Elica dell'aeromobile: nome, classificazione e caratteristiche

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31

La base del movimento dell'aria sui principi dell'aerodinamica è la presenza di una forza che contrasta la resistenza dell'aria in volo e la gravità. Tutti gli aerei moderni, ad eccezione degli alianti, hanno un motore la cui potenza viene convertita in questa forza. Il meccanismo che converte la rotazione dell'albero della centrale in spinta è l'elica dell'aereo.

Descrizione dell'elica

L'elica dell'aeromobile è un dispositivo meccanico con pale che viene ruotato da un albero motore e crea una spinta per il movimento dell'aeromobile nell'aria. Inclinando le pale, l'elica respinge l'aria, creando un'area di bassa pressione davanti e alta pressione dietro. Quasi tutte le persone sulla terra almeno una volta nella vita hanno avuto l'opportunità di vedere questo dispositivo, quindi non sono necessarie numerose definizioni scientifiche. L'elica è composta da pale, un mozzo collegato al motore tramite un'apposita flangia, pesi di bilanciamento posti sul mozzo, un meccanismo per cambiare il passo dell'elica e una carenatura che copre il mozzo.

Altri nomi

Qual è un altro nome per l'elica di un aeroplano? Storicamente, c'erano due nomi principali: l'elica vera e propria e l'elica. Tuttavia, in seguito apparvero altri nomi, che sottolineavano le caratteristiche del design o le funzioni aggiuntive assegnate a questa unità. In particolare:

• Fenestron. Una vite inserita in un canale speciale nella coda di un elicottero.
• Girante. Una vite racchiusa in un anello speciale.
• Propfan. Si tratta di viti a forma di freccia oa sciabola su due file di diametro ridotto.
• Ventola. Sistema di alimentazione di backup di emergenza dal flusso d'aria in entrata.
• Rotore. Questo è talvolta chiamato il rotore principale di un elicottero e altri.

Teoria dell'elica

Nella sua base, qualsiasi elica di aeroplano è una specie di ali mobili in miniatura, che vivono secondo le stesse leggi aerodinamiche dell'ala. Cioè, muovendosi nell'ambiente atmosferico, le pale, per il loro profilo e inclinazione, creano un flusso d'aria, che è la forza motrice del velivolo. La forza di questo flusso, oltre al profilo specifico, dipende dal diametro e dalla velocità dell'elica. Allo stesso tempo, la dipendenza della spinta dalle rivoluzioni è quadratica e dal diametro, anche al 4° grado. La formula generale della spinta è la seguente: P=αρn²D^4dove:

• α – coefficiente di spinta dell'elica (dipende dal design e dal profilo delle pale);
• ρ - densità dell'aria;
• n - numero di giriviti;
• D è il diametro della vite.

È interessante confrontare con la formula sopra un' altra derivata dalla stessa teoria della vite. Questa è la potenza richiesta per garantire la rotazione: T=Βρn³D^{5, dove Β è il fattore di potenza calcolato dell'elica.}

Confrontando queste due formule, si può vedere che aumentando la velocità dell'elica dell'aereo e aumentando il diametro dell'elica, la potenza del motore richiesta cresce esponenzialmente. Se il livello di spinta è proporzionale al quadrato dei giri e alla 4a potenza del diametro, allora la potenza del motore richiesta aumenta già in proporzione al cubo dei giri e alla 5a potenza del diametro dell'elica. All'aumentare della potenza del motore, aumenta anche il suo peso, che richiede ancora più spinta. Un altro circolo vizioso nell'industria aeronautica.

Specifiche dell'elica

Qualsiasi elica installata su un aeromobile ha le seguenti caratteristiche:

• Diametro vite.
• Movimento geometrico (passo). Questo termine si riferisce alla distanza che la vite percorrerebbe, schiantandosi contro una superficie solida teorica in un giro.
• Tread - la distanza effettiva percorsa dall'elica in un giro. Ovviamente questo valore dipende dalla velocità e dalla frequenza di rotazione.
• Angolo della pala - l'angolo tra l'aereo e il passo effettivo dell'elica.
• Forma della lama – La maggior parte delle lame moderne sono a forma di sciabola, ricurve.
• Profilo della lama - la sezione trasversale di ciascuna lama ha, di regola, una forma ad ala.
• Accordo medio della lama –distanza geometrica tra i bordi iniziali e finali.

Allo stesso tempo, la caratteristica principale di un'elica di aeroplano è la sua spinta, cioè a cosa serve.

Dignità

Gli aerei che utilizzano un'elica come elica sono molto più economici delle loro controparti a turbogetto. L'efficienza raggiunge l'86%, un valore irraggiungibile per gli aerei a reazione. Questo è il loro principale vantaggio, che di fatto li ha rimessi in funzione durante la crisi petrolifera degli anni '70 del secolo scorso. A brevi distanze, la velocità non è critica rispetto all'economia, quindi la maggior parte degli aerei dell'aviazione regionale sono azionati da un'elica.

Difetti

Anche gli aerei a elica hanno degli svantaggi. Prima di tutto, questi sono contro puramente "cinetici". Durante la rotazione, l'elica dell'aeromobile, avendo una sua massa, ha un effetto sul corpo dell'aeromobile. Se le lame, ad esempio, ruotano in senso orario, l'alloggiamento tende a ruotare, rispettivamente, in senso antiorario. Le turbolenze create dall'elica interagiscono attivamente con le ali e l'impennaggio del velivolo, creando flussi diversi a destra e a sinistra, destabilizzando così la traiettoria di volo.

Infine, l'elica rotante è una specie di giroscopio, cioè tende a mantenere la sua posizione, il che rende difficile cambiare la traiettoria di volo per l'ariaTribunale. Queste carenze dell'elica dell'aeromobile sono note da tempo e i progettisti hanno imparato a gestirle introducendo una certa asimmetria nella progettazione delle navi stesse o delle loro superfici di controllo (timoni, spoiler, ecc.). In tutta onestà, va notato che anche i motori a reazione hanno carenze "cinetiche" simili, ma in misura leggermente minore.

Il cosiddetto effetto di blocco può anche essere attribuito agli aspetti negativi, quando un aumento del diametro e della velocità di rotazione dell'elica dell'aeromobile a determinati limiti cessa di produrre un effetto sotto forma di aumento della spinta. Questo effetto è associato alla comparsa in alcune sezioni delle lame di flussi d'aria di velocità quasi o supersonica, che crea una crisi d'onda, cioè la formazione di shock d'aria. Infatti, superano la frontiera del suono. A questo proposito, la velocità massima degli aeromobili con elica non supera i 650-700 km/h.

Forse l'unica eccezione era il bombardiere Tu-95, che raggiunge velocità fino a 950 km/h, cioè una velocità quasi sonica. Ciascuno dei suoi motori è dotato di due eliche coassiali che ruotano in direzioni opposte. Ebbene, l'ultimo problema degli aerei a elica è il loro rumore, i cui requisiti sono costantemente inaspriti dalle autorità aeronautiche.

Classificazione

Ci sono molti modi per classificare le eliche degli aerei. Sono divisi in gruppi a seconda del materiale con cui sono realizzati, della forma delle lame, del loro diametro, della quantità e di molti altri.caratteristiche. Tuttavia, la più importante è la loro classificazione secondo due criteri:

• Primo - ci sono eliche a passo variabile e a passo fisso.
• Secondo: ci sono viti per tirare e spingere.

Il primo è installato nella parte anteriore dell'aeromobile e il secondo, rispettivamente, nella parte posteriore. Un aereo con un'elica pusher è sorto in precedenza, ma poi è stato dimenticato per qualche tempo e solo relativamente di recente è riapparso nel cielo. Ora questo layout è ampiamente utilizzato su piccoli aerei. Ci sono anche opzioni piuttosto esotiche, dotate di lame di trazione e spinta allo stesso tempo. Un aeroplano con un'elica posteriore ha una serie di vantaggi, il primo dei quali è il suo più alto rapporto portanza/resistenza. Tuttavia, a causa della mancanza di flusso d'aria aggiuntivo dall'elica, l'ala ha le peggiori caratteristiche di decollo e atterraggio.

Viti a passo variabile

Le eliche a passo variabile sono installate su quasi tutti i moderni aeromobili di medie e grandi dimensioni. Con un passo della pala ampio si ottiene molta spinta, ma se il regime del motore è piuttosto basso, l'accelerazione sarà estremamente lenta. Questo è molto simile alla situazione con un'auto quando si cerca di partire con le marce più alte.

L' alta velocità e il piccolo passo dell'elica creano il pericolo di stallo e di far cadere la spinta a zero. Pertanto, durante il volo, il tono cambia continuamente. Ora questo viene fatto dall'automazione, ma prima il pilota stesso doveva monitorarlo costantemente manualmente.regolare l'angolo. Il meccanismo per modificare il passo dell'elica è una boccola speciale con un meccanismo di azionamento che ruota le pale rispetto all'asse di rotazione del grado richiesto.

Sviluppo moderno in Russia

Il lavoro per migliorare i dispositivi non si è mai fermato. Attualmente sono in corso i test di una nuova elica del velivolo AB-112. Sarà utilizzato sull'aereo da trasporto militare leggero Il-112V. Si tratta di un'elica a 6 pale con un'efficienza dell'87%, un diametro di 3,9 metri e una velocità di rotazione di 1200 giri/min ed un'elica a passo variabile. È stato sviluppato un nuovo profilo della lama e il suo design è stato alleggerito.