pasó las pruebas y se le pidió al diseñador que mejorara la máquina. Durante 1940, Bolkhovitinov continuó trabajando en su creación, en particular en la mejora de sus características de despegue y aterrizaje y la posible instalación de motores más potentes.Entre otras cosas, buscaba persistentemente nuevos esquemas y diseños.

Durante el período de finales de 1940 - principios de 1941, la solución al problema de las hélices coaxiales se convierte en

más relevantes. Los científicos de TsAGI están trabajando activamente en esta área. Junto con el trabajo teórico para determinar las características aerodinámicas de las hélices coaxiales, se están realizando experimentos prácticos en el túnel de viento TsAGI T-5.

Sin embargo, incluso antes de que finalice la investigación y se reciban los resultados, aparecen proyectos de aeronaves en los que realmente podría materializarse la idea en estudio -1 0 (Fig. 5). El 5 de febrero de 1940, Berisv apeló al Comisario del Pueblo de la Industria de la Aviación al Comisario del Pueblo Adjunto A.S. Yakovlev con una solicitud para considerar su propuesta e incluirla en el plan de trabajo para la industria de la aviación para 1940-1941. Diseño preliminar B-10 era un interceptor o Bomba de buceo, realizado según el esquema de dos cuerpos-patas. Se suponía que el avión estaría equipado con dos motores M-107 impulsados ​​por hélices de empuje coaxiales. Un esquema similar usando el perfil de ala laminar de NACA 23012 dio una velocidad estimada de 8 1 8 km/h. El proyecto contó con los siguientes datos principales:

Alcance, m…1 3,0

Longitud, m…1 1.260

Área alar, m…26.0

Peso del vuelo, kg…ЗЯ70

Techo práctico, m… 10000

Autonomía, km ... 1 000 (0,9 Nm , ix |.

En la conclusión de GUAS KA (Dirección Principal de Suministros del Ejército Rojo) sobre el proyecto B-10, se dijo que el proyecto era bastante realista y podría implementarse. Sin embargo, dado que Berisv ya tenía una tarea para el avión de reconocimiento de la nave de eyección KOR-2, se consideró conveniente transferir el desarrollo del proyecto a Bolkhovnt.pyuva, que en ese momento ya tenía experiencia en esta área y un verdadero avión volador " C".

En la Oficina de Diseño de Bolkhovitinov, esta máquina recibió la designación "I". El desarrollo se llevó a cabo hasta la primavera de 1941. Tuve que superar un gran número de dificultades de carácter constructivo y tecnológico. Sin embargo, un obstáculo inesperado detuvo el desarrollo de la máquina. El 25 de abril de 1941, Bolkhovitipon fue convocado a una reunión con Balandin, comisario popular adjunto de la industria de la aviación. Director presente en la reunión planta de motores Lavrentiev y jefe de diseño motores Klimov informó la imposibilidad de crear snarks de motores M-107P.

La razón principal del fracaso fue el forzamiento excesivo del M-107P; se creía que al instalar un eje alargado a velocidades de operación en este motor superestresado, podrían ocurrir peligrosos fenómenos de resonancia que llevarían a la destrucción de la estructura.Además, la planta tenía un plan enorme para la producción de motores, llevado a cabo realizó un trabajo difícil en los motores de ajuste fino M-105, M-107, M-1 20. A Bolkhovitinov, arrinconado, se le pidió que eligiera cualquier otro tipo de motor disponible en el país y reelaborara su proyecto para él. Tras reflexionar, el diseñador eligió el motor diésel M-4 0, que, aunque pesado, consumía la mitad de combustible.

El cambio de motor supuso un cambio en todo el proyecto. Las encuestas preliminares realizadas en mayo - junio de 1941 devolvieron al diseñador al esquema "C". Además, habiéndose interesado en las características del M-4 0, Bolkhovitinov está desarrollando un proyecto para un bombardero de cuatro motores con una instalación de motor en tándem. Sin embargo, el estallido de la guerra no permitió continuar con estas obras.

Aproximadamente a mediados de 1941 se completaron los estudios de hélices coaxiales en TsARI, lo que permitió sacar las siguientes conclusiones.

1. La eficiencia de las hélices coaxiales con pasos relativos grandes (paso de hélice grande, es decir, un paso grande corresponde a una velocidad de vuelo alta) es un 2 - 4 % más alta que la eficiencia de una de las hélices individuales de la combinación.

2. En el modo de despegue con ángulos de pala inferiores a 35°, la eficiencia de las hélices coaxiales es ligeramente menor que la eficiencia de las hélices individuales. A valores altos del factor de potencia, el empuje de las hélices coaxiales en el modo de despegue es mayor que el empuje de las hélices individuales con un recubrimiento (equivalente a la superficie de trabajo) igual a la cobertura coaxial total.

3. Para que la potencia de las hélices delantera y trasera sea la misma al lograr la máxima eficiencia, el ángulo de instalación de las palas de la hélice trasera debe ser 1 -1.5 ° menos que el ángulo de instalación de la hélice delantera.

4. Cambiar la distancia entre las hélices de la combinación dentro de los límites permitidos por las consideraciones de diseño (dentro del ancho de las palas) no tiene un efecto notable en el valor de eficiencia,

Durante la guerra, sin embargo, no fue posible poner en práctica los resultados de la investigación. Después de su finalización, se supo a partir de los archivos alemanes capturados que en Alemania, en el período 1941-1942, se llevaron a cabo extensos estudios sobre hélices coaxiales en el túnel de viento del Instituto DVL, que prácticamente coincidieron con los estudios soviéticos. También coincidieron con las conclusiones de los científicos estadounidenses de la NACA, pero, como ya se mencionó, ha llegado el momento de la aviación a reacción.

Y, sin embargo, los tornillos contrarrotatorios han encontrado uso. A principios de los años 50, la Oficina de Diseño de Tupolev, en busca de aumentar la gama manteniendo alta tasa crea velocidad bombardero estratégico Tu-95. Este extraordinario avión, que posteriormente se transformó en un Tu-114 de pasajeros, vuela hasta el día de hoy. Los cuatro motores NK-12 diseñados por N. Kuznetsov instalados en el Tu-95 desarrollan una potencia de 15.000 litros. E. cada uno y rotar hélices coaxiales. La planta de energía más poderosa, combinada con tales hélices, permite que el Tu-95 vuele a una velocidad que es mucho más alta que la velocidad de otros aviones con motores turbohélice. Posteriormente, esta planta de energía se utilizó con éxito en otro avión soviético: el avión de transporte gigante An-2 2.

En nuestro tiempo, la idea de las hélices coaxiales ha encontrado su encarnación en la creación de motores propfan.

El tornillo crea empuje en el aire, actuando sobre él como un ala. El ala de un avión generalmente se mueve en traslación, mientras que la pala de la hélice se mueve tanto en traslación como en rotación. La pala de la hélice tiene forma de rectángulo alargado, uno de los cuales es mucho más pequeño que el otro, y gira a una velocidad angular. W sobre el eje x-x(Fig. 4.1), pasando por un borde de este rectángulo. El plano de un rectángulo que sale de algún ángulo. j con un plano de rotación, también se mueve en traslación en la dirección del eje de rotación con una velocidad v. Cortar la hoja con un cilindro de radio r, cuyo eje coincide con el eje X; obtenemos un rectángulo alargado en sección. Dado que el ancho de la hoja suele ser pequeño en comparación con su longitud, la sección del cilindro se reemplaza por una sección cercana a ellos, pero conveniente para dibujar, por una sección del plano tangente al cilindro y perpendicular al eje del cuchilla (Fig. 4.1).

Dado que la cuchilla realiza un movimiento complejo, de traslación y rotación, debe agregar estos dos movimientos. La suma geométrica de la velocidad circunferencial de rotación. U = Wr, y velocidad de traslación (velocidad aerodinámica) v,(Figura 4.2) da un vector W(velocidad del flujo de aire relativa al perfil de la sección). Si tomamos otra sección por un plano tangente a un cilindro de menor o mayor radio, entonces la componente de velocidad V sigue siendo el mismo, y la velocidad periférica wr será menos o más; este último cambia linealmente, volviéndose igual a cero en el eje del tornillo.

Como la hoja se toma plana, el ángulo j será el mismo en todos los radios, y el ángulo β , llamado ángulo de flujo a la sección, será diferente en diferentes radios debido a la velocidad periférica variable de rotación W r. Por lo tanto, con radio decreciente r esquina β aumenta y el ángulo a=φ-β disminuye y puede volverse cero o incluso negativo.

Las hélices se dividen en hélices de paso fijo (VFSH) y hélices de paso variable (VSP).

La hélice convierte el par de torsión del TVD o PD en empuje. En este caso, hay pérdidas estimadas por el factor de eficiencia (eficiencia) de la hélice.

El VFS se caracteriza por un ángulo de hoja constante. Estructuralmente, este tornillo tiene un manguito en el que se unen rígidamente las palas, que le transmiten el empuje, y también percibe el par del eje del motor al tornillo.

VISH consta de cuchillas, un buje con un mecanismo para girar las cuchillas y dispositivos que aseguran su funcionamiento confiable. Para el control del tornillo, hay equipos de acción automática y manual.

Las hélices están sujetas a los siguientes requisitos:

Alta eficiencia;

Para VISH: cambiar el ángulo de instalación de las cuchillas en el rango que proporciona un arranque fácil del motor; empuje mínimo positivo de la hélice en ralentí; el empuje negativo máximo durante la marcha y el arrastre mínimo de las palas en la posición de las paletas; cambio automático del ángulo de instalación de las palas según el modo de vuelo de la aeronave y el funcionamiento de los motores con una velocidad de giro de al menos 10 °/s;

Valores mínimos de momentos reactivos y giroscópicos;

El diseño de la hélice y del controlador de velocidad debe incluir dispositivos de protección automáticos que limiten la transición arbitraria de las palas de la hélice a pequeños ángulos de instalación y eviten la ocurrencia de empuje negativo en vuelo;

Protección de las palas y carenado del cubo de la hélice contra la formación de hielo;

Fuerza suficiente con bajo peso, equilibrio y mínimo ruido.

Las principales características del tornillo se suelen dividir en geométricas, cinemáticas y aerodinámicas.

4.2. CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS DEL TORNILLO

Las características geométricas incluyen: diámetro D hélice, número de palas, forma de pala en planta, espesor C, cuerda de sección b y ángulos de instalación de las secciones de las palas. Diámetro del tornillo (D=2R) determina el círculo descrito por los extremos de las palas cuando la hélice gira sobre su eje (Fig. 4.3). El diámetro es Característica principal hélice, ya que determina principalmente sus características de tracción.

El valor del diámetro se selecciona a partir de consideraciones aerodinámicas y es coherente con la posibilidad de colocar la hélice en la aeronave. Los diámetros de las hélices modernas oscilan entre 3 y 6 m.

Los grandes diámetros de tornillo conducen a bajas eficiencias. en relación con la posibilidad de aparición de velocidades supersónicas en las secciones finales de las palas, y también complicar la disposición del motor en el avión. Los diámetros pequeños no permiten convertir el par motor dado en el empuje requerido.

Si la hoja se corta en un cierto radio r superficie cilíndrica que tiene un eje longitudinal coincidente con el eje de giro de la hélice, entonces la huella del corte se denomina sección de la pala. Esta sección tiene un perfil en forma de ala. La parte de la hoja entre dos radios ( r y r+Δ r), es un elemento de hoja con área ∆S=b∆r. Aquí y más abajo, se consideran secciones planas en lugar de secciones arqueadas.

La relación del radio de la sección actual r al radio del tornillo R llamado radio relativo =r/R. El radio de la parte que no funciona de la cuchilla ocupada por el buje se denota r0. y 0 = r0 /R.

Para convertir el par motor en empuje con un valor de diámetro mínimo, la hélice tiene varias palas. En los teatros modernos, generalmente se instalan hélices de cuatro palas. Un mayor número de palas reduce la eficiencia. En los potentes motores de teatro, en lugar de aumentar el número de palas, se utilizan hélices coaxiales, dispuestas una detrás de la otra y que giran en direcciones opuestas alrededor de un eje.

Las dimensiones características de la sección de la hoja son el ancho máximo b y espesor- Con cuchillas, así como sus tamaños relativos

= y =

Para tornillos modernos, max = 8 ... 10% (Fig. 4.4).

línea 0V(ver Fig. 4.3), que pasa por la mitad de las secciones de la hoja, se llama su eje. La forma del eje del álabe (recto o curvo) y la distribución del ancho del álabe a lo largo de este eje caracterizan la forma del álabe en planta. Acercarse al máximo al extremo de la pala aumenta el empuje de la hélice, pero aumenta el momento de flexión debido al desplazamiento del centro de presión hacia el extremo de la pala.

El espesor máximo de la sección del álabe disminuye hacia su extremo (a altas velocidades de flujo, se requiere un espesor relativo menor del perfil). Para evaluación comparativa este espesor considerar su valor relativo en 0 =0, 9 y denote 0,9 . Para tornillos modernos 0,9 \u003d 4 ... 5% (Fig. 4.4).

4.3 CARACTERÍSTICAS CINEMÁTICAS DEL VINO

El plano perpendicular al eje de rotación de la hélice y que pasa por cualquier punto de la pala se denomina plano de rotación de la hélice. Hay un número infinito de tales planos paralelos. Por lo general, el plano de rotación del tornillo se entiende como un plano que pasa por el medio o el final del cordón del perfil (Fig. 4.5).

Las secciones de pala están inclinadas respecto al plano de rotación. Ángulo de sección de la pala φ medida entre el plano de rotación del tornillo y la cuerda del perfil. Valor φ determina el valor de paso para un radio de tornillo dado h como la distancia que recorrería una hélice en un medio inflexible en una revolución

h=2r tgφ n s ,

dónde ns es el número de revoluciones del tornillo por segundo.

Durante el funcionamiento de los tornillos, no se mide el valor del paso, pero el término "paso del tornillo" se ha generalizado.

Las características cinemáticas de la hélice son las velocidades circunferencial, traslacional y resultante de la sección de pala, ángulos de ataque y entrada del flujo, coeficiente de velocidad. En vuelo, la sección de la pala de la hélice gira con velocidad periférica U=ωr=2pl s r y avanza a la velocidad del vuelo v. Además de estos principales

En el plano de rotación surgen velocidades inductivas de succión y torsión, que no se consideran aquí por simplicidad. En este caso, la velocidad resultante W está determinada por la fórmula

Dirección de velocidad W forma un ángulo de ataque α con la cuerda de perfil, y con una velocidad tuángulo de entrada del chorro β. Después

φ=a+β,

β=arco tg =arco tg .

A valores constantes de velocidad de traslación V y ángulo de instalación φ con un aumento en el radio de la sección de la pala, el ángulo β disminuye y el ángulo a aumenta

Para que cada sección de la hoja esté en el mismo ángulo de ataque más ventajoso a ingenuo (en el que la relación de elevación a arrastre es máxima), es necesario con una disminución en el ángulo β reducir el ángulo de instalación φ . Por lo tanto, en la pala de la hélice, los ángulos de instalación en la parte de la raíz (en la culata) son los más grandes, y hacia el final de la pala disminuyen (Fig. 4.6). Tal distribución de los ángulos de instalación de las secciones de las palas se denomina torsión geométrica. El giro debe proporcionar la condición. a=φ-β=constante=un ingenuo.

Para determinar la cantidad de torsión de la hoja, se utiliza el concepto de torsión relativa de la sección de la hoja (Fig. 4.7), comparando el ángulo φ instalación de cualquier sección de la hoja con el ángulo de instalación de la sección ubicado en = 0.75 y denotado como φ 0,75: =φ - φ 0,75. El giro total de la hoja está determinado por la diferencia en los ángulos de instalación al comienzo de la parte de trabajo de la hoja φro y al final de la hoja φR. Dado que el ángulo de instalación de la pala cambia a lo largo del radio de la hélice, se mide en el radio nominal r nom. Sentido r nom generalmente se toma igual a 1000 mm para tornillos con D<4 м и 1600 мм для винтов с D>4 metros

A valores constantes del ángulo de instalación de la sección de la pala ( β y hoja de vuelo circunferencial tu) el ángulo de ataque varía con la velocidad aerodinámica. A medida que aumenta la velocidad Vángulo de ataque a disminuye, y con una disminución V- aumenta Para cambiar la velocidad de vuelo, el ángulo de ataque a permanecido constante, es necesario cambiar el ángulo de instalación de la hoja (Fig. 4.8).

Esto es posible girando la pala en el cubo de la hélice en relación con su propio eje de la hélice. En el caso de VFS, esto se logra aumentando la velocidad circunferencial tu(aumento de la velocidad de la hélice).

4.4. CARACTERÍSTICAS AERODINÁMICAS DE LA HÉLICE

Las características aerodinámicas de la hélice incluyen empuje R, momento de resistencia METRO y poder norte requerido para girar el tornillo, y la eficiencia η en

Como se mencionó anteriormente, las palas de la hélice, que están en movimiento de rotación y traslación, tienen diferentes velocidades de movimiento en relación con el flujo de aire que se aproxima. Considerando dos secciones de la hoja (ver Fig. 4.9) en radios r y r+Δ r y la parte de la hoja que se obtiene entre estas secciones se llama elemento de pala en el radio r. El área de este elemento de pala será dS = hab.

En el movimiento inverso, el elemento especificado del álabe está sujeto a un flujo con una velocidad V paralelo al eje del tornillo, y, en segundo lugar, el flujo con una velocidad tu en una dirección perpendicular a la velocidad V, dando la velocidad resultante W- la velocidad de flujo en el elemento de paleta. Ángulo entre vector W y la cuerda de la sección es el ángulo de ataque de la sección α .

Esquina φ entre la cuerda de la sección y el vector tu(o, que también es el plano de rotación de la hélice) es el ángulo de instalación de la sección de la pala y el ángulo β entre vectores de velocidad tu y W- ángulo de aproximación. Tal elemento de pala se puede considerar como un ala y se le pueden aplicar fórmulas aerodinámicas generales.

Fuerza de elevación para elemento de hoja:

dY=C y d S ,(4.1)

y arrastrar

dX=C x dS. (4.2)

Como se sabe por la aerodinámica, el coeficiente de arrastre Cx depende de la envergadura relativa del ala. ¿Cuál es el rango relativo a tomar en este caso? A primera vista, parece que debería adoptarse un alcance infinito; pero, como se sabe por la aerodinámica, tal ala no tendrá resistencia inductiva. Por tanto, no provocará velocidades inductivas, lo que es contrario a lo que debería ser en el chorro de una hélice ideal. Así, si tomamos el elemento de la pala como un ala de envergadura infinita, entonces se debe encontrar la velocidad provocada por el tornillo de alguna otra manera, y luego se debe tomar el triángulo de velocidades en la sección de la pala, como se muestra en la Fig. 4.5. Para poder utilizar estas fórmulas para determinar el empuje y la potencia del elemento de pala, se deben tener en cuenta C y y Cx para algún rango relativo ficticio, y considere que el elemento trabaja en la hoja de forma aislada, sin ninguna influencia de los elementos vecinos. Además, debe suponerse que el efecto del flujo sobre dicho elemento, a pesar de que se mueve a lo largo de una trayectoria helicoidal, es similar al efecto del flujo sobre un ala que se mueve hacia adelante. Esta última suposición suele denominarse hipótesis de las secciones planas.

dY= C y segundo dr(4.3)

dX= C x segundo dr(4.4)

Los valores absolutos de las dimensiones lineales de la hoja se expresan en forma relativa:

b= D, r= y dr=d

Expresar W mediante tu y β.

U=ώr=2πn s r= πn s(4.5)

W2 ==(4.6)

Valores de la fuerza de elevación elemental dY y fuerzas de resistencia dX teniendo en cuenta (4.6), tenemos:

dY=Cy = Cy (4.7)

dX=Cx = C x (4.8)

diseñaremos fuerza de elevación y agregue el arrastre del elemento a dos direcciones mutuamente perpendiculares: a la dirección paralela al eje del tornillo y a la dirección que coincide con el plano de rotación del tornillo (Fig. 4.10).

Proyección dY da empuje al eje de la hélice dP elemento de hoja:

dP=dYcosβ-dXsenβ= ()(4.9)

Proyección dX en el plano de rotación del tornillo da la fuerza de resistencia a la rotación de este elemento:

dT=dYsenβ+dXcosβ= () (4.10)

Par de resistencia a la rotación DM elemento de hoja:

dM=dT r=dT = ( ) . (4.11)

Potencia rotacional requerida dN elemento de hoja:

dN=dM ω= dM 2πn s = ( ) (4.12)

Empuje general R y poder norte para atornillar con i los álabes se expresan mediante las correspondientes dependencias integrales de las expresiones (4.9) y (4.12):

P=( ) . (4.13)

n= () . (4.14)

En las fórmulas (4.13) y (4.14), los integrandos son funciones variables dependiendo de las características geométricas y aerodinámicas de la pala de la hélice, y denotándolas en consecuencia CR es el coeficiente de empuje y CN es el factor de potencia, obtenemos la expresión final para empuje y potencia:

PAGS = C PAGS ρn 2 re 4 ,(4.15)

norte = C norte ρn 3 re 5 ,(4.16)

Eficiencia del tornillo η en Se puede escribir como:

η en = = = = λ= π (4.17)

La velocidad relativa es la relación entre la velocidad del flujo libre y la velocidad circunferencial al final de la pala:

Arroz. 4.11a. Características aerodinámicas de la hélice

Aquí, la relación se denomina paso del tornillo (movimiento de traslación del tornillo en un medio compatible), y =λ- paso relativo, entonces: λ=π.

Al elegir una hélice y en el cálculo aerodinámico de una aeronave, se establece la potencia transmitida por el motor a la hélice, y también se requiere conocer solo la eficiencia de la hélice; el empuje de la hélice generalmente no se usa en los cálculos aerodinámicos. Es conveniente combinar las curvas С N y η para que los valores correspondientes se representen en las curvas С N – η, entonces el diagrama que se muestra en la Fig. 4.11a.

En él, λ se representa en abscisas, C N en ordenadas; las curvas C N se ubican de acuerdo con el parámetro del ángulo de instalación del tornillo φ; en las curvas C N, se trazan puntos de la eficiencia de la hélice correspondiente, cuando se conectan, se forman curvas de la misma eficiencia. Como puede ver, las curvas de la misma eficiencia están cerradas y se cruzan dos veces con las curvas C N correspondientes. El núcleo de estas curvas cerradas corresponde al valor de eficiencia más alto. Tal diagrama se llama la característica aerodinámica de la hélice. El diagrama debe indicar las condiciones de prueba, es decir, el tipo de instrumento de tornillo, el diámetro del tornillo probado, el tipo de tornillo o su geometría, la forma y dimensiones del cuerpo detrás del tornillo, el caudal y el número de revoluciones. durante el examen. El diagrama que se muestra en la fig. 197, es el principal para la selección de tornillos.

4.5. MODOS DE FUNCIONAMIENTO

Arroz. 4.12. Operación de tornillo en su lugar

En un ángulo de hoja constante j su ángulo de ataque α depende del valor de la velocidad de vuelo (ver Fig. 4.10). A medida que aumenta la velocidad de vuelo, el ángulo de ataque disminuye. En este caso, se dice que el tornillo está "aligerado", ya que disminuye el momento de resistencia a la rotación del tornillo, lo que provoca un aumento en la frecuencia de su rotación. Con una disminución en la velocidad de vuelo, por el contrario, aumenta el ángulo de ataque y la hélice se vuelve "más pesada", la frecuencia de su rotación disminuye.

potencia de la hélice norte y factor de potencia CN se consideran positivos cuando el par de las fuerzas aerodinámicas de la hélice es contrario al sentido de giro de la misma.

Si el par de estas fuerzas se dirige en la dirección de rotación del tornillo, es decir, la fuerza de resistencia a la rotación T<0, мощность винта считается отрицательной.

A continuación se muestran los modos más típicos de funcionamiento de la hélice.

El modo en que la velocidad de traslación V = 0, Como consecuencia, λ y h en igual a cero se llama modo atornillar el trabajo en su lugar(Figura 4.12). En la fig. 4.11 este modo corresponde al punto a, donde estan los coeficientes de empuje Casarse y poder CN suelen tener un valor máximo. Ángulo de la hoja ά cuando el tornillo está en su lugar, es aproximadamente igual al ángulo de instalación φ. Porque h en =o, entonces el tornillo no produce ningún trabajo útil cuando se trabaja en su lugar.

El modo de operación del tornillo, cuando se crea un empuje positivo en presencia de velocidad de traslación, se llama modo hélice(fig. 4.13). Es el modo de operación principal y más importante, que se utiliza durante el rodaje, el despegue, el ascenso, el vuelo nivelado de la aeronave y en parte durante el descenso y el aterrizaje. En la fig. 4.11 este modo de vuelo corresponde a la sección ab. A medida que aumenta el paso relativo λ, los valores de los coeficientes de empuje y potencia disminuyen. En este caso, la eficiencia del tornillo primero aumenta, alcanzando un máximo en un punto determinado b, y luego cae.

Punto b caracteriza el modo óptimo de funcionamiento de la hélice para un valor dado del ángulo de instalación de las palas j. Por lo tanto, el modo de operación de la hélice de la hélice corresponde a valores positivos de los coeficientes CP, CN y h en Estas condiciones de vuelo ocurren típicamente cuando la aeronave desciende. En las centrales eléctricas con VFSh, es posible el giro de la hélice.

Figura 4.15. Funcionamiento de la hélice en modo frenado

El modo de operación en el cual la hélice no crea ni empuje positivo ni negativo (resistencia) se llama modo de empuje cero. En este modo, el tornillo parece enroscarse libremente en el aire, sin tirarlo hacia atrás y sin crear empuje (Fig. 4.14). El modo de empuje cero en la fig. 4.11 punto de partido en. Fuerza resultante dr aparece en el tercer cuadrante Aquí, el coeficiente de empuje C pag y la eficiencia de la hélice h en son iguales a cero. Factor de potencia CN tiene algún valor positivo, correspondiente a los costes energéticos para superar la rotación del tornillo. El ángulo de ataque de las palas en este caso, por regla general, es algo menor que cero.

El modo de operación de la hélice, cuando se crea un empuje negativo (resistencia) con potencia positiva en el eje del motor, se llama modo de frenado, o el modo de frenado del tornillo (Fig. 4.15). En este modo, el ángulo de entrada de los chorros β más ángulo de instalación φ , es decir. ángulo de ataque de la hoja α- el valor es negativo. En este caso, el flujo de aire ejerce presión sobre la parte posterior de la pala, lo que crea un empuje negativo, porque. fuerza resultante dr aparece en el tercer cuadrante. En la Fig. 4.11, este modo de operación del tornillo corresponde a la sección encerrada entre los puntos en y GRAMO, en el que los coeficientes Casarse y η en tienen valores negativos, y los valores del coeficiente CN cambiar de algún valor positivo a cero.

Fig.4.16 Funcionamiento de la hélice en modo autorrotación

Como en el caso anterior, para vencer el momento de resistencia al giro de la hélice se requiere una determinada potencia del motor. El empuje negativo de la hélice se utiliza para acortar la carrera de aterrizaje. Para hacer esto, las cuchillas se transfieren especialmente al ángulo mínimo de instalación. φmín, en el que durante la carrera de la aeronave el ángulo de ataque α negativo.

El modo de operación, cuando la potencia en el eje del motor es cero y el tornillo gira debido a la energía del flujo que se aproxima (bajo la acción de las fuerzas aerodinámicas aplicadas a las palas), se denomina modo de autorrotación(Figura 4.16). El motor desarrolla potencia norte, necesario solo para vencer las fuerzas internas y los momentos de resistencia formados durante la rotación del tornillo.

Fuerza resultante dR=-dP orientada estrictamente a lo largo del eje de rotación de la hélice y dirigida contra el vuelo de la aeronave. En la fig. 4.11 este modo corresponde al punto GRAMO. El empuje de la hélice, como en el modo de frenado, es negativo.

Arroz. 4.17. Operación de aerogeneradores

El modo de operación, en el que la potencia en el eje del motor es negativa y el tornillo gira debido a la energía del flujo que se aproxima, se llama modo molino de viento(Figura 4.17). En este modo, el tornillo no solo no consume potencia del motor, sino que hace girar el eje del motor debido a la energía del flujo que se aproxima. En la fig. 4.11 este modo corresponde a la sección a la derecha del punto GRAMO y luego, considerando el tornillo como fuente de energía, h en> 0

El modo de molino de viento se utiliza para arrancar un motor parado en vuelo. En este caso, el eje del motor gira hasta la velocidad necesaria para el arranque, sin necesidad de dispositivos de arranque especiales.

La desaceleración de la aeronave durante la carrera se lleva a cabo transfiriendo las palas de la hélice al ángulo mínimo de instalación y comienza en el modo de molino de viento, pasando sucesivamente por las etapas, autorrotación, frenado, modo de empuje cero. Con una disminución en la velocidad de la carrera, la hélice comienza a operar en el modo de empuje mínimo.

4.6. CLASIFICACIÓN DE LAS HÉLICES DE PASO VARIABLE

Previamente se demostró que el valor del ángulo de ataque de las palas a un ángulo de instalación constante φ depende de la velocidad del aire. En VFS a bajas velocidades de vuelo (despegue), los ángulos de ataque de las secciones de las palas están cerca de los ángulos de instalación de las palas, lo que hace que la hélice se vuelva “pesada”. En este caso, la potencia del motor es insuficiente para hacer girar la hélice hasta la velocidad de despegue (máxima). En vuelo nivelado a alta velocidad de avance, el ángulo de ataque de las palas puede disminuir significativamente, lo que creará un exceso de potencia del motor (en comparación con la hélice), lo que conducirá a un aumento de las revoluciones a valores inaceptablemente altos en los que el motor la fiabilidad no está asegurada.

En el pasado, cuando el rango de velocidades de las aeronaves era pequeño, se usaban hélices de paso fijo. A medida que mejoraba la aeronave y aumentaba el rango de velocidades de vuelo, surgió la necesidad de hélices de paso variable. El primer VIS tenía un rango relativamente pequeño de ángulos de hoja, que por lo general no excedía los 10°. Estos eran, por regla general, tornillos de dos pasos. El despegue y el ascenso en este caso se realizaron en un pequeño ángulo de instalación (pequeño paso), lo que permitió obtener la velocidad del rotor del motor de despegue cuando se trabajaba en el lugar. Al cambiar a vuelo horizontal, las palas se transfirieron a un gran paso utilizando mecanismos especiales.

Con un aumento adicional en el rango de velocidades de vuelo de las aeronaves y, en consecuencia, con un aumento en el rango de ángulos de las palas, comenzaron a utilizarse hélices con sistemas de control de velocidad automático cambiando el ángulo de instalación según el modo de vuelo.

Según la fuente de energía para el movimiento forzado de las palas respecto a sus ejes longitudinales, las VIS se dividen en:

Mecánica (la energía se toma del motor mediante un mecanismo de engranaje diferencial o del esfuerzo del piloto);

Eléctrico, en el que el movimiento de las palas se realiza con la ayuda de un motor eléctrico colocado en el rotor del tornillo y conectado a las culatas de las palas por un engranaje cónico;

Hidráulica, en la que el elemento de potencia es un pistón hidráulico en la carcasa del tornillo, cuyo movimiento de traslación se convierte mediante un mecanismo de manivela en el movimiento de rotación de las palas.

La regulación VIS se basa en mantener constantes las revoluciones de la hélice (motor), independientemente de la potencia desarrollada por el motor, cambiando el ángulo de las palas mediante un regulador centrífugo.

Si el motor se desvía del modo de equilibrio en la dirección de una mayor potencia desarrollada, se evita un intento de aumentar su velocidad colocando las palas en un ángulo mayor. En este caso, la velocidad de rotación del tornillo se mantiene al mismo nivel (dentro del límite de tolerancia) con un aumento simultáneo del empuje. Si el modo se desvía hacia la disminución, el proceso de regulación va en la dirección opuesta.

Las hélices con tales sistemas de control de velocidad se denominan hélices neumáticas automáticas. Estructuralmente, las hélices automáticas son unidades muy complejas, operación exitosa y Mantenimiento que son posibles solo bajo la condición de un estudio profundo de los principios de su trabajo y las reglas de operación técnica.

4.7. FUERZAS Y MOMENTOS QUE ACTUAN SOBRE LAS PALAS

Fuerzas centrífugas de los álabes y sus momentos.

En la sección transversal de un radio arbitrario de la hoja, seleccionamos las masas elementales finales. Cuando la hélice gira, sobre estos elementos de la pala actúan fuerzas centrífugas, dirigidas a lo largo del radio desde el eje de rotación y situadas en el plano de rotación de estos elementos.

Vectores de fuerzas centrífugas dP c1 y dp c2 las partes extremas del elemento de cuchilla (Fig. 4.18) están dirigidas desde el eje de rotación y perpendiculares a él. Se pueden descomponer en los planos de rotación correspondientes en componentes axiales y normales dK 1 ,dK 2 y df 1 , df 2. Estas últimas fuerzas también se muestran en la sección transversal de la pala.

La expansión de los vectores de fuerza centrífuga para otras partes similares de la sección ubicada entre los bordes de ataque y salida dentro de la misma sección de la pala da un diagrama de las componentes transversales de las fuerzas centrífugas (Fig. 4.19) Las componentes transversales de las fuerzas centrífugas Las fuerzas (Fig. 4.18) cambian su dirección cuando pasan por el eje de la pala. Reemplazando las fuerzas de una dirección con la resultante correspondiente dF 1 y dF 2 , tenemos el momento Mc de los componentes transversales de las fuerzas centrífugas, que tiende a girar la cuchilla para reducir el ángulo de instalación.

En las hélices de paso variable, la rotación de las palas al ángulo de instalación requerido se produce en relación con los ejes que coinciden con los ejes de las partes traseras (cilíndricas) de las palas.

Magnitud del momento Mc, depende de la velocidad de la hélice, el material, las dimensiones geométricas, los ángulos de instalación y la torsión de las palas.

Fuerzas aerodinámicas y sus momentos.

Las fuerzas aerodinámicas aparecen como consecuencia de la acción del flujo de aire sobre la pala y se distribuyen por toda su superficie. Tal esquema de carga de la pala se puede considerar como una viga rígidamente fijada en un extremo, sujeta a la acción de una carga aerodinámica distribuida, que crea momentos de flexión y torsión.

La resultante de las fuerzas aerodinámicas del elemento álabe se aplica en el centro de presión, que suele estar situado por delante del eje de giro del álabe (ver Fig. 4.5) y tiende a girar este último en el sentido de aumentar la instalación. ángulo. La magnitud del momento total de las fuerzas aerodinámicas de la pala para una hélice determinada depende de los ángulos de ataque de la pala y de la magnitud de la velocidad resultante del flujo que se aproxima. El valor del momento de las fuerzas aerodinámicas es pequeño.

Con ángulos de ataque negativos de las palas, la dirección de la fuerza resultante cambia de manera que los pares de las fuerzas aerodinámicas en este caso tienden a girar las palas en la dirección de disminución del ángulo de instalación.

Fuerzas centrífugas de los contrapesos y sus momentos.

Por lo general, la cantidad de torsión de las fuerzas aerodinámicas es pequeña, por lo que no se puede usar como una fuente de energía independiente para girar las palas en la dirección de aumentar el ángulo de instalación. En este sentido, en algunas hélices de paso variable, se instalan adicionalmente contrapesos (pesos) especiales, que se fijan a las partes traseras de las palas con la ayuda de soportes (Fig. 4.20).

Cuando el tornillo gira, surgen fuerzas centrífugas de contrapesos. R pag, dirigido desde el eje de rotación. Los contrapesos relativos a las palas están colocados de forma que los componentes Pn sobre el hombro h par creado en la hoja M c \u003d R nf h, buscando girar la cuchilla en la dirección de aumentar el ángulo de instalación. Valor de par de los contrapesos Mc depende de su masa, distancia desde el eje de rotación, hombro h y velocidad del tornillo. Todos estos parámetros se eligen de forma que la acción combinada de dos pares de las fuerzas centrífugas del contrapeso y las fuerzas aerodinámicas aseguran el giro de la pala en el sentido de aumentar el ángulo de instalación con la intensidad de giro requerida. Componente PC R el contrapeso, dirigido a lo largo de la hoja, provoca un momento de flexión, que es percibido por el soporte del contrapeso.

4.8. ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE HÉLICES CON MECANISMOS HIDRÁULICOS DE GIRO DE LAS PALAS

Actualmente, en la aviación de hélices, las hélices hidráulicas son las más utilizadas, en las que el cambio en los ángulos de instalación de las palas se realiza bajo presión de aceite. Según el principio de funcionamiento, se dividen en tornillos de dos caras y de una cara. En los tornillos hidráulicos unidireccionales, el aceite (del sistema de enfriamiento del motor) de una bomba especial de alta presión se suministra a una de las cavidades del cilindro hidráulico a través del carrete del regulador centrífugo. La otra cavidad está permanentemente conectada a la línea de drenaje, que sirve como sistema de alimentación del motor ( R m)

Tornillo de acción inversa de un solo lado

El diagrama cinemático de la hélice (ver Fig. 4.21) está hecho de tal manera que se produce un aumento en el ángulo de instalación de las palas cuando el pistón 2 se mueve hacia la derecha, cuando la presión en la cavidad A excede la presión en la cavidad B. La disminución en el ángulo de instalación se lleva a cabo bajo la acción del momento de los componentes transversales de las fuerzas centrífugas de la cuchilla. Mc/b drenando el aceite de la cavidad A del cilindro hidráulico.

En el caso general, sobre el álabe actúan los siguientes momentos: Mc/b- el momento de los componentes transversales de las fuerzas centrífugas, destinado a reducir el ángulo de instalación de la cuchilla j; el momento de las fuerzas aerodinámicas se dirige hacia él Enojado y el par que actúa en la misma dirección de la presión en la cavidad A en el pistón - MA

En el modo de equilibrio, cuando el resorte 7 equilibra la fuerza de los pesos centrífugos 6, el hombro del carrete 5 cierra la cavidad A del cilindro 1 y crea un sello hidráulico en él, que percibe la fuerza de M c\b y la cuchilla está en una posición fija.

En el caso de un aumento de la potencia del motor (aumenta el suministro de combustible), manteniendo el mismo consumo de potencia de la hélice, se producirá un aumento de la velocidad del motor. Esto provocará un aumento en las fuerzas centrífugas de los pesos 6 y el carrete 5 permitirá que el aceite entre en la cavidad A. En este caso MA+METRO a\d > METRO c\b, lo que hará que la cuchilla se mueva en un ángulo mayor j. Con un aumento en el consumo de energía del tornillo, la frecuencia de su rotación disminuye a un valor predeterminado y se establece un modo de equilibrio.

Con una disminución en la potencia del motor (reducción del suministro de combustible), el proceso ocurre en el orden inverso. Una característica de tales tornillos es su relativa simplicidad de diseño. Las desventajas incluyen la posibilidad de girar el tornillo en caso de violación de la estanqueidad de la cavidad A del cilindro hidráulico. Bajo la influencia M c\b las cuchillas pueden moverse al ángulo de ajuste mínimo. Para ello, es necesario prever topes especiales en el diseño del tornillo, que excluyen el movimiento del pistón cuando la cavidad A está despresurizada.

Tornillo de acción directa de un solo lado Tiene un mecanismo para girar las cuchillas con suministro de aceite unidireccional. En él, la fuerza de presión del aceite se usa solo para transferir las cuchillas a una disminución en los ángulos de instalación (Fig. 4.22).

Para transferir las cuchillas a un aumento en los ángulos de instalación, se utilizan contrapesos para que el momento de los componentes transversales de las fuerzas centrífugas M g dirigido en sentido contrario Mc/b. Así, en el sentido de disminuir el ángulo de instalación, las palas giran cuando se cumple la siguiente desigualdad: M A + M c/b > M gr. + M a / d.

En este caso, el aceite se suministra a la cavidad. PERO a través del canal del carrete del regulador centrífugo.

Las palas en la dirección de aumentar el ángulo de instalación se giran bajo la condición: gr. + METRO un / re > METRO UN + METRO c / segundo, que tiene lugar al drenar el aceite de la cavidad PERO en el cárter del motor debido al movimiento ascendente del carrete debido al aumento de las fuerzas centrífugas de los pesos del regulador. El uso de contrapesos en el mecanismo de giro de las palas es de gran importancia para garantizar la seguridad del vuelo con una disminución de la presión en el sistema de aceite. En este caso, se excluye la posibilidad de girar las palas de la hélice en la dirección de pequeños ángulos de instalación y, en consecuencia, el giro de la hélice y la aparición de empuje negativo. Sin embargo, la presencia de contrapesos aumenta la masa de la hélice.

A tornillos de doble efecto la presión del aceite se usa tanto para aumentar como para disminuir el ángulo de instalación de las palas (Fig. 4.23), dependiendo de la posición del carrete 5, el aceite de la bomba puede ingresar tanto a la cavidad A como a la cavidad B del cilindro. El pistón está conectado a la pala de tal manera que durante su movimiento de traslación la pala girará alrededor de su eje.

Si el aceite de la bomba entra en la cavidad PERO, luego de la cavidad B se fusionará. Entonces la razón de momentos es:

METRO UN + METRO un / d > METRO segundo + METRO c / segundo,

dónde MA - PERO.

En este caso, aumentará el ángulo de instalación de las cuchillas. Cuando se suministre aceite a la cavidad B desde la cavidad A, el aceite se drenará y el ángulo de instalación de las palas disminuirá. La relación de momentos en este caso será

M A + M a / d,< М Б + М ц/б ,

dónde mB- momento creado por la fuerza de la presión del aceite en la cavidad B.

A partir de la consideración del trabajo de los tornillos de doble efecto, se puede ver que los momentos creados por la fuerza de presión del aceite son controlables. Están determinados por la posición del carrete 5 . Momentos Enojado, y Mc/b, operando permanentemente, y no puede ser controlado.

4.9. FUNCIONAMIENTO CONJUNTO DE TORNILLO Y REGULADOR

En los aviones modernos con teatro de operaciones, solo se utilizan hélices automáticas, para lo cual, en los sistemas de control discutidos anteriormente, se instalan controladores de velocidad con un sensor de tipo centrífugo (Fig. 4.21). El objetivo de los reguladores es, trabajando en conjunto con el VIS, mantener constante automáticamente una determinada frecuencia de rotación del rotor del motor. Se establece por el grado de compresión del resorte del regulador utilizando el mecanismo de configuración 7 .

Supongamos que al regulador ya se le ha dado una cierta velocidad. Se mantiene automáticamente mediante un sistema de ajuste de tornillo permanente de la siguiente manera. Durante el funcionamiento del motor, dos fuerzas actúan continuamente sobre la bobina 5 del regulador: la fuerza elástica del resorte 7, que tiende a bajar la bobina, y las fuerzas centrífugas de los pesos 6 , tratando de levantar el carrete. Si el motor está funcionando en un estado estable, cuando la velocidad de rotación se mantiene constante, el carrete 5 está en la posición neutra (los canales de paso de aceite están bloqueados por las bridas del carrete), y se establece un equilibrio entre la fuerza elástica del resorte y las fuerzas centrífugas de los pesos. La frecuencia de giro del rotor del motor correspondiente a esta posición se denomina equilibrio o conjunto. Obviamente, cuanto más se comprima el resorte, mayores serán las fuerzas centrífugas de los pesos y, en consecuencia, mayor la frecuencia de rotación del rotor del motor para mantener la bobina en posición neutra y viceversa.

Supongamos ahora que la velocidad del rotor del motor ha cambiado por alguna razón, por ejemplo, ha aumentado. Evidentemente, esto es posible tanto con un aumento de la potencia desarrollada por el motor como con una disminución de la potencia absorbida por la hélice.

Consideremos el caso más simple: un aumento en la potencia del motor al aumentar el suministro de combustible (al mover la palanca de control del motor (THROD) hacia adelante). En este caso, se viola la igualdad de potencia del motor y la hélice, como resultado de lo cual aumenta la frecuencia de rotación del rotor del motor. A esto responde el controlador de velocidad centrífuga, que debe mantenerla constante. Con un aumento en la velocidad de rotación, las fuerzas centrífugas de los pesos aumentan 6 , los cuales, venciendo la fuerza elástica del resorte, levantan el carrete 5. En este caso, el aceite a alta presión entrará en la cavidad. PERO, y de la cavidad B se drenará en el motor.

Por momentos de fuerza de presión de aceite y fuerzas aerodinámicas, las palas girarán en la dirección de aumentar el ángulo de instalación, superando el momento de los componentes transversales de las fuerzas centrífugas de las palas. Por lo tanto, el tornillo "se volverá más pesado", aumentará su momento de resistencia a la rotación y, en consecuencia, también aumentará la potencia consumida por él. El proceso de apretar el tornillo continuará hasta que se restablezca la velocidad establecida, cuando, a medida que disminuyan las fuerzas centrífugas de los pesos, el carrete del regulador regresará a la posición neutral por el resorte y bloqueará los canales de aceite.

Con una disminución en la potencia del motor (debido a una reducción en el suministro de combustible), se observará la imagen opuesta. La velocidad del rotor del motor comenzará a disminuir, a partir de la cual la fuerza elástica del resorte, superando las fuerzas centrífugas de los pesos, bajará el carrete. En este caso, el aceite de la bomba entra en la cavidad. B, y de la cavidad PERO se drena en el motor. Las palas de la hélice bajo la acción del momento de la fuerza de presión del aceite (en la cavidad B) y los momentos de las fuerzas centrífugas transversales, superando los momentos de las fuerzas aerodinámicas, girarán en la dirección de ángulos de instalación decrecientes. El tornillo se hace más ligero, ya que la potencia consumida por él disminuye. El proceso de aligeramiento del tornillo terminará cuando se restablezca la velocidad establecida y el carrete regrese a la posición neutral.

Características del acelerador de la hélice.

El proceso descrito de control de velocidad al cambiar el suministro de combustible se presenta en gráficos (Fig. 4.24), que muestran las dependencias del motor y la potencia de la hélice en la velocidad con diferentes consumos de combustible.

Potencia del motor desarrollada N dv tiene (con un cierto error) una dependencia de la ley de potencia de la velocidad de rotación: N motor ~ n (2…3) Mientras que el consumo de energía del tornillo N en tiene una mayor dependencia de su facturación: N en ~ n 5 . El modo inicial de operación de la planta de energía es el punto de intersección de la curva de potencia del motor correspondiente al consumo de combustible. Q T 0, con la curva de potencia de la hélice, cuyas palas están instaladas en ángulo φ 0 . Esta operación de estado estable de la planta de energía corresponde a la velocidad de rotación n 0 . Con un aumento en el suministro de combustible, la característica de potencia del motor será mayor que la original (se muestra con una línea de puntos Q T 1>Q T 0) debido a la mayor temperatura del gas frente a la turbina. Como puede verse en el gráfico, la intersección de las curvas de potencia de la hélice en φ 0 y la potencia del motor en Q T 1>Q T 0 corresponde a una velocidad de rotación mayor n 0 . En este caso, el regulador centrífugo, asegurando una velocidad constante, reorganizará las palas a un mayor ángulo de instalación φ 1(curva de potencia discontinua, hélices en φ 1>φ 0 ), lo que provocará una disminución de la velocidad, a la previamente establecida norte 0.

Por lo tanto, con un aumento en el suministro de combustible y, en consecuencia, con un aumento en la potencia del motor, la hélice se volverá más pesada, es decir, aumenta el ángulo de instalación de las palas y aumenta el empuje. Cuando se reduce el suministro de combustible, por el contrario, el regulador, manteniendo una velocidad dada, mueve las palas a ángulos de instalación más pequeños, reduciendo así el empuje del motor. La naturaleza cualitativa del cambio en el ángulo de instalación de las palas φ del suministro de combustible. Q T en el motor se muestra en la Figura 4.25.

Característica de velocidad de la hélice.

Consideremos ahora el funcionamiento del sistema regulador de hélice con un cambio en la velocidad de vuelo y un suministro constante de combustible al motor. Supongamos que una aeronave está en transición de ascenso a vuelo nivelado, o de vuelo nivelado a descenso. En ambos casos, la velocidad de vuelo aumentará con un suministro constante de combustible.

En la fig. 4.26 muestra gráficos de cambios en la capacidad disponible de motores de turbina de gas - N dv y potencia consumida por la hélice N en dependiendo de la velocidad del vuelo V. En la región de velocidades de vuelo subsónicas, la potencia (así como el empuje) del motor N dv con el aumento de la velocidad de vuelo disminuye ligeramente al mismo tiempo N en cae más rápidamente. A velocidad V0 el sistema motor-hélice opera en modo de equilibrio ( N dv=N en). Con un aumento en la velocidad de vuelo a V 1 hay un exceso de poder ( N dv > N c) causando un aumento en la velocidad de la hélice. En un esfuerzo por mantener la velocidad en un valor dado, el controlador de velocidad centrífugo moverá las palas a grandes ángulos de instalación φ 1 Esto provocará una disminución de la velocidad debido al mayor consumo de energía de la hélice. N en (φ 1) y se restablece el régimen de equilibrio, pero a grandes valores de los ángulos de paso de las palas.

La naturaleza del cambio φ=f(V) se muestra en el gráfico de la Fig.4.27.

Cuando la velocidad de vuelo disminuye, el proceso de control procede en el orden inverso. Con una disminución en la velocidad de vuelo, el ángulo de ataque de las palas aumenta y, en consecuencia, la hélice se vuelve "más pesada". Al mismo tiempo, la velocidad de rotación disminuye y el regulador, tratando de mantener el valor establecido, mueve las cuchillas a ángulos de instalación más pequeños.

Característica de altitud

El sistema hélice-regulador también responderá a un cambio en la altitud de vuelo, ya que las características del motor y la hélice cambian de altura de forma diferente.

Altitud característica del teatro N motor \u003d f (h), que se muestra en el gráfico de la figura 4.28 (curva discontinua superior) tiene dos interrupciones características. En tierra, la potencia del motor está determinada por el suministro mínimo de combustible al motor, que corresponde a la potencia de despegue requerida. En el rango de altura (0… h 1) manteniendo el poder constante (N dv=constante) aumentando la temperatura del gas frente a la turbina al máximo permitido (aumento en el suministro de combustible) Tg máx.. en alturas desde h1 antes de h=11km hay una caída en la potencia del motor. En este rango de altitudes, la disminución de la densidad del aire atmosférico es parcialmente compensada por un aumento en el grado de compresión del aire en el compresor, asociado a una disminución de la temperatura atmosférica ( N dv ~ρ (0.8...0.9)).

En altitudes superiores a 11 km, donde la temperatura ambiente es constante, la potencia del motor disminuye en proporción a la disminución de la densidad del aire. ρ .

La potencia de la hélice, como se muestra en la Fig. 4.28 (una serie de curvas para varios φ), disminuye con la elevación en proporción al cambio en la densidad del aire. ρ .

Si suponemos que el ángulo de paso de las palas de la hélice φ 0 en el suelo cumplía la condición N puertas=N pulg., luego con el aumento de la altitud de vuelo N puertas >N en. tal discrepancia N puertas y N en provoca un aumento en la velocidad de rotación, pero el regulador, manteniendo su valor establecido, traduce las palas de la hélice a grandes ángulos de instalación.

Por lo tanto, con un aumento en la altitud de vuelo a h1 hay un aumento intensivo en los ángulos de instalación de las palas; en las alturas (h 1 … 11)km los ángulos continúan aumentando, pero con menor intensidad; a alturas de más de 11 km, el ángulo de instalación permanece constante, ya que el cambio en la potencia del motor y la hélice es igualmente proporcional al cambio en la densidad del aire.

Con una disminución en la altitud de vuelo, el proceso de cambio del ángulo de instalación se invertirá, es decir, las palas de la hélice se transferirán a ángulos de instalación más pequeños. La naturaleza del cambio en el ángulo de instalación de la cuchilla se muestra en la fig. 4.29.

4.10. TORNILLOS AEROMECÁNICOS

En aeronaves con motores de baja potencia se utilizan hélices aeromecánicas, en las que las palas giran automáticamente, sin el uso de fuentes de energía extrañas y el controlador de velocidad. Así, las hélices aeromecánicas son autónomas y automáticas. La rotación automática de las palas se logra cambiando la magnitud del par que actúa sobre las palas de la hélice en vuelo.

Para hélices ordinarias, la magnitud de los momentos de las fuerzas aerodinámicas es pequeña y la dirección de su acción está determinada por las magnitudes de los ángulos de ataque. Si las palas tienen una forma especial o se doblan en un ángulo γ (Fig. 4.30) en relación con el eje de rotación de la pala, al cambiar la posición del centro de presión, los momentos de las fuerzas aerodinámicas asegurarán la rotación de la cuchilla en el manguito en la dirección de disminuir el ángulo de instalación. Los contrapesos se instalan en las palas de las hélices aeromecánicas, que crean pares dirigidos a aumentar el ángulo de instalación (peso de la hélice).

Los contrapesos se instalan en las palas de las hélices aeromecánicas, que crean pares dirigidos a aumentar el ángulo de instalación (peso de la hélice). Momentos de las componentes transversales de las fuerzas centrífugas de los álabes Mc tienden a girar las palas en la dirección de disminuir el ángulo de instalación de la pala. Momentos Mc, creado por contrapesos, más que los momentos creados por los componentes transversales de las fuerzas centrífugas de las palas. En condiciones de estado estacionario, la relación de momentos debe proporcionar la condición

METRO p \u003d METRO c + METRO a.

Sin embargo, los valores de los momentos anteriores varían según el modo de vuelo, por lo que elegir la relación correcta de pares que actúan sobre las palas de la hélice en una amplia gama de cambios de ángulo de instalación es una tarea muy importante y difícil. Esta relación de momentos debería garantizar que la hélice sea "más pesada" con un aumento en la velocidad de vuelo y, a la inversa, con una disminución en la velocidad de vuelo, la hélice debería "aligerarse". La velocidad del motor debe permanecer constante cuando el motor está funcionando a una velocidad constante.

De acuerdo con esto, cuando el motor está funcionando en su lugar, cuando el empuje de la hélice es máximo y, en consecuencia, el par máximo de las fuerzas aerodinámicas, las palas de la hélice se ajustan al tope del ángulo mínimo. Esto asegura que se obtenga la velocidad rotacional de despegue (máxima) del rotor del motor y las condiciones más favorables despegue de aviones.

En vuelo, a medida que aumenta la velocidad, disminuye el empuje de la hélice y los momentos ma, y los momentos de las fuerzas centrífugas de los contrapesos y palas, que no dependen de la velocidad de vuelo, conservan sus valores anteriores (en norte=constante). Como resultado, la relación de momentos cambiará y las palas girarán gradualmente en la dirección de aumentar el ángulo de instalación, evitando que la hélice gire. Obviamente, con una disminución en la velocidad de vuelo, la imagen se invertirá. Así, las palas de la hélice aeromecánica cambian automáticamente el ángulo de instalación en función de la velocidad de vuelo. La velocidad de rotación del tornillo cambia, pero dentro de límites relativamente pequeños.

Las ventajas de este tipo de hélices incluyen: simplicidad de diseño y operación, pequeño peso y dimensiones del cubo de la hélice, y las desventajas son una disminución en la velocidad de rotación especificada a medida que la aeronave se eleva, lo que provoca una disminución en la potencia del motor. Con el ascenso a una altura debido a la disminución de la densidad del aire, el empuje de la hélice disminuye. Esto hace que la hélice se vuelva más pesada y reduzca la velocidad y potencia del motor. Ascensión

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