Repülőgép propeller: név, besorolás és jellemzők

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

A légmozgás alapja az aerodinamika elvein egy olyan erő jelenléte, amely ellensúlyozza a légellenállást repülés közben és a gravitációt. A vitorlázórepülők kivételével minden modern repülőgép rendelkezik olyan hajtóművel, amelynek teljesítménye erre az erőre alakul át. Az erőmű tengelyének forgását tolóerővé alakító mechanizmus a repülőgép légcsavarja.

Légcsavar leírása

A repülőgép propeller lapátokkal ellátott mechanikus eszköz, amelyet egy motortengely forgat, és tolóerőt hoz létre a repülőgép levegőben történő mozgásához. A lapátok megdöntésével a légcsavar visszadobja a levegőt, ami előtte alacsony, mögötte pedig nagy nyomású területet hoz létre. Szinte minden ember a Földön legalább egyszer élete során láthatta ezt az eszközt, ezért nincs szükség számos tudományos meghatározásra. A légcsavar lapátokból, egy speciális karimán keresztül a motorhoz csatlakoztatott agyból, az agyra helyezett kiegyensúlyozó súlyokból, a légcsavar dőlésszögét módosító mechanizmusból és az agyat borító burkolatból áll.

Más nevek

Mi a másik neve a repülőgép légcsavarnak? Történelmileg két fő név volt: a tényleges propeller és a légcsavar. Később azonban más nevek is megjelentek, amelyek a tervezési jellemzőket vagy az egységhez rendelt további funkciókat hangsúlyozták. Pontosabban:

• Fenestron. Egy csavar a helikopter farkában egy speciális csatornába.
• Látókerék. Egy speciális gyűrűbe zárt csavar.
• Propfan. Ezek nyíl vagy kard alakú csavarok két sorban, csökkentett átmérővel.
• Windfan. Vészhelyzeti tartalék áramellátó rendszer a szembejövő légáramból.
• Rotor. Ezt néha egy helikopter főrotorának és néhány másnak is nevezik.

Propellerelmélet

Lényegében minden repülőgép légcsavar egyfajta mozgatható miniatűr szárny, amely ugyanazon aerodinamikai törvények szerint él, mint a szárny. Vagyis a légköri környezetben mozogva a lapátok profiljukból és dőlésükből adódóan légáramlást hoznak létre, ami a repülőgép hajtóereje. Ennek az áramlásnak az erőssége az adott profilon kívül a propeller átmérőjétől és sebességétől is függ. Ugyanakkor a tolóerő fordulatoktól való függése másodfokú, és az átmérőtől - akár a 4. fokig is. Az általános tolóerő képlet a következő: P=αρn²D^4ahol:

• α – a légcsavar tolóerő együtthatója (a lapátok kialakításától és profiljától függ);
• ρ - levegő sűrűsége;
• n - fordulatok számacsavarok;
• D a csavar átmérője.

Érdekes összehasonlítani a fenti képlettel, egy másikkal, amely ugyanebből a csavarelméletből származik. Ez a szükséges teljesítmény a forgás biztosításához: T=Βρn³D^{5, ahol Β a propeller számított teljesítménytényezője.}

Ezt a két képletet összehasonlítva látható, hogy a repülőgép légcsavar sebességének növelésével és a légcsavar átmérőjének növelésével a szükséges motorteljesítmény exponenciálisan nő. Ha a tolóerő szintje arányos a fordulatok négyzetével és az átmérő 4. teljesítményével, akkor a szükséges motorteljesítmény már a fordulatok köbével és a légcsavar átmérőjének 5. teljesítményével arányosan nő. A motor teljesítményének növekedésével a tömege is nő, ami még nagyobb tolóerőt igényel. Újabb ördögi kör a repülőgépiparban.

Légcsavar műszaki adatai

A repülőgépre szerelt légcsavar a következő jellemzőkkel rendelkezik:

• Csavar átmérője.
• Geometrikus mozgás (lépés). Ez a kifejezés arra a távolságra utal, amelyet a csavar megtehet, és egyetlen fordulat alatt beleütközik egy elméleti szilárd felületbe.
• Futófelület – a propeller által egy fordulat alatt megtett tényleges távolság. Nyilvánvalóan ez az érték függ a fordulatszámtól és a forgási frekvenciától.
• Lapátszög – a sík és a légcsavar tényleges dőlésszöge közötti szög.
• Pengeforma – A legtöbb modern penge kard alakú, ívelt.
• Pengeprofil – az egyes pengék keresztmetszete általában szárny alakú.
• Átlagos penge húr –geometriai távolság a bevezető és a kilépő élek között.

Ugyanakkor a repülőgép propellerének fő jellemzője a tolóerő, vagyis az, hogy mire van szükség.

Méltóság

A légcsavart légcsavarként használó repülőgépek sokkal gazdaságosabbak, mint a turbóhajtóműves társaik. A hatásfok eléri a 86%-ot, ami a sugárhajtású repülőgépeknél elérhetetlen érték. Ez a fő előnyük, ami tulajdonképpen a múlt század 70-es éveinek olajválsága idején ismét üzembe helyezte őket. Kis távolságokon a sebesség nem kritikus a gazdaságossághoz képest, ezért a legtöbb regionális légi jármű légcsavaros.

Hibák

A légcsavaros repülőgépeknek is vannak hátrányai. Először is, ezek pusztán „kinetikai” hátrányok. A forgás során a repülőgép saját tömegével rendelkező légcsavarja hatással van a repülőgép testére. Ha például a pengék az óramutató járásával megegyező irányban forognak, akkor a ház hajlamos az óramutató járásával ellentétes irányba forogni. A légcsavar által keltett turbulenciák aktívan kölcsönhatásba lépnek a repülőgép szárnyaival és légterével, különböző áramlásokat hoznak létre jobbra és balra, ezáltal destabilizálják a repülési útvonalat.

Végül a forgó légcsavar egyfajta giroszkóp, vagyis hajlamos megtartani a pozícióját, ami megnehezíti a repülési útvonal megváltoztatását levegőrebíróság. A repülőgép propellerének ezek a hiányosságai régóta ismertek, és a tervezők megtanulták kezelni ezeket azáltal, hogy bizonyos aszimmetriát vezettek be maguknak a hajóknak vagy azok vezérlőfelületeinek (kormánykormányok, légterelők stb.) kialakításában. Az igazság kedvéért meg kell jegyezni, hogy a sugárhajtóműveknek is vannak hasonló "kinetikai" hiányosságai, de valamivel kisebb mértékben.

A mínuszokhoz köthető az úgynevezett reteszelő hatás is, amikor a légcsavar átmérőjének és forgási sebességének bizonyos határokig történő növekedése már nem fejt ki hatást a tolóerő növekedése formájában. Ez a hatás azzal jár, hogy a lapátok egyes szakaszaiban közel vagy szuperszonikus sebességű légáramlások jelennek meg, ami hullámválságot, azaz léglökések kialakulását idézi elő. Valójában túllépik a hangzás határát. Ebben a tekintetben a légcsavaros repülőgépek maximális sebessége nem haladja meg a 650-700 km/h-t.

Talán az egyetlen kivétel a Tu-95 bombázó volt, amely akár 950 km/h-s, vagyis szinte hangsebességet is elér. Mindegyik motorja két, ellentétes irányban forgó koaxiális légcsavarral van felszerelve. Nos, a propeller hajtású repülőgépek utolsó problémája a zaj, amelynek követelményeit a légiközlekedési hatóságok folyamatosan szigorítják.

Osztályozás

Sokféleképpen osztályozható a repülőgép légcsavarja. Csoportokba vannak osztva attól függően, hogy milyen anyagból készültek, a pengék alakja, átmérője, mennyisége, valamint számos egyéb.jellemzők. A legfontosabb azonban két kritérium szerinti besorolásuk:

• Először is – vannak változtatható és fix állású légcsavarok.
• Másodszor – vannak húzó- és nyomócsavarok.

Az elsőt a repülőgép elejére, a másodikat pedig a hátuljára szerelték fel. Korábban felbukkant egy tolócsavaros repülőgép, de aztán egy időre feledésbe merült, és csak viszonylag nemrég jelent meg újra az égen. Most ezt az elrendezést széles körben használják kis repülőgépeken. Vannak még egészen egzotikus lehetőségek is, amelyek egyszerre húzó- és tolólapáttal is fel vannak szerelve. A hátsó légcsavarral felszerelt repülőgépnek számos előnye van, amelyek közül a legfontosabb a magasabb emelő-ellenállás arány. A légcsavarból érkező járulékos légáramlás hiánya miatt azonban a szárny a legrosszabb fel- és leszállási jellemzőkkel rendelkezik.

Változó dőlésszögű csavarok

Változtatható menetemelkedésű légcsavarok szinte minden modern közepes és nagy repülőgépen fel vannak szerelve. A nagy lapátosztással nagy tolóerő érhető el, de ha a motor fordulatszáma meglehetősen alacsony, akkor a gyorsulás rendkívül lassú lesz. Ez nagyon hasonlít az autók helyzetéhez, amikor magasabb sebességfokozatban próbálnak elindulni.

A nagy sebesség és a kis propeller-emelkedés fennáll annak a veszélye, hogy elakad, és a tolóerő nullára csökken. Ezért a repülés során a hangmagasság folyamatosan változik. Most ezt automatizálással végzik, de korábban magának a pilótának kellett ezt folyamatosan manuálisan felügyelnie.állítsa be a szöget. A légcsavar dőlésszögének megváltoztatására szolgáló mechanizmus egy speciális persely hajtómechanizmussal, amely a lapátokat a forgástengelyhez képest a kívánt mértékben elforgatja.

Modern fejlesztés Oroszországban

Az eszközök fejlesztésén végzett munka soha nem állt le. Jelenleg az AB-112-es repülőgép új légcsavarjának tesztelése folyik. Az Il-112V könnyű katonai szállító repülőgépeken használják majd. Ez egy 6 lapátos, 87%-os hatásfokú, 3,9 méteres átmérőjű, 1200 ford./perc forgási sebességű, változtatható állású légcsavar. Új pengeprofilt fejlesztettek ki, a kialakítása pedig könnyebb lett.