ใบพัดเครื่องบิน: ชื่อ ประเภท และลักษณะ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

พื้นฐานของการเคลื่อนที่ของอากาศตามหลักอากาศพลศาสตร์คือการมีอยู่ของแรงที่ต้านแรงต้านของอากาศในการบินและแรงโน้มถ่วง เครื่องบินสมัยใหม่ทุกลำ ยกเว้นเครื่องร่อน มีเครื่องยนต์ที่แปลงกำลังเป็นแรงนี้ กลไกที่เปลี่ยนการหมุนของเพลาของโรงไฟฟ้าให้เป็นแรงขับคือใบพัดเครื่องบิน

รายละเอียดใบพัด

ใบพัดเครื่องบินเป็นอุปกรณ์กลไกที่มีใบพัดที่หมุนด้วยเพลาเครื่องยนต์และสร้างแรงขับสำหรับการเคลื่อนที่ของเครื่องบินในอากาศ ด้วยการเอียงใบพัด ใบพัดจะพ่นลมกลับ สร้างบริเวณที่มีแรงดันต่ำด้านหน้าและแรงดันสูงด้านหลัง เกือบทุกคนบนโลกนี้มีโอกาสได้เห็นอุปกรณ์นี้อย่างน้อยหนึ่งครั้งในชีวิต ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้คำจำกัดความทางวิทยาศาสตร์มากมาย ใบพัดประกอบด้วยใบมีด, ดุมล้อที่เชื่อมต่อกับเครื่องยนต์ผ่านหน้าแปลนพิเศษ, ตุ้มน้ำหนักที่วางอยู่บนดุมล้อ, กลไกสำหรับเปลี่ยนระยะพิทช์ของใบพัด และแฟริ่งที่ครอบดุมล้อ

ชื่ออื่นๆ

ใบพัดเครื่องบินมีอีกชื่อหนึ่งว่าอะไร? ในอดีต มีสองชื่อหลัก: ใบพัดจริงและใบพัด อย่างไรก็ตาม ภายหลังมีชื่ออื่นๆ ปรากฏขึ้น โดยเน้นที่คุณลักษณะการออกแบบหรือฟังก์ชันเพิ่มเติมที่กำหนดให้กับหน่วยนี้ โดยเฉพาะ:

• เฟเนสตรอน. สกรูสอดเข้าไปในช่องพิเศษที่ส่วนท้ายของเฮลิคอปเตอร์
• ใบพัด. สกรูที่อยู่ในวงแหวนพิเศษ
• พรพแฟน. เหล่านี้เป็นสกรูรูปลูกศรหรือสกรูรูปดาบสองแถวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง
• พัดลมลม. ระบบจ่ายไฟสำรองฉุกเฉินจากกระแสลมที่ไหลเข้ามา
• โรเตอร์. ซึ่งบางครั้งเรียกว่าโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์และอื่นๆ

ทฤษฎีใบพัด

แกนหลัก ใบพัดเครื่องบินใดๆ ก็ตามที่เป็นปีกขนาดเล็กที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ ซึ่งอาศัยอยู่ตามกฎของอากาศพลศาสตร์เดียวกันกับปีก นั่นคือการเคลื่อนที่ในสภาพแวดล้อมของบรรยากาศ ใบมีดเนื่องจากโปรไฟล์และความเอียง ทำให้เกิดการไหลของอากาศ ซึ่งเป็นแรงผลักดันของเครื่องบิน ความแรงของการไหลนี้ นอกเหนือไปจากโปรไฟล์เฉพาะ ขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางและความเร็วของใบพัด ในเวลาเดียวกัน การพึ่งพาแรงผลักดันในการปฏิวัตินั้นเป็นกำลังสองและขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลาง - แม้กระทั่งถึงระดับที่ 4 สูตรแรงขับทั่วไปมีดังนี้: P=αρn²D^{4โดยที่:}

• α – ค่าสัมประสิทธิ์แรงขับของใบพัด (ขึ้นอยู่กับการออกแบบและโปรไฟล์ของใบมีด);
• ρ - ความหนาแน่นของอากาศ;
• n - จำนวนรอบสกรู;
• D คือเส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู

มันน่าสนใจที่จะเปรียบเทียบกับสูตรข้างต้น อีกสูตรหนึ่งมาจากทฤษฎีสกรูเดียวกัน นี่คือกำลังที่ต้องการเพื่อให้แน่ใจว่าการหมุน: T=Βρn³D^{5โดยที่ Β คือตัวประกอบกำลังที่คำนวณได้ของใบพัด.}

เมื่อเปรียบเทียบทั้งสองสูตรนี้ จะเห็นได้ว่าการเพิ่มความเร็วของใบพัดเครื่องบินและการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด ทำให้กำลังเครื่องยนต์ที่ต้องการเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ หากระดับแรงขับเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของรอบการหมุนและกำลังที่ 4 ของเส้นผ่านศูนย์กลาง กำลังเครื่องยนต์ที่ต้องการจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของลูกบาศก์ของการหมุนรอบและกำลังที่ 5 ของเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด เมื่อกำลังของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น น้ำหนักของเครื่องยนต์ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งต้องใช้แรงขับมากกว่าเดิม วงจรอุบาทว์อื่นในอุตสาหกรรมเครื่องบิน

ข้อกำหนดใบพัด

ใบพัดใดๆ ที่ติดตั้งบนเครื่องบินมีลักษณะดังต่อไปนี้:

• เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู
• การย้ายทางเรขาคณิต (ขั้นตอน) คำนี้หมายถึงระยะทางที่สกรูจะเคลื่อนที่ โดยชนเข้ากับพื้นผิวที่เป็นของแข็งตามทฤษฎีในการปฏิวัติครั้งเดียว
• ดอกยาง - ระยะทางจริงที่ใบพัดเดินทางในการปฏิวัติครั้งเดียว เห็นได้ชัดว่าค่านี้ขึ้นอยู่กับความเร็วและความถี่ของการหมุน
• มุมใบมีด - มุมระหว่างระนาบกับระยะพิทช์ที่แท้จริงของใบพัด
• รูปร่างใบมีด – ใบมีดที่ทันสมัยที่สุดเป็นรูปดาบโค้ง
• ใบมีด - หน้าตัดของใบมีดแต่ละใบมีรูปร่างเป็นปีก
• คอร์ดเฉลี่ย –ระยะห่างทางเรขาคณิตระหว่างขอบนำหน้าและส่วนท้าย

ในขณะเดียวกัน ลักษณะสำคัญของใบพัดเครื่องบินก็คือแรงขับ นั่นคือสิ่งที่จำเป็นสำหรับมัน

ศักดิ์ศรี

เครื่องบินที่ใช้ใบพัดเป็นใบพัดนั้นประหยัดกว่าเครื่องบิน turbojet มาก ประสิทธิภาพสูงถึง 86% ซึ่งเป็นมูลค่าที่ไม่อาจบรรลุได้สำหรับเครื่องบินเจ็ท นี่คือข้อได้เปรียบหลักของพวกเขา ซึ่งนำพวกเขากลับมาใช้งานได้จริงในช่วงวิกฤตน้ำมันในยุค 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา ในระยะทางสั้น ๆ ความเร็วไม่สำคัญเมื่อเทียบกับเศรษฐกิจ ดังนั้นเครื่องบินในภูมิภาคส่วนใหญ่จึงขับเคลื่อนด้วยใบพัด

ข้อบกพร่อง

เครื่องบินใบพัดก็มีข้อเสียเช่นกัน ประการแรก สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นข้อเสียของ "จลนศาสตร์" ล้วนๆ ในระหว่างการหมุน ใบพัดของเครื่องบินที่มีมวลของมันเองจะมีผลกระทบต่อร่างกายของเครื่องบิน ตัวอย่างเช่น หากใบมีดหมุนตามเข็มนาฬิกา ตัวเรือนก็มีแนวโน้มที่จะหมุนทวนเข็มนาฬิกาตามลำดับ ความปั่นป่วนที่เกิดจากใบพัดมีปฏิสัมพันธ์อย่างแข็งขันกับปีกและส่วนปีกของเครื่องบิน ทำให้เกิดกระแสที่แตกต่างกันไปทางขวาและซ้าย ซึ่งจะทำให้เส้นทางการบินไม่เสถียร

สุดท้าย ใบพัดหมุนเป็นไจโรสโคปชนิดหนึ่ง นั่นคือมันมีแนวโน้มที่จะรักษาตำแหน่งซึ่งทำให้ยากต่อการเปลี่ยนเส้นทางการบินของอากาศสนาม. ข้อบกพร่องของใบพัดเครื่องบินเป็นที่ทราบกันมานานแล้ว และผู้ออกแบบได้เรียนรู้ที่จะจัดการกับข้อบกพร่องเหล่านี้ด้วยการแนะนำความไม่สมมาตรในการออกแบบตัวเรือเองหรือพื้นผิวการควบคุม (หางเสือ สปอยเลอร์ ฯลฯ) เพื่อความเป็นธรรม ควรสังเกตว่าเครื่องยนต์ไอพ่นยังมีข้อบกพร่อง "จลนศาสตร์" ที่คล้ายกัน แต่ในระดับที่น้อยกว่าเล็กน้อย

เอฟเฟกต์การล็อคที่เรียกว่ายังสามารถนำมาประกอบกับ minuses เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางและความเร็วในการหมุนของใบพัดเครื่องบินเพิ่มขึ้นจนถึงขีดจำกัดบางอย่างหยุดสร้างเอฟเฟกต์ในรูปแบบของการเพิ่มแรงขับ ผลกระทบนี้เกี่ยวข้องกับลักษณะที่ปรากฏในส่วนของใบพัดของอากาศที่ไหลด้วยความเร็วใกล้หรือเหนือเสียง ซึ่งทำให้เกิดวิกฤตคลื่น กล่าวคือ การก่อตัวของแรงกระแทกของอากาศ อันที่จริงพวกเขาเอาชนะพรมแดนด้านเสียงได้ ทั้งนี้ความเร็วสูงสุดของเครื่องบินที่มีใบพัดไม่เกิน 650-700 กม./ชม.

อาจมีข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือเครื่องบินทิ้งระเบิด Tu-95 ซึ่งทำความเร็วได้ถึง 950 กม./ชม. นั่นคือความเร็วเกือบเท่าเสียง เครื่องยนต์แต่ละตัวมีใบพัดโคแอกเซียลสองตัวที่หมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ปัญหาสุดท้ายของเครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยใบพัดคือเสียงของพวกมัน ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่หน่วยงานด้านการบินเข้มงวดขึ้นเรื่อยๆ

การจำแนก

มีหลายวิธีในการจำแนกประเภทใบพัดเครื่องบิน พวกมันถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มตามวัสดุที่ใช้ทำ รูปร่างของใบมีด เส้นผ่านศูนย์กลาง ปริมาณ และอื่นๆ อีกมากมายลักษณะเฉพาะ. อย่างไรก็ตาม สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการจัดประเภทตามเกณฑ์สองข้อ:

• อย่างแรก - มีใบพัดระยะพิทช์และระยะพิทช์คงที่
• วินาที - มีการดึงและดันสกรู

อันแรกติดตั้งที่ด้านหน้าเครื่องบิน และอันที่สองตามลำดับที่ด้านหลัง เครื่องบินที่มีใบพัดผลักเกิดขึ้นก่อนหน้านี้ แต่แล้วมันก็ถูกลืมไปชั่วขณะหนึ่งและเพิ่งปรากฏขึ้นอีกครั้งบนท้องฟ้าเมื่อไม่นานมานี้ ตอนนี้เลย์เอาต์นี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องบินขนาดเล็ก มีตัวเลือกที่ค่อนข้างแปลกใหม่พร้อมทั้งดึงและผลักใบมีดในเวลาเดียวกัน เครื่องบินที่มีใบพัดด้านหลังมีข้อดีหลายประการ โดยหลักๆ แล้วคืออัตราส่วนการยกต่อการลากที่สูงกว่า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขาดการไหลเวียนของอากาศเพิ่มเติมจากใบพัด ปีกจึงมีลักษณะการขึ้นและลงจอดที่แย่ที่สุด

สกรูพิทช์แบบปรับได้

ใบพัดพิทช์แบบปรับได้ติดตั้งบนเครื่องบินขนาดกลางและขนาดใหญ่ที่ทันสมัยเกือบทั้งหมด ด้วยระยะพิทช์กว้างของใบพัด ทำให้ได้แรงขับมาก แต่ถ้าความเร็วของเครื่องยนต์ค่อนข้างต่ำ อัตราเร่งจะช้ามาก สิ่งนี้คล้ายกับสถานการณ์ของรถยนต์อย่างมากเมื่อพยายามสตาร์ทด้วยเกียร์สูง

ความเร็วสูงและระยะพิทช์ของใบพัดขนาดเล็กสร้างอันตรายจากการหยุดนิ่งและแรงขับลดลงเป็นศูนย์ ดังนั้นในระหว่างการบิน ตอนนี้ทำได้โดยระบบอัตโนมัติ แต่ก่อนที่นักบินจะต้องตรวจสอบสิ่งนี้ด้วยตนเองอย่างต่อเนื่องปรับมุม กลไกในการเปลี่ยนระยะพิทช์ของใบพัดเป็นบุชชิ่งพิเศษที่มีกลไกขับเคลื่อนที่หมุนใบมีดสัมพันธ์กับแกนของการหมุนตามองศาที่ต้องการ

การพัฒนาสมัยใหม่ในรัสเซีย

ปรับปรุงอุปกรณ์ไม่เคยหยุดนิ่ง ปัจจุบัน กำลังทำการทดสอบใบพัดใหม่ของเครื่องบิน AB-112 โดยจะใช้กับเครื่องบินขนส่งทางทหารขนาดเบา Il-112V นี่คือใบพัดแบบ 6 ใบมีดที่มีประสิทธิภาพ 87% เส้นผ่านศูนย์กลาง 3.9 เมตร และความเร็วในการหมุน 1200 รอบต่อนาที และใบพัดระยะพิทช์แบบแปรผัน โปรไฟล์ใบมีดใหม่ได้รับการพัฒนาและออกแบบให้สว่างขึ้น