Рушій гвинта
Нагадуємо: швидкість обертання двигуна rotax макс. = 5800 об/хв, і він оснащений редуктором 1/2,43
тому максимальна швидкість гвинта = 5800/2,43 = 2387 об/хв, що в цілому становить 1680 мм у діаметрі
Пропелер - це обертовий пристрій, утворений низкою лопатей, що мають профіль крила, що створює перед ним вакуум і позаду нього тиск. І який, як крила, прискорює маси повітря. Крім крил це роблять вгору-вниз, а лопаті гвинта спереду назад.
Ми також можемо розглянути дію пропелера як за аспектом, різницею тисків, так і за аспектом прискорення маси повітря. В останньому випадку, коли гвинт розглядається як пристрій, що прискорює газ (повітря), ми можемо, як і для ракети, розрахувати її тягу за формулою: F = швидкість потоку по швидкості викиду, а точніше, в цьому випадку: швидкість потоку, помножена на РІЗНИЦЮ швидкості повітря між витоком і нижче за гвинтом. Це все ще принцип дії та реакції, але ми менш близькі до фігуриста, який кидає м’яч, ніж до гребця.
Як і крило, лопать гвинта має несучий профіль:
І, як крило, лопать гвинта має кут нахилу, який називається: крок.
Як і у випадку з крилом, якщо кут атаки занадто великий, існує ризик зависання (кут атаки лопаті гвинта залежить від кроку та швидкості літака).
Що стосується крила, якщо кут атаки занадто малий, підйом (для крила) або тяга (для лопаті гвинта) зникає.
Тому крок гвинта повинен бути ретельно підібраний і враховувати швидкість польоту, як видно тут:
Під час обертання лопаті рухаються відповідно до Vr (швидкості обертання). Літак летить відповідно до Vd (швидкість руху літака). Поєднуючи швидкості, коли літак у польоті (ненульовий Vd), лопаті фактично рухаються відповідно до результуючої R.
Отже, відносний вітер приходить на лезо згідно з R, але в РЕВЕРСНОМ напрямку стрілки (відносний вітер завжди йде в протилежному напрямку переміщення). Отже, якщо кут кроку на початку (крок) представлений β, РЕАЛЬНИЙ кут атаки лопатей дорівнює α .
Тому ми можемо зробити висновок, що:
В (1) Vd занадто великий або β занадто малий, але кут α "нижче" R, і все відбувається як на крилі з негативним кутом атаки (відсутність підйому, навпаки).
Це теоретичний приклад тут, щоб показати взаємозв'язок між кроком та швидкістю польоту. Насправді така ситуація навряд чи відбудеться. Дійсно, літак ніколи не може перевищувати максимальну швидкість, що відповідає його кроку та оборотам двигуна. Єдиним способом зробити це було б спочатку досягти високої швидкості (із спеціальним кроком), а потім раптово зменшити висоту тону.
Тому рішення для виправлення ситуації (1) такі: або збільшити β, або зменшити Vd.
У (2) кут β такий самий, як і в (1), але Vd менший, так що кут α позитивний щодо R, не будучи занадто великим. Це прекрасно.
У (3) кут β значно більший, а Vd ще менший; так що кут α, на цей раз, занадто великий. Леза, без сумніву, заглохнуть, як крило із занадто великим кутом атаки.
У (4) співвідношення між значенням β і швидкістю польоту (Vd) знову відповідає правильній роботі гребного гвинта. β і Vd великі.
Щоб гвинт добре працював, потрібно хороше співвідношення між кроком і швидкістю. Це хороше співвідношення не є числом, це діапазон між 2 цифрами.
Для цього існує два варіанти.
Або гвинт із фіксованим кроком, з кроком, скажімо середнім, сумісним з нульовою швидкістю польоту (для початку зльоту) і оптимізованим для обов'язково обмеженої крейсерської швидкості, оскільки робочий діапазон починається з 0 км/год.
Або пропелер гвинта ЗМІННИЙ пристосовується до будь-якої ситуації (у 5). У цьому випадку пілот збільшує висоту тону при збільшенні швидкості літака (і навпаки), завдяки команді, що діє на редукторний пристрій, розміщений у маточині гвинта.
Тут ми можемо побачити отвір, розташоване біля підніжжя клинка, в якому воно обертається.
Чим швидше обертається гвинт, тим більше він "тягне", і тим більше літак прискорюється. Однак існує обмеження, а точніше 2. Перше - це зменшення кута α зі швидкістю, якщо крок залишається незмінним, отже, для гвинта з фіксованим кроком. Ми можемо проілюструвати це наступним чином:
Друга межа - це швидкість на кінчику леза, яка не може стати надзвуковою.
Згадайте трансонічні явища (вібрації, відокремлення прикордонного шару після ударної хвилі, підвищений опір, оскільки повітря більше не «попереджається»).
Щоб виправити ці два обмеження, була розроблена система автоматичної зміни висоти тону, яка реагує не відповідно до швидкості літака, а відповідно до частоти обертання двигуна.
Пояснення:, система працює завдяки електронному керуванню зміною кроку, можна отримати, що гвинт ЗАВЖДИ повертається з однаковою швидкістю, що б не сталося.
Якщо пілот хоче прискорити за рахунок збільшення дросельної заслінки, будь-яке збільшення, навіть незначне число обертів двигуна, призведе до збільшення кроку з наслідком збільшення сили тяги.
З іншого боку, збільшення кроку також призводить до збільшення аеродинамічного опору лопатей.
Двигун має більшу потужність (більше газу), але також повинен подолати більший опір (більший опір лопаті, оскільки не більший).
Одне, врівноважуючи інше, частота обертання двигуна не змінюється, а надмірна потужність, яку дає збільшення дросельної заслінки, швидше перетворюється на збільшення кроку, а не швидкості обертання.
Літак прискорюється зі збільшенням кроку та постійною швидкістю обертання гвинта.
При крутому спуску (або, краще, носом вниз) швидкість літака зростає без необхідності додавати більше газу.
Ми знаємо (див. Вище), що якщо Vd збільшується, альфа (α) зменшується.
Якщо α зменшується, опір лопатей зменшується (опір профілю пропорційний куту атаки.
Якщо опір леза зменшується, двигун стає легшим, а його швидкість зростає.
З пристроєм, описаним вище: ні.
Як тільки двигун "захоче" працювати швидше, система збільшить крок, що також збільшить опір лопатей, а також опір, який "відчуває" двигун.
Тому очевидно, що також виключається ризик надмірного обертання.
Більшість малих гвинтокрилів літака є дволопатевими так:
.
Ліворуч із центральним конусом, який називають "каструлею", використовується для розміщення системи зміни висоти тону та забезпечення трохи більшої аеродинаміки. Праворуч найпростіший гвинт, без "панорамування" або змінного кроку.
Натомість інші гвинти мають 3, 4, 5 і більше лопатей, чому ?
Краще мати мінімальне лезо, тому що кожне лезо створює опору.
Отже, ідеальна кількість лопатей - це мінімальна кількість, здатне перетворити всю потужність двигуна на тягу без необхідності надто швидкого повороту.
Чим потужніший двигун, тим більше лопатей буде потрібно, щоб використати всю цю потужність при повороті з розумною швидкістю.
Дійсно, швидкість на кінці лопаті така: швидкість обертання в два рази більше радіуса гребного гвинта.
Для гвинта діаметром 2 метри, що обертається зі швидкістю 2400 об/хв (40 об/хв), швидкість кінчика лопаті становить: 40 * 2 * π * 1 = 251,2 м/с, тобто: 904,32 км/год. !
Звичайно, я вибрав великий гвинт (2 метри), але яка швидкість! І знову ж, тепер ми повинні поєднати це зі швидкістю літака так:
A - швидкість літака. B - швидкість обертання на кінці леза. R - комбінація 2.
Що таке R ?
Переміщаючи стрілку A вправо, тобто в точці B, ми утворюємо прямокутний трикутник, де R - гіпотенуза. З Піфагора ми знаємо, що квадрат гіпотенузи дорівнює сумі квадратів двох інших сторін. Отже, ми матимемо: R² = A² + B². У нашому прикладі швидкість кінчика леза становила 251,2 м/с (904,32 км/год).
Якщо уявити, що наш літак летить зі швидкістю 540 км/год (150 м/с), склад швидкості на кінчику лопаті дає:
V² = 150² + 251,2² = 22500 + 63101,44 = 85601,44.
Якщо V² = 85601,44, то V = = 292,57 м/с = 1053,27 км/год.
Отже, швидкість кінчика клинка вже перевищує 1053 км/год, тоді як літак - лише 540 км/год. Існує великий ризик виходу за межі звукового бар’єру на кінці леза.
Вам просто потрібно звернутися до сторінки, вплив ударних хвиль, щоб переконати себе, що не рекомендується використовувати гвинт (вібрації, відокремлення прикордонного шару за ударною хвилею, що призводить до зниження ефективності).