Hélice de aire
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 17 de junio de 2022; las comprobaciones requieren 2 ediciones .Una hélice (hélice) ( eng. propeller , de propellere - "impulsar hacia adelante" [1] ) es una hélice con palas que crea empuje durante la rotación al arrojar aire hacia atrás con cierta velocidad adicional [2] , impulsada por el motor y convirtiendo el par motor fuerza de traccion
Las hélices que realizan (además de las funciones de propulsión) funciones adicionales o de otro tipo tienen nombres especiales: rotor , rotor principal, rotor principal ( avión de ala giratoria ), rotor de cola , fenestron , impulsor , ventilador , generador de viento , propfan .
La hélice se utiliza como propulsor para aeronaves ( aviones , autogiros , ciclogiros (ciclocópteros) y helicópteros con motores de pistón y turbohélice ), así como en la misma capacidad para ekranoplanes , motos de nieve , aerodeslizadores y aerodeslizadores .
En los autogiros y helicópteros, la hélice también se utiliza como rotor principal , y en los helicópteros también se utiliza como rotor de cola.
La hélice que opera como hélice, en combinación con el motor, forman una unidad de hélice (VMU), que es parte de la planta de energía .
Especificaciones
Las palas de la hélice , al girar, captan aire y lo desechan en sentido contrario al del movimiento. Se crea una zona de baja presión delante del tornillo y una mayor presión detrás del tornillo.
- Dependiendo del método de uso, las hélices se dividen en tracción y empuje (las primeras están ubicadas en la parte delantera del motor, las segundas están detrás)
- Dependiendo de la posibilidad de cambiar el paso de las palas, la hélice se divide en hélices de paso fijo y variable .
Los factores determinantes son el diámetro y el paso del tornillo . El paso del tornillo corresponde a la distancia imaginaria que se moverá el tornillo, atornillándose en un medio incompresible en una revolución. Hay hélices con la capacidad de cambiar el paso tanto en tierra como en vuelo. Estos últimos se generalizaron a fines de la década de 1930 y se utilizan en casi todos los aviones (excepto algunos ultraligeros) y helicópteros. En el primer caso, el cambio de paso se usa para crear más empuje en una amplia gama de velocidades a velocidades del motor ligeramente cambiantes (o sin cambios) correspondientes a su potencia máxima, en el segundo, debido a la imposibilidad de un cambio rápido en la velocidad del rotor principal .
La rotación de las palas de la hélice provoca un efecto de giro en la aeronave, cuyas causas son las siguientes:
- Momento reactivo de la hélice . Cualquier hélice, girando en una dirección, tiende a hacer rodar el avión o girar al helicóptero en la dirección opuesta. Es por esto que surge la asimetría en el control lateral de la aeronave. Por ejemplo, un avión con una hélice para zurdos hace que los giros, volteretas y giros hacia la derecha sean mucho más fáciles y rápidos que hacia la izquierda. El mismo momento del chorro es una de las razones del giro incontrolado de la aeronave hacia un lado al comienzo de la carrera .
- Torsión del chorro de la hélice . La hélice hace girar el flujo de aire, lo que también provoca un flujo de aire asimétrico de los aviones y las superficies de la cola a la derecha y a la izquierda, una elevación del ala diferente a la derecha y a la izquierda, y una diferencia en el flujo de aire de las superficies de control. La asimetría del caudal es claramente visible en trabajos químicos aéreos al observar el movimiento de la sustancia pulverizada
- Momento giroscópico de la hélice . Todo cuerpo que gira rápidamente tiene un momento giroscópico ( efecto top ), que consiste en el deseo de mantener su posición en el espacio. Si inclina a la fuerza el eje de rotación del giroscopio en cualquier dirección, por ejemplo, hacia arriba o hacia abajo, no solo contrarrestará esta desviación, sino que irá en la dirección perpendicular al efecto, es decir, en este caso, hacia la derecha o la izquierda. Por lo tanto, cuando el ángulo de cabeceo cambia en vuelo constante, la aeronave tenderá a cambiar de rumbo de forma independiente, y al comienzo del viraje, la aeronave tiende a cambiar el ángulo de cabeceo de forma independiente.
- El momento causado por el flujo asimétrico alrededor de la hélice. En vuelo, el eje de la hélice se desvía de la dirección del flujo que se aproxima por el ángulo de ataque. Esto lleva al hecho de que la pala descendente fluye con un mayor ángulo de ataque que la ascendente. El lado derecho de la hélice generará más empuje que el lado izquierdo. Por lo tanto, se creará un momento de guiñada a la izquierda. Este momento tendrá el mayor valor en el modo de funcionamiento máximo del motor y el ángulo de ataque máximo
Las 4 razones para el giro: el momento reactivo, la acción del chorro, el momento giroscópico y el flujo asimétrico alrededor de la hélice, siempre actúan en una dirección, con una hélice de rotación izquierda giran el avión hacia la derecha, y con un hélice de rotación derecha - a la izquierda. Este efecto es especialmente pronunciado en aviones potentes de 1 motor durante el despegue, cuando el avión se mueve a baja velocidad de avance y la eficiencia de los timones de aire es baja. Con el aumento de la velocidad, el momento de giro se debilita debido a un fuerte aumento en la eficiencia de los timones.
Para compensar el momento de giro, todos los aviones se hacen asimétricos, al menos desvían el timón del eje central de construcción del avión.
Además del efecto giroscópico, dos de estas 3 desventajas carecen de hélices coaxiales .
El momento jet y giroscópico también es inherente a todos los motores turborreactores y se tiene en cuenta en el diseño de la aeronave. Para compensar el momento de reacción de la hélice del helicóptero , es necesario utilizar un rotor de cola que impida la rotación del fuselaje, o utilizar varios rotores (normalmente 2).
Eficiencia
La eficiencia ( Efficiency ) de una hélice es la relación entre la potencia útil gastada para vencer la resistencia al movimiento de una aeronave y la potencia del motor. Cuanto más cerca esté la eficiencia de 1, más eficientemente se consume la potencia del motor y mayor es la velocidad o la capacidad de carga que puede desarrollar con la misma relación potencia- peso .
Positivos y negativos
La eficiencia de las hélices modernas alcanza el 82-86 %, lo que las hace muy atractivas para los diseñadores de aeronaves. Los aviones con motores turbohélice son mucho más económicos que los aviones con motores a reacción . Sin embargo, la hélice también tiene algunas limitaciones, tanto constructivas como operativas. Algunas de estas restricciones se describen a continuación.
- "Efecto de bloqueo". Este efecto ocurre ya sea con un aumento en el diámetro de la hélice, o con un aumento en la velocidad de rotación y se expresa en ausencia de un aumento en el empuje con un aumento en la potencia transmitida a la hélice. El efecto está asociado con la aparición en las palas de la hélice de secciones con flujo de aire transónico y supersónico (crisis de olas).
Este fenómeno impone importantes restricciones a las características técnicas de las aeronaves con motor de hélice. En particular, los aviones modernos con hélices, por regla general, no pueden alcanzar velocidades de más de 650–700 km/h. El avión propulsado por hélice más rápido, el bombardero Tu-95, tiene una velocidad máxima de 920 km/h, donde el problema del efecto de bloqueo se resolvió mediante el uso de 2 hélices coaxiales con tamaños de pala aceptables que giran en direcciones opuestas. - Aumento del ruido . El nivel de ruido de las aeronaves modernas está regulado actualmente por las normas de la OACI . Una hélice de diseño clásico no se ajusta a estos estándares. Los nuevos tipos de hélices con palas de sable producen menos ruido, pero dichas palas son muy complejas y caras de fabricar.
Historia
La idea de una hélice proviene del tornillo de Arquímedes .
Se conoce un dibujo de Leonardo Da Vinci que representa un prototipo de helicóptero con un rotor principal . El tornillo todavía se parece a Arquímedes.
En julio de 1754, Mikhail Lomonosov demostró un modelo de aeródromo. En él, las hojas ya están aplanadas, lo que las acerca al aspecto moderno. Se cree que Lomonosov utilizó la imagen de un juguete infantil chino : un helicóptero de bambú .
Desarrollos prometedores
Los diseñadores de aeronaves recurren a ciertos trucos técnicos para que un dispositivo de propulsión tan eficiente como una hélice encuentre un lugar en las aeronaves del futuro.
- Superar el efecto de bloqueo. En el motor turbohélice NK-12 más potente del mundo , el par de la planta de energía se divide entre dos hélices coaxiales que giran en diferentes direcciones .
- El uso de hojas de sable. Una hélice de múltiples palas con palas delgadas en forma de sable le permite retrasar la crisis de las olas y, por lo tanto, aumentar la velocidad máxima de vuelo. Tal solución técnica se implementa, por ejemplo, en el propfan coaxial SV-27 para el avión AN-70
- Desarrollo de hélices supersónicas. Estos desarrollos han estado ocurriendo durante muchos años, pero no conducirán a una implementación técnica real. La pala de una hélice supersónica tiene una forma extremadamente compleja, lo que dificulta el cálculo de su fuerza. Además, las hélices supersónicas experimentales resultaron ser muy ruidosas.
- impulsor _ La conclusión de la hélice en el anillo aerodinámico. Una dirección muy prometedora, ya que permite reducir el flujo final alrededor de las palas, reducir el ruido y aumentar la seguridad (protegiendo a las personas de lesiones). Sin embargo, el peso del anillo en sí sirve como un factor limitante para la adopción generalizada de una solución de diseño de este tipo en la aviación. Pero en motos de nieve, botes de aire, aerodeslizadores y aeronaves, el impulsor se puede ver con bastante frecuencia.
- ventilador _ Al igual que un impulsor, está encerrado en un anillo, pero además, tiene una paleta guía de entrada y, a veces, una de salida. El álabe guía es un sistema de álabes fijos (estator) que permite regular el caudal de aire que entra en el rotor del ventilador, y con ello aumentar su eficiencia. Ampliamente utilizado en motores de aviones modernos.
Véase también
Literatura
- Hélice // Gran enciclopedia soviética : [en 30 volúmenes] / cap. edición A. M. Projorov . - 3ra ed. - M. : Enciclopedia soviética, 1969-1978.
- hélice // Enciclopedia "Técnica". . — 2006. . // Enciclopedia "Técnica". — M.: Rosman. 2006.
- hélice // Enciclopedia "Técnica". . — 2006. . // Aviación: Enciclopedia. - M .: Gran Enciclopedia Rusa. Editor en jefe G. P. Svishchev. 1994.
Notas
- ↑ Pequeño diccionario académico . Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2021.
- ↑ Gran Diccionario Politécnico Enciclopédico .
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