Di cosa è fatta un'elica per aeroplani leggeri? Come funziona un'elica. Descrizione del modello di aeromobile

L'elica è la cosa più importante parte integrale centrale elettrica, e come corrisponde al motore e all'aeromobile dipende dalle prestazioni di volo di quest'ultimo.

Oltre alla scelta dei parametri geometrici dell'elica, occorre prestare attenzione alla questione dell'abbinamento della velocità dell'elica e del motore, ovvero la selezione del cambio.

Il principio di funzionamento dell'elica

La pala dell'elica compie un movimento complesso: traslatorio e rotatorio. La velocità dell'elemento pala sarà la somma della velocità circonferenziale e di traslazione (velocità di volo) - V

In qualsiasi sezione della pala, la componente di velocità V rimarrà invariato e la velocità circonferenziale dipenderà dal valore del raggio su cui si trova la sezione in esame.

Di conseguenza, al diminuire del raggio, l'angolo di attacco del getto alla sezione aumenta e l'angolo di attacco della sezione diminuisce e può diventare uguale a zero o negativo. Nel frattempo, è noto che l'ala "funziona" in modo più efficace ad angoli di attacco vicini agli angoli di massimo rapporto portanza/resistenza. Pertanto, per forzare la lama a creare la massima spinta con il minimo dispendio di energia, l'angolo deve essere variabile lungo il raggio: minore all'estremità della lama e maggiore vicino all'asse di rotazione - la lama deve essere attorcigliata.

La legge di distribuzione degli spessori del profilo e della torsione lungo il raggio dell'elica, così come la forma del profilo dell'elica, è determinata nel processo di progettazione dell'elica e successivamente perfezionata sulla base del soffiaggio nelle gallerie del vento. Studi simili sono normalmente eseguiti in studi di progettazione specializzati o in istituti dotati di equipaggiamento moderno e tecnologia informatica. Gli uffici di progettazione sperimentale, così come i designer dilettanti, utilizzano solitamente famiglie di eliche già sviluppate, geometriche e caratteristiche aerodinamiche che sono presentati sotto forma di coefficienti adimensionali.

Caratteristiche principali

diametro della vite - D chiamato il diametro del cerchio che le estremità della sua lama descrivono durante la rotazione.

Larghezza lamaè la corda della sezione al raggio dato. I calcoli di solito utilizzano la larghezza relativa della lama

spessore della lama su qualsiasi raggio è chiamato il massimo spessore della sezione su questo raggio. Lo spessore varia lungo il raggio della pala, diminuendo dal centro dell'elica alla sua punta. Per spessore relativo si intende il rapporto tra lo spessore assoluto e la larghezza della lama a parità di raggio: .

L'angolo di installazione della sezione della pala è l'angolo formato dalla corda di questa sezione con il piano di rotazione dell'elica.

Passo della lama h chiamata la distanza che questa sezione percorrerà in direzione assiale quando la vite viene ruotata di un giro attorno al proprio asse, avvitandosi nell'aria come in un corpo solido.

Il gradino e l'angolo di installazione della sezione sono legati dall'ovvia relazione:

Le vere eliche hanno un passo che varia lungo il raggio secondo una certa legge. Come angolo caratteristico di installazione della pala, di regola, l'angolo di installazione della sezione situata a 0,75R dall'asse di rotazione dell'elica, indicato come .

Lama ripidaè chiamata la variazione lungo il raggio degli angoli tra la corda della sezione a un dato raggio e la corda a un raggio di 0,75R, cioè

Per facilità d'uso, tutte le caratteristiche geometriche elencate sono solitamente presentate graficamente in funzione del raggio attuale della vite

A titolo di esempio, la figura seguente mostra i dati che descrivono la geometria di un'elica a passo fisso a due pale:

Se la vite, ruotando con il numero di giri, avanza di una velocità V poi in una rivoluzione coprirà il percorso. Questo valore è chiamato passo della vite e il suo rapporto con il diametro è chiamato passo relativo della vite:

Le proprietà aerodinamiche delle eliche sono solitamente caratterizzate da un coefficiente di spinta adimensionale:

fattore di potenza

E l'efficienza

Dove R- densità dell'aria, nei calcoli può essere presa pari a 0,125 kgf s 2 / m 4

Velocità angolare di rotazione della vite r/s

D- diametro vite, m

P e n- rispettivamente spinta e potenza sull'albero di trasmissione, kgf, l. Con.

Limite teorico di spinta dell'elica

Per il progettista di un ALS è interessante poter effettuare stime approssimative della spinta generata da centrale elettrica. Questo problema viene risolto semplicemente utilizzando la teoria dell'elica ideale, secondo la quale la spinta dell'elica è funzione di tre parametri: potenza del motore, diametro dell'elica e velocità di volo. La pratica ha dimostrato che la spinta di eliche reali razionalmente eseguite è solo del 15 - 25% inferiore ai valori limite teorici.

I risultati dei calcoli secondo la teoria di un'elica ideale sono mostrati nel grafico seguente, che consente di determinare il rapporto tra spinta e potenza in base alla velocità di volo e al parametro N/D 2. Si può notare che, a velocità prossime allo zero, la spinta dipende in larga misura dal diametro dell'elica, tuttavia già a velocità del filo di 100 km/h questa dipendenza è meno significativa. Inoltre, il grafico fornisce una rappresentazione visiva dell'inevitabilità di una diminuzione della spinta dell'elica rispetto alla velocità di volo, che deve essere presa in considerazione quando si valutano i dati di volo di un ALS.

secondo i materiali:
"Guida per i progettisti di velivoli di costruzione amatoriale", Volume 1, SibNIIA

A causa della mancanza di alternative ragionevoli, quasi tutti gli aerei della prima metà del secolo scorso erano dotati di motori a pistoni ed eliche. Per migliorare le caratteristiche tecniche e di volo dell'equipaggiamento, sono stati proposti nuovi progetti di eliche che avevano determinate caratteristiche. A metà degli anni Trenta fu proposto un design completamente nuovo, che consentiva di ottenere le capacità desiderate. Il suo autore è stato il designer olandese A.Ya. Dekker.

Adriaan Jan Dekker ha iniziato il suo lavoro nel campo dei sistemi a vite negli anni venti. Quindi ha sviluppato un nuovo design della girante per mulini a vento. Per migliorare le caratteristiche di base, l'inventore ha suggerito di utilizzare aerei che ricordano l'ala di un aeroplano. Nel 1927, una tale girante fu installata in uno dei mulini nei Paesi Bassi e fu presto testata. All'inizio del decennio successivo furono messe in funzione tre dozzine di giranti di questo tipo e nel 1935 ne erano già dotate 75 mulini.

Un aereo sperimentale con un'elica A.Ya. Dekker. Foto di oldmachinepress.com

All'inizio degli anni Trenta, dopo aver testato e introdotto un nuovo design negli stabilimenti, A.Ya. Dekker ha suggerito di utilizzare unità simili nell'aviazione. Secondo i suoi calcoli, una girante appositamente progettata potrebbe essere utilizzata come elica per aeroplani. Presto questa idea fu inquadrata nella forma della documentazione necessaria. Inoltre, il designer si è occupato di ottenere un brevetto.

L'uso di un design dell'elica non standard, come concepito dall'inventore, avrebbe dovuto dare alcuni vantaggi rispetto sistemi esistenti. In particolare, è stato possibile ridurre la velocità delle eliche quando si è ottenuta una spinta sufficiente. A questo proposito, l'invenzione di A.Ya. Dekker viene spesso definita "elica a bassa velocità di rotazione". Questo design è stato anche chiamato in brevetti.

La prima domanda di brevetto è stata depositata nel 1934. Alla fine di luglio 1936 A.Ya. Dekker ha ricevuto un brevetto britannico numero 450990, a conferma della sua priorità nella creazione dell'elica originale. Poco prima del rilascio del primo brevetto, è comparsa un'altra domanda. Il secondo brevetto è stato rilasciato nel dicembre 1937. Pochi mesi prima, il designer olandese aveva inviato documenti agli uffici brevetti di Francia e Stati Uniti. Quest'ultimo ha emesso il documento US 2186064 all'inizio del 1940.

Design a vite della seconda versione. Attingendo dal brevetto

Il brevetto britannico n. 450990 descriveva un insolito design dell'elica in grado di fornire prestazioni sufficienti con una certa riduzione dei fattori negativi. Il progettista ha proposto di utilizzare un grande mozzo a vite a forma di ogiva, che si trasforma dolcemente in arco fusoliera degli aerei. Le lame grandi avrebbero dovuto essere fissate rigidamente ad esso. forma insolita. Erano i contorni originali delle lame, come A.Ya. Decker, potrebbe portare al risultato desiderato.

Le pale dell'elica "a bassa velocità" dovevano avere un basso allungamento con una grande lunghezza della corda. Avrebbero dovuto essere montati ad angolo rispetto all'asse longitudinale del mozzo. La lama ha ricevuto un profilo aerodinamico con un onore del naso ispessito. La punta della lama è stata proposta per essere spazzata. La punta si trovava quasi parallela all'asse di rotazione della vite e si proponeva di rendere il bordo d'uscita curvo con una parte terminale sporgente.

La struttura interna della vite e del riduttore. Attingendo dal brevetto

Il primo progetto nel 1934 prevedeva l'uso di quattro lame. Una vite di questo tipo doveva essere montata su un albero che si estendeva da un riduttore con le caratteristiche richieste. Un'area significativa delle pale dell'elica, unita ad un profilo aerodinamico, avrebbe dovuto fornire un aumento della spinta. Pertanto, è diventato possibile ottenere una spinta sufficiente a giri inferiori rispetto a un design a vite tradizionale.

Già dopo aver depositato una domanda per il primo brevetto A.Ya. Dekker ha testato un'elica sperimentale e ha tratto alcune conclusioni. Durante il test, è stato riscontrato che il design proposto presenta alcuni svantaggi. Quindi, il flusso d'aria dietro l'elica si è discostato ai lati e solo una piccola parte è passata lungo la fusoliera. Ciò ha portato a un forte deterioramento dell'efficacia dei timoni di coda. Così, nel forma attuale la vite Dekker non poteva essere utilizzata nella pratica.

L'ulteriore sviluppo dell'elica originale ha portato alla comparsa di un design aggiornato con una serie di importanti differenze. Fu lei a diventare oggetto del secondo brevetto britannico e del primo americano. È interessante notare che il documento degli Stati Uniti, a differenza di quello inglese, descriveva non solo la vite, ma anche il design dei suoi azionamenti.

L'aereo Fokker C.I: una macchina simile è diventata un laboratorio volante per testare le idee di A.Ya. Dekker. foto Airwar.ru

Il prodotto aggiornato L'elica a bassa velocità di rotazione doveva includere due eliche coassiali controrotanti contemporaneamente. Si proponeva ancora di costruire la vite anteriore sulla base di un grande mozzo aerodinamico. Le pale dell'elica posteriori devono essere fissate a un'unità cilindrica di dimensioni comparabili. Come nel progetto precedente, lo spinner dell'elica anteriore e l'anello posteriore potrebbero fungere da carenatura del velivolo.

Entrambe le eliche avrebbero dovuto ricevere pale di un design simile, che era uno sviluppo degli sviluppi del primo progetto. Anche in questo caso, è stato necessario utilizzare lame significativamente curve di piccolo allungamento, aventi un profilo aerodinamico sviluppato. Nonostante il bordo d'attacco spazzato, la lunghezza del profilo è aumentata nella direzione dalla radice alla punta, formando una caratteristica curva del bordo d'uscita.

Secondo la descrizione del brevetto, l'elica anteriore doveva ruotare in senso antiorario (se vista dal lato del pilota), l'elica posteriore - in senso orario. Le pale dell'elica dovevano essere montate di conseguenza. Il numero di pale dipendeva dalle caratteristiche dell'elica richieste. Il brevetto mostrava un design con quattro pale su ciascuna elica, mentre uno successivo prototipo ha più aerei.

Il processo di assemblaggio delle viti originali, puoi considerare gli elementi interni del prodotto. Foto di oldmachinepress.com

Il brevetto americano descriveva il progetto del cambio originale, che permetteva di trasmettere la coppia da un motore a due eliche controrotanti. È stato proposto di collegare l'albero motore all'ingranaggio solare del primo circuito dell'ingranaggio epicicloidale (posteriore). Con l'aiuto di una corona dentata fissata in posizione, l'energia veniva trasmessa agli ingranaggi del satellite. Il loro vettore era collegato all'albero dell'elica anteriore. Questo albero era anche collegato all'ingranaggio solare del secondo ingranaggio planetario. Il vettore rotante dei suoi satelliti era collegato all'albero cavo dell'elica posteriore. Questo design del cambio ha permesso di regolare in modo sincrono la velocità di rotazione delle viti, oltre a garantirne la rotazione in direzioni opposte.

Come concepito dall'inventore, la spinta principale doveva essere creata dalle pale dell'elica anteriore. La parte posteriore, a sua volta, era responsabile del corretto reindirizzamento dei flussi d'aria e consentiva di eliminare gli effetti negativi osservati nel progetto di base. Dopo due viti coassiali, il flusso d'aria è passato lungo la fusoliera e normalmente avrebbe dovuto soffiare sull'unità di coda con i timoni. Per ottenere tali risultati, l'elica posteriore avrebbe potuto avere una velocità di rotazione ridotta, circa un terzo dei giri di quella anteriore.

L'elica originale è stata creata tenendo conto della possibile introduzione in nuovi progetti di tecnologia aeronautica, e quindi è stato necessario eseguire test a tutti gli effetti. All'inizio del 1936, Adriaan Jan Dekker fondò la sua compagnia, Syndicaat Dekker Octrooien, che doveva testare l'elica originale e, con risultati positivi, promuovere questa invenzione nell'industria aeronautica.

Pronto a vite sull'aereo. Foto di oldmachinepress.com

Alla fine di marzo dello stesso anno, il Dekker Syndicate acquisì un biplano multiuso Fokker CI di costruzione olandese. Questa macchina con un peso massimo al decollo di soli 1255 kg era equipaggiata con un motore a benzina BMW IIIa da 185 CV. Con una normale elica a due pale in legno, poteva raggiungere velocità fino a 175 km/he salire fino a 4 km di altezza. Dopo una certa ristrutturazione e installazione di una nuova elica, il biplano sarebbe diventato un laboratorio di volo. Nell'aprile 1937, la società A.Ya. Decker ha registrato l'aereo aggiornato; ha ricevuto un numero PH-APL.

Durante la ristrutturazione, il velivolo sperimentale ha perso il cofano standard e alcuni altri dettagli. Invece, il cambio originale e una coppia di "eliche a bassa velocità" sono stati collocati nella fusoliera anteriore. La vite anteriore ha ricevuto sei lame, la parte posteriore - sette. La base della nuova vite era una coppia di mozzi, assemblati da un telaio in alluminio con un rivestimento dello stesso materiale. Le lame avevano un design simile. In connessione con l'installazione delle viti, il naso della macchina ha cambiato forma nel modo più evidente. Allo stesso tempo, la carenatura cilindrica dell'elica posteriore non sporgeva oltre la pelle della fusoliera.

Nello stesso 1937 iniziarono le prove del laboratorio volante con l'elica originale. L'aeroporto di Ipenberg divenne una piattaforma per loro. Già nelle prime fasi del test, è stato riscontrato che le eliche coassiali con pale a basso allungamento possono effettivamente creare la spinta richiesta. Con il loro aiuto, l'auto potrebbe eseguire il rullaggio e fare jogging. Inoltre, da un certo momento, i tester hanno cercato di sollevare l'auto in aria. È noto che l'esperto Fokker C.I è stato in grado di eseguire diversi approcci, ma non si è parlato di un decollo a tutti gli effetti.

Vista frontale. Foto di oldmachinepress.com

I test di un velivolo esperto hanno permesso di identificare sia i pro che i contro del progetto originale. Si è riscontrato che una coppia di eliche controrotanti era effettivamente in grado di produrre la spinta richiesta. Allo stesso tempo, il gruppo elica assemblato si distingueva per le sue dimensioni relativamente ridotte. Un altro vantaggio del design era il rumore ridotto prodotto dalle lame con proporzioni ridotte.

Tuttavia, non è stato senza problemi. Elica A.Ya. Dekker e il cambio di cui aveva bisogno differivano dai campioni esistenti per l'eccessiva complessità della produzione e della manutenzione. Inoltre, l'elica sperimentale installata sul Fokker C.I ha mostrato caratteristiche di spinta insufficienti. Ha permesso all'aereo di muoversi a terra e svilupparsi a sufficienza ad alta velocità, ma per i voli la sua spinta era insufficiente.

A quanto pare, i test sono continuati fino all'inizio degli anni Quaranta, ma per diversi anni non hanno portato a risultati concreti. Ulteriori lavori furono interrotti dalla guerra. Nel maggio 1940, la Germania nazista attaccò i Paesi Bassi e solo pochi giorni dopo, un aereo sperimentale con eliche insolite divenne il trofeo dell'aggressore. Gli esperti tedeschi avrebbero mostrato interesse per questo sviluppo. Presto il laboratorio di volo fu inviato in uno degli aeroporti vicino a Berlino.

Avviando il motore, le viti hanno iniziato a ruotare. Cornice per cinegiornale

Ci sono informazioni sullo svolgimento di alcuni test da parte di scienziati tedeschi, ma questi controlli si sono conclusi abbastanza rapidamente. Secondo alcuni rapporti, il primissimo tentativo da parte dei tedeschi di sollevare l'aereo in aria si è concluso con un incidente. L'auto non è stata restaurata e questo audace progetto è terminato. L'unico velivolo dotato di eliche a bassa velocità di rotazione non poteva mostrare il suo lato migliore, e quindi da idea originale rifiutato. In futuro, furono utilizzate massicciamente solo eliche in stile tradizionale.

Secondo le idee alla base del progetto originale, la speciale "Elica a bassa velocità" doveva essere un'alternativa completa ai tradizionali sistemi di progettazione. Differendo da loro per una certa complessità, potrebbe avere vantaggi sotto forma di dimensioni ridotte, velocità ridotta e rumore ridotto. Tuttavia, non c'era concorrenza. Sviluppo A.Ya. Dekker non è stato nemmeno in grado di superare l'intero ciclo di test.

Forse, con un ulteriore sviluppo, le eliche originali potrebbero mostrare le caratteristiche desiderate e trovare applicazione in vari progetti di tecnologia aeronautica. Tuttavia, la continuazione dei lavori fu rallentata a causa di vari problemi e circostanze, e nel maggio 1940 il progetto fu interrotto a causa di un attacco tedesco. Dopodiché, un'idea insolita è stata finalmente lasciata senza futuro. Più tardi paesi diversi furono nuovamente elaborati progetti promettenti di eliche, ma non furono creati analoghi diretti del sistema Adriaan Jan Dekker.

Secondo i materiali:
https://oldmachinepress.com/
http://anyskin.tumblr.com/
http://hdekker.info/
http://strangernn.livejournal.com/
https://google.com/patents/US2186064

GV Makhotkin

Design dell'elica

Elica ad aria si è guadagnata la reputazione di propulsione indispensabile per le moto d'acqua ad alta velocità utilizzate in aree con acque poco profonde e ricoperte di vegetazione, nonché per le motoslitte anfibie che devono lavorare su neve, ghiaccio e acqua. Tanta esperienza è già stata accumulata sia qui che all'estero. applicazioni dell'elica su piccole imbarcazioni ad alta velocità e anfibi. Quindi, dal 1964, nel nostro paese, le motoslitte anfibie sono state prodotte in serie e gestite (Fig. 1) dal Design Bureau che porta il nome. AN Tupolev. Negli Stati Uniti, in Florida operano diverse decine di migliaia di idroscivolanti, come li chiamano gli americani.

Il problema della realizzazione di una barca a motore a basso pescaggio ad alta velocità con un'elica continua a interessare i nostri costruttori navali dilettanti. La potenza più disponibile per loro è 20-30 CV. Con. Pertanto, considereremo le questioni principali della progettazione di un sistema di propulsione ad aria con l'aspettativa di una tale potenza.

Un'attenta determinazione delle dimensioni geometriche dell'elica consentirà di sfruttare appieno la potenza del motore e di ottenere una spinta prossima al massimo con la potenza disponibile. In questo caso sarà di particolare importanza la scelta corretta del diametro dell'elica, da cui dipende in larga parte non solo l'efficienza del propulsore, ma anche la rumorosità, determinata direttamente dalle velocità circonferenziali.

Gli studi sulla dipendenza della spinta dalla velocità della corsa hanno stabilito che per realizzare le capacità di un'elica con una potenza di 25 CV. Con. è necessario avere il suo diametro - circa 2 M. Per garantire i costi energetici più bassi, l'aria deve essere respinta da un getto con una sezione trasversale maggiore; nel nostro caso particolare la superficie spazzata dalla coclea sarà di circa 3 mq. Riducendo il diametro dell'elica a 1 m per ridurre la rumorosità si ridurrà di 4 volte l'area percorsa dall'elica e ciò, nonostante l'aumento della velocità del getto, provocherà un calo della trazione sugli ormeggi del 37% . Purtroppo questa diminuzione della spinta non può essere compensata né dal passo, né dal numero delle pale, né dalla loro larghezza.

Con un aumento della velocità di movimento, la perdita di trazione da una diminuzione del diametro diminuisce; quindi, l'aumento delle velocità consente l'uso di eliche di diametro inferiore. Per le eliche di diametro 1 e 2 m, che garantiscono la massima trazione sugli ormeggi, alla velocità di 90 km/h, i valori di spinta diventano uguali. Aumentando il diametro a 2,5 m, aumentando la trazione agli ormeggi, si ottiene solo un leggero aumento della trazione a velocità superiori a 50 km/h. In generale, ogni intervallo di regime di funzionamento (ad una determinata potenza del motore) ha il proprio diametro ottimale dell'elica. Con un aumento della potenza a velocità costante, aumenta il diametro ottimale in termini di efficienza.

Come segue dalla Fig. 2 grafici, la spinta dell'elica con un diametro di 1 m è maggiore della spinta dell'elica d'acqua (standard) del motore fuoribordo "Neptune-23" o "Privet-22" a velocità superiori a 55 km / h, e l'elica con un diametro di 2 m - già a velocità superiori a 30 -35 km/h. I calcoli mostrano che a una velocità di 50 km/h, il consumo chilometrico di un motore con un'elica con un diametro di 2 m sarà inferiore del 20-25% rispetto al motore fuoribordo più economico "Privet-22".

La sequenza di selezione degli elementi dell'elica secondo i grafici forniti è la seguente. Il diametro dell'elica è determinato in base alla trazione richiesta sugli ormeggi quando dato potere sull'albero della vite. Se il funzionamento del motoscafo è previsto in aree popolate o in aree soggette a restrizioni di rumore, il livello di rumore accettabile (oggi) corrisponderà alla velocità circonferenziale - 160-180 m / s. Avendo determinato, in base a questa norma condizionale e al diametro della vite, il numero massimo dei suoi giri, stabiliremo il rapporto di trasmissione dall'albero motore all'albero della vite.

Per un diametro di 2 m, il livello di rumore consentito sarà di circa 1500 giri/min (per un diametro di 1 m - circa 3000 giri/min); quindi, il rapporto di trasmissione a un regime motore di 4500 giri / min sarà di circa 3 (per un diametro di 1 m - circa 1,5).

Con l'aiuto del grafico di Fig. 3 sarà possibile determinare la quantità di spinta dell'elica se il diametro dell'elica e la potenza del motore sono già stati selezionati. Per il nostro esempio, è stato scelto il motore della potenza più conveniente: 25 CV. s., e il diametro della vite è 2 M. Per questo caso particolare, il valore di spinta è di 110 kg.

La mancanza di cambi affidabili è forse l'ostacolo più grande da superare. Di norma, le trasmissioni a catena e a cinghia realizzate da dilettanti in condizioni artigianali risultano inaffidabili e hanno una bassa efficienza. L'installazione forzata direttamente sull'albero motore porta alla necessità di ridurre il diametro e, di conseguenza, ridurre l'efficienza del motore.

Per determinare la larghezza e il passo della lama, utilizzare il nomogramma mostrato in Fig. 4. Sulla scala orizzontale destra, dal punto corrispondente alla potenza sull'albero dell'elica, tracciamo una linea verticale fino all'intersezione con la curva corrispondente al diametro dell'elica precedentemente trovato. Dal punto di intersezione tracciamo una linea retta orizzontale fino all'intersezione con una verticale tracciata da un punto che giace sulla scala sinistra del numero di rivoluzioni. Il valore risultante determina la quantità di copertura dell'elica progettata (i produttori di aeromobili chiamano il rapporto tra la somma delle larghezze delle pale e il diametro della copertura).

Per le eliche a due pale, il rivestimento è uguale al rapporto tra la larghezza della pala e il raggio dell'elica R. Al di sopra dei valori del rivestimento sono indicati i valori dei passi ottimali dell'elica. Per il nostro esempio abbiamo ottenuto: copertura σ=0,165 e passo relativo (rapporto tra passo e diametro) h=0,52. Per una vite con un diametro di 1 m, σ=0,50 m e h=0,65. Un'elica con un diametro di 2 m dovrebbe essere a 2 pale con una larghezza della pala del 16,5% R, poiché la quantità di copertura è piccola; un'elica con un diametro di 1 m può essere a 6 pale con una larghezza della pala di 50:3 = 16,6% R o a 4 pale con una larghezza della pala di 50:2 = 25% R. Aumentando il numero di pale si ottiene un ulteriore riduzione del livello di rumore.

Con un sufficiente grado di precisione, possiamo presumere che il passo dell'elica non dipenda dal numero di pale. Diamo le dimensioni geometriche di una lama di legno con una larghezza del 16,5% R. Tutte le dimensioni nel disegno fig. 5 sono dati come percentuale del raggio. Ad esempio, la sezione D è 16,4% R, situata al 60% R. L'accordo della sezione è diviso in 10 parti uguali, ovvero 1,64% R ciascuna; la convergenza è scomposta per 0,82% R. Le ordinate del profilo in millimetri si determinano moltiplicando il raggio per il valore percentuale corrispondente a ciascuna ordinata, ovvero per 1,278; 1.690; 2.046 ... 0.548.

Conversione della potenza (coppia) del motore in spinta, necessaria per il movimento in avanti di aerei, motoslitte, alianti, hovercraft. Le eliche tirano - installate su un aeroplano, ecc. davanti al motore (nella direzione di marcia) e spingono - sono posizionate dietro il motore. Le viti possono essere singole e doppie coassiali, quando due viti sono poste una sopra l'altra, l'albero della vite superiore passa attraverso l'albero cavo della vite inferiore e ruotano in direzioni opposte. In base al metodo di fissaggio delle pale al mozzo, si distinguono le eliche: eliche a passo fisso, le cui pale sono rese solidali al mozzo; passo variabile - il tipo più comune, le cui lame in volo possono essere ruotate nel manicotto attorno all'asse ad un certo angolo, chiamato passo della vite; reversibile, in cui le pale possono essere impostate ad angolo negativo in volo per creare una spinta diretta nella direzione opposta al movimento (tali pale vengono utilizzate, ad esempio, per frenare efficacemente e ridurre la lunghezza della pista di atterraggio dell'aeromobile). Una caratteristica di un'elica segnavento è la possibilità di installare le pale lungo il flusso d'aria in volo, in modo che quando il motore si ferma in volo, non aumenta la resistenza dell'aereo dall'elica. Il numero di pale dell'elica va da 2 a 6 per le singole eliche e fino a 12 per quelle coassiali.

I tipi di eliche sono rotore principale e vite di coda applicato elicotteri, aeroplani, autogiri.

Enciclopedia "Tecnologia". - M.: Rosman. 2006 .

Eliche a palette per convertire la coppia del motore in spinta dell'elica. È installato su aeroplani, elicotteri, motoslitte, hovercraft, ekranoplanes, ecc.
V. in. suddiviso; a seconda della modalità di installazione delle pale - su eliche fisse, fisse e a passo variabile (possono essere a palette o a palette reversibili); secondo il meccanismo del cambio di passo - con azionamento meccanico, elettrico o idraulico; secondo lo schema di lavoro - schema diretto o inverso; in base alla progettazione - in singola, coassiale, a doppia fila, V. c. sul ring.
V. in. è costituito da lame ( centimetro. pala dell'elica), boccole e possono anche includere modifiche del passo dell'elica. V. in. differiscono per diametro D (0,5-6,2 m) e numero di lame k (2-12). Il manicotto serve per fissare le lame e trasmettere la coppia dall'albero motore. Il meccanismo di cambio passo fornisce un cambiamento nell'angolo di installazione delle pale in volo.
1) Al V.c. le lame di passo costante non ruotano attorno al proprio asse.
2) Lame V. in. il passo fisso può essere impostato all'angolo desiderato prima del volo, ma durante il funzionamento non ruotano.
3) Al V.c. passo variabile, è possibile modificare l'angolo delle lame utilizzando il sistema di controllo manuale o automaticamente utilizzando il regolatore di velocità. Il regolatore mantiene una data velocità del motore controllando il passo alimentando olio attraverso un sistema di canali alle corrispondenti cavità del meccanismo di controllo della V. c. con azionamento idraulico.
4) Alla banderuola V. c. le pale possono essere installate a valle per ridurre la resistenza aerodinamica in caso di spegnimento forzato del motore in volo ( centimetro. piumaggio dell'elica).
5) Pale eoliche reversibili può essere installato anche in una posizione in cui, durante la sua rotazione, si crea una spinta negativa, che viene utilizzata in fase di atterraggio per ridurre la lunghezza della corsa e manovrare a terra ( centimetro. inversione della vite).
I meccanismi meccanici ed elettrici per cambiare il tono hanno una grande inerzia e quindi non vengono praticamente utilizzati. Il più comune V. secolo. con azionamento idraulico.
1) Al V.c. con un azionamento idraulico dello schema diretto, le pale sono impostate a un passo piccolo utilizzando le forze create dalla pressione dell'olio e a un passo largo - dalle forze centrifughe dei contrappesi. Tale V. in. sono applicati a potenze del motore fino a 2000 kW.
2) A potenze superiori a 2.000 kW, la massa dei contrappesi aumenta in modo significativo, pertanto si utilizzano turbine eoliche. lo schema inverso, in cui le lame sono impostate a un passo largo con l'aiuto delle forze create dalla pressione dell'olio e a un passo piccolo, dalle forze centrifughe delle lame stesse.
- Una singola elica ha una fila di pale,
- coassiale V.c. è costituito da due viti singole montate su alberi coassiali e rotanti in direzioni opposte ( centimetro. vite coassiale),
- doppia fila V. c. è costituito da due singole eliche poste una dietro l'altra e che ruotano nella stessa direzione.
- v. v. nell'anello ha un anello profilato, grazie al quale verrà creata una trazione aggiuntiva; efficace alle basse velocità (fino a 200 km/h).
Per ridurre la resistenza aerodinamica e le perdite di potenza all'ingresso del V. c. sono installate carenature (ellittiche, coniche, ecc.) che coprono il manicotto e le parti di estremità delle lame. Il V.c. possono essere installati sistemi antigelo.
A V. in. la nuova generazione include il V. secolo. diametro ridotto con un gran numero di lame larghe e sottili a forma di sciabola, che sono irragionevolmente chiamate propfan.
Nel periodo iniziale dello sviluppo dell'aviazione V. secolo. furono realizzati principalmente in legno, e negli anni successivi altri (acciaio, titanio, leghe di alluminio, materiali compositi, ecc.) trovarono applicazione.
Per valutare la qualità del V. sec. e confrontandoli tra loro, vengono utilizzati principalmente α e potenza adimensionali
(β) = N/(ρ)n3D5
(N - , (ρ) - densità dell'aria, n - velocità dell'elica)
ed efficienza dell'elica
(η) = (αλ)/(β)((λ) = V/nD - relativo, V - velocità di volo). Caratteristiche del V. sec. determinato nelle prove di volo, dagli studi del V. sec. e i loro modelli nelle gallerie del vento, oltre che in teoria. Nel calcolo si distinguono 2 casi; determinazione della forma, delle dimensioni e del numero di lame dai valori indicati (α), (β) e (η) (problema diretto) e determinazione di (α), (β) e (η) dal geometria nota della turbina eolica. (problema inverso).
Per la prima volta, considera la lama di V.. come suggerito dall'ingegnere russo S. K. Dzhevetsky nel 1892, avanzò anche l'ipotesi di sezioni piatte nel 1910 (ogni sezione della lama è considerata come ). Decomponendo la forza di portanza del profilo alare dY e la sua resistenza aerodinamica dX, si determinano la spinta dP e la forza dQ di resistenza alla rotazione dell'elemento considerato della pala, e la spinta totale della pala e la forza di resistenza alla sua rotazione ( quindi la potenza del motore richiesta per la rotazione del profilo aerodinamico) sono ottenute per integrazione lungo la pala. Fondamentalmente, le forze che agiscono sull'elemento a lama sono determinate dalla velocità relativa W del flusso in arrivo e dal suo angolo geometrico di attacco
(α)r = (φ)-arctg(V/(ω)r),
(φ) - angolo di installazione dell'elemento lama.
Nel caso ideale, la velocità del flusso
W = (ω)Xr + V,
dove (ω) è la velocità angolare della pala, r è il vettore del raggio della sezione considerata, V è il vettore della velocità di volo. Durante il suo movimento, la lama si trascina, conferendole una velocità induttiva aggiuntiva w. Di conseguenza, la vera velocità Wн,. il flusso attorno all'elemento e il vero ((α)n differiscono da quelli ideali. Il calcolo di w e (α)n è il compito principale della teoria della vite.
Nel 1910-1911, G. Kh. Sabinin e B. N. Yuryev svilupparono la teoria di Drzewiecki, includendo, in particolare, alcune disposizioni della teoria dell'elica ideale. I calcoli di V Secondo le formule ottenute, concordavano in modo abbastanza soddisfacente con i risultati sperimentali. Nel 1912, N. E. propose la teoria del vortice, che fornisce un'accurata rappresentazione fisica del funzionamento dell'elica e praticamente tutti i calcoli del vento del vortice. cominciò ad essere condotto sulla base di questa teoria.
Secondo la teoria di Zhukovsky, la vite è sostituita da un sistema di vortici attaccati e liberi. In questo caso, le lame saranno sostituite da vortici attaccati, che passano in , che corre lungo l'asse della vite, e vortici liberi scendono dal bordo di uscita della lama, formando nel caso generale un foglio di vortice elicoidale. Assumendo che (ω) sia correlato a (ω) con la velocità di circolazione attorno alla sezione della pala. L'ipotesi di sezioni piane nel caso di flusso non separato attorno alla pala è stata confermata sperimentalmente dalla coincidenza di distribuzioni di pressione sulle sezioni della pala di un mulino rotante. e ante con profili della stessa sezione. È risultato, tuttavia, che la rotazione influisce sulla propagazione della separazione del flusso sulla superficie della pala e, in particolare, sulla rarefazione nella regione di separazione. La regione di separazione del flusso che inizia all'estremità della pala è simile a un tubo rotante, la rarefazione in essa è controllata forza centrifuga e all'interno della lama è molto più grande che sull'ala.
Quando (λ) 1, la differenza tra il vero (ω) e la media diventa evidente, e il calcolo di V. v. con true (ω) diventa simile al calcolo di un'ala a campata finita ( centimetro. Teoria dell'ala). Quando si calcola il V. secolo pesantemente caricato. (con un grande rapporto tra potenza e superficie spazzata via dall'elica) è necessario tenere conto della deformazione dei vortici.
A causa del fatto che alla velocità circonferenziale del V. secolo. traslazionale, l'effetto della comprimibilità dell'aria colpisce principalmente V. c. (porta ad una diminuzione dell'efficienza). Alla velocità periferica subsonica della punta della pala, alla velocità di traslazione dell'aeromobile e alla velocità subsonica W, l'effetto della comprimibilità dell'aria su (ω) è debole e influisce solo sul flusso attorno alla pala. Nel caso della velocità subsonica e della velocità supersonica W all'estremità della pala (quando è necessario tenere conto della comprimibilità del mezzo), la teoria del moto aereo, basata sullo schema dei vortici attaccati (portanti), diventa praticamente inapplicabile ed è necessaria una transizione allo schema della superficie portante. Tale transizione è necessaria anche alla velocità subsonica della punta della lama, se la sua larghezza è sufficientemente grande. Ottenuto in URSS sperimentalmente V. secolo. e le correzioni dovute alla comprimibilità dell'aria sono state ampiamente utilizzate nella scelta dei diametri e del numero di pale aerodinamiche. e insieme alla scelta della forma delle pale (soprattutto i profili delle loro sezioni) ha permesso di migliorare le caratteristiche di volo degli aerei domestici, compresi quelli partecipanti alla Grande Guerra Patriottica.
Durante il primo periodo di padronanza delle alte velocità subsoniche, il compito principale della progettazione di turbine eoliche era Considerata la realizzazione di eliche di grande diametro (fino a 6 m) ad alta efficienza (Elica 85%) alla massima velocità di volo. Le caratteristiche dei profili ad alta velocità transonica della tela furono ottenute sperimentalmente su eliche con le cosiddette pale drenate, ed uno dei profili aveva le proprietà di un profilo supercritico (1949). Il secondo periodo (a partire dagli anni '60) è caratterizzato da un'esigenza aggiuntiva: una spinta accresciuta del V. sec. durante il decollo. A tal fine sono state sviluppate lame con profili di curvatura maggiorati. Ulteriori sviluppi V. in. associato allo sviluppo di eliche con un gran numero di pale larghe e sottili a forma di sciabola. Con l'aumento del numero e della larghezza delle lame, il flusso attorno alle loro parti di testa, dove l'effetto del reticolo del profilo è significativo, diventa di grande importanza. Un mezzo per ridurre la resistenza dell'onda può essere la scelta della forma del cuoco. Calcoli ed esperimenti mostrano che a velocità di volo corrispondenti al numero di Mach di volo M. contributo di S. Sh. , A. M. Lepilkin, G. I. Maykapar, I. V. Ostoslavsky, N. N. Polyakov, D. V. Khalezov.

Aviazione: Enciclopedia. - M.: Grande Enciclopedia Russa. Caporedattore G.P. Svishchev. 1994 .

elica ad aria Enciclopedia "Aviazione"

elica ad aria- Riso. 1. Schemi di eliche. elica - un'elica per convertire la coppia del motore in spinta dell'elica. È installato su aeroplani, elicotteri, motoslitte, hovercraft, ekranoplanes, ecc. v… Enciclopedia "Aviazione"

ELICA DELL'ARIA- elica a pale, il cui mezzo di lavoro è l'aria. L'elica è un comune dispositivo di propulsione aeronautica. L'elica marina in termini di geometria della pala e caratteristiche idrodinamiche differisce in modo significativo dall'aviazione e ... ... Libro di consultazione enciclopedico marino

Un'elica è un'elica in cui le pale profilate disposte radialmente, ruotando, scartano l'aria e quindi creano spinta. V. in. è costituito da un manicotto posto sull'albero motore e da lame aventi lungo la campata ... ... Grande enciclopedia sovietica

elica ad aria- orasraigtis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. elica della girante; elica vok. Luftschraube, f; Elica, m; Saugschraube, frus. elica, m; elica, m pranc. propulsore aereo, m; elice aerea, f; hélice propulsive, f … Fizikos terminų žodynas

Prima che i motori a reazione venissero sviluppati, tutti gli aerei avevano eliche, cioè eliche azionate da motori a combustione interna come le automobili.

Tutte le pale dell'elica hanno una forma della sezione trasversale simile a quella dell'ala di un aereo. Quando l'elica ruota, il flusso d'aria scorre attorno alla superficie anteriore di ciascuna pala più velocemente di quella posteriore. E si scopre che la pressione davanti all'elica è inferiore a quella dietro. Quindi c'è una forza di trazione diretta in avanti. E l'entità di questa forza è maggiore, maggiore è la velocità di rotazione dell'elica.

(Nella foto sopra) Il flusso d'aria si muove più velocemente sulla superficie anteriore di una pala dell'elica rotante. Ciò riduce la pressione dell'aria davanti e fa avanzare l'aereo.

Un aereo a elica decolla in aria a causa della spinta generata dalla rotazione delle pale dell'elica.

Le estremità delle pale rotanti dell'elica descrivono una spirale nell'aria. La quantità di aria che un'elica guida attraverso se stessa dipende dalle dimensioni delle pale e dalla velocità di rotazione. Pale aggiuntive e motori più potenti possono aumentare il lavoro utile di un'elica.

Perché le pale dell'elica hanno una forma attorcigliata

Se queste pale fossero piatte, l'aria sarebbe distribuita uniformemente sulla loro superficie, causando solo resistenza alla rotazione dell'elica. Ma quando le lame sono curve, allora il flusso d'aria a contatto con la loro superficie, in ogni punto della superficie della lama, acquisisce una propria direzione. Questa forma della lama le consente di tagliare l'aria in modo più efficiente e mantenere il rapporto più favorevole tra spinta e resistenza dell'aria.

Eliche a passo variabile. L'angolo con cui la pala è installata nel mozzo del rotore è chiamato angolo del cono iniziale. Su alcuni aerei, questo angolo può essere modificato e quindi massimizzare il lavoro utile dell'elica in varie condizioni di volo, ad esempio durante il decollo, la salita o la crociera.