مروحية الطائرات: الاسم والتصنيف والخصائص

2025 مؤلف: Howard Calhoun | calhoun@techconfronts.com. آخر تعديل: 2025-01-24 13:11

أساس حركة الهواء على مبادئ الديناميكا الهوائية هو وجود قوة تصد مقاومة الهواء أثناء الطيران والجاذبية. جميع الطائرات الحديثة ، باستثناء الطائرات الشراعية ، لديها محرك يتم تحويل قوته إلى هذه القوة. الآلية التي تحول دوران عمود محطة الطاقة إلى قوة دفع هي مروحة الطائرة.

وصف المروحة

مروحة الطائرة عبارة عن جهاز ميكانيكي به شفرات يتم تدويرها بواسطة عمود محرك ويخلق قوة دفع لحركة الطائرة في الهواء. من خلال إمالة الشفرات ، تقوم المروحة بإلقاء الهواء للخلف ، مما يخلق منطقة ضغط منخفض أمامها وضغط مرتفع خلفها. أتيحت الفرصة لجميع الأشخاص على وجه الأرض تقريبًا مرة واحدة على الأقل في حياتهم لرؤية هذا الجهاز ، لذلك لا يلزم وجود العديد من التعريفات العلمية. تتكون المروحة من شفرات ، ومحور متصل بالمحرك من خلال شفة خاصة ، وأوزان موازنة موضوعة على المحور ، وآلية لتغيير ميل المروحة وهدية تغطي المحور.

أسماء أخرى

ما هو الاسم الآخر لمروحة الطائرة؟ تاريخيا ، كان هناك اسمان رئيسيان: المروحة الفعلية والمروحة. ومع ذلك ، ظهرت لاحقًا أسماء أخرى ، مع التركيز على ميزات التصميم أو الوظائف الإضافية المخصصة لهذه الوحدة. على وجه التحديد:

• فينيسترون. برغي يتم إدخاله في قناة خاصة في ذيل طائرة هليكوبتر
• المكره. برغي محاط بحلقة خاصة.
• Propfan. هذه براغي على شكل سهم أو صابر في صفين بقطر منخفض.
• ويندفان. نظام إمداد الطاقة الاحتياطية في حالات الطوارئ من تدفق الهواء القادم.
• الدوار. هذا يسمى أحيانًا الدوار الرئيسي لطائرة هليكوبتر وبعض الآخرين.

نظرية المروحة

في جوهرها ، أي مروحة طائرة هي نوع من الأجنحة المتحركة في صورة مصغرة ، تعيش وفقًا لنفس قوانين الديناميكا الهوائية مثل الجناح. أي أنه يتحرك في بيئة الغلاف الجوي ، فإن الشفرات ، نظرًا لمظهرها الجانبي وميلها ، تخلق تدفقًا للهواء ، وهو القوة الدافعة للطائرة. تعتمد قوة هذا التدفق ، بالإضافة إلى المظهر الجانبي المحدد ، على قطر وسرعة المروحة. في الوقت نفسه ، يكون اعتماد الدفع على الثورات من الدرجة الثانية ، وعلى القطر - حتى الدرجة الرابعة. صيغة الدفع العامة هي كما يلي: P=αρn² D^4حيث:

• α - معامل دفع المروحة (يعتمد على تصميم وملف تعريف الشفرات) ؛
• ρ - كثافة الهواء
• n - عدد الثوراتمسامير ؛
• D هو قطر المسمار.

من المثير للاهتمام المقارنة مع الصيغة المذكورة أعلاه ، صيغة أخرى مشتقة من نفس نظرية المسمار. هذه هي القوة المطلوبة لضمان الدوران: T=Βρn³ D^{5، حيث Β هو عامل القدرة المحسوب للمروحة}

بمقارنة هاتين الصيغتين ، يمكن ملاحظة أنه من خلال زيادة سرعة مروحة الطائرة وزيادة قطر المروحة ، تزداد قوة المحرك المطلوبة بشكل كبير. إذا كان مستوى الدفع متناسبًا مع مربع الثورات والقوة الرابعة للقطر ، فإن قوة المحرك المطلوبة تزيد بالفعل بما يتناسب مع مكعب الثورات والقوة الخامسة لقطر المروحة. مع زيادة قوة المحرك ، يزداد وزنه أيضًا ، الأمر الذي يتطلب مزيدًا من الدفع. حلقة مفرغة أخرى في صناعة الطائرات.

مواصفات المروحة

أي مروحة مثبتة على متن طائرة لها الخصائص التالية:

• قطر المسمار.
• حركة هندسية (خطوة). يشير هذا المصطلح إلى المسافة التي سيقطعها المسمار ، ويتحطم في سطح صلب نظري في دورة واحدة.
• فقي - المسافة الفعلية التي تقطعها المروحة في دورة واحدة. من الواضح أن هذه القيمة تعتمد على السرعة وتكرار الدوران.
• زاوية الشفرة - الزاوية بين المستوى والنغمة الفعلية للمروحة.
• شكل الشفرة - معظم الشفرات الحديثة على شكل صابر منحنية.
• ملف تعريف الشفرة - المقطع العرضي لكل شفرة ، كقاعدة عامة ، له شكل جناح.
• وتر متوسط النصل -المسافة الهندسية بين الحواف الأمامية والخلفية

في نفس الوقت ، فإن السمة الرئيسية لمروحة الطائرة هي اتجاهها ، أي ما هو مطلوب من أجله.

كرامة

الطائرات التي تستخدم المروحة كمروحة اقتصادية أكثر بكثير من نظيراتها التوربينية النفاثة. تصل الكفاءة إلى 86٪ ، وهي قيمة لا يمكن تحقيقها للطائرات النفاثة. هذه هي ميزتهم الرئيسية ، والتي أعادت تشغيلها بالفعل خلال أزمة النفط في السبعينيات من القرن الماضي. على مسافات قصيرة ، السرعة ليست حاسمة مقارنة بالاقتصاد ، لذلك فإن معظم طائرات الطيران الإقليمية تعمل بالمروحة.

عيوب

طائرات المروحة أيضا لها عيوب. بادئ ذي بدء ، هذه سلبيات "حركية" بحتة. أثناء الدوران ، يكون لمروحة الطائرة ، التي لها كتلتها الخاصة ، تأثير على جسم الطائرة. إذا كانت الشفرات ، على سبيل المثال ، تدور في اتجاه عقارب الساعة ، فإن الغلاف يميل إلى الدوران ، على التوالي ، عكس اتجاه عقارب الساعة. تتفاعل الاضطرابات التي تسببها المروحة بشكل فعال مع أجنحة الطائرة وذيلها ، مما يخلق تدفقات مختلفة إلى اليمين واليسار ، وبالتالي زعزعة استقرار مسار الرحلة.

أخيرًا ، المروحة الدوارة هي نوع من الجيروسكوب ، أي أنها تميل إلى الحفاظ على موضعها ، مما يجعل من الصعب تغيير مسار الرحلة للهواءالمحكمة. عُرفت هذه العيوب في مروحة الطائرة منذ فترة طويلة ، وتعلم المصممون التعامل معها من خلال إدخال عدم تناسق معين في تصميم السفن نفسها أو أسطح التحكم الخاصة بها (الدفات ، والمفسدين ، وما إلى ذلك). في الإنصاف ، تجدر الإشارة إلى أن المحركات النفاثة لها أيضًا عيوب "حركية" مماثلة ، ولكن بدرجة أقل إلى حد ما.

يمكن أيضًا أن يُعزى ما يسمى بتأثير القفل إلى السلبيات ، عندما تتوقف الزيادة في قطر وسرعة دوران مروحة الطائرة إلى حدود معينة عن إحداث تأثير في شكل زيادة في الدفع. يرتبط هذا التأثير بالظهور في أقسام معينة من ريش تدفقات الهواء بسرعة قريبة أو تفوق سرعة الصوت ، مما يخلق أزمة موجية ، أي تكوين صدمات هوائية. في الواقع ، لقد تغلبوا على حدود الصوت. في هذا الصدد ، لا تتجاوز السرعة القصوى للطائرة ذات المروحة 650-700 كم / ساعة.

ربما كان الاستثناء الوحيد هو القاذفة Tu-95 ، التي تصل سرعتها إلى 950 كم / ساعة ، أي تقريبًا سرعة صوتية. وقد تم تجهيز كل محرك من محركاتها بمروحتين محوريتين تدوران في اتجاهين متعاكسين. حسنًا ، المشكلة الأخيرة للطائرات التي تعمل بالمروحة هي ضوضاءها ، والتي يتم تشديد متطلباتها باستمرار من قبل سلطات الطيران.

التصنيف

هناك طرق عديدة لتصنيف مراوح الطائرات. وهي مقسمة إلى مجموعات اعتمادًا على المادة التي صنعت منها ، وعلى شكل الشفرات ، وقطرها ، وكميتها ، بالإضافة إلى عدد من الأنواع الأخرى.مميزات. ومع ذلك ، فإن الأهم هو تصنيفها وفقًا لمعيارين:

• أولاً - هناك مراوح ذات درجة متغيرة وثابتة.
• ثانيًا - هناك مسامير سحب ودفع.

الأول مثبت في مقدمة الطائرة ، والثاني على التوالي في الخلف. ظهرت طائرة مزودة بمروحة دافعة في وقت سابق ، ولكن بعد ذلك تم نسيانها لبعض الوقت ولم تظهر إلا مؤخرًا نسبيًا في السماء. الآن يستخدم هذا التصميم على نطاق واسع في الطائرات الصغيرة. هناك أيضًا خيارات غريبة تمامًا ، مجهزة بشفرات سحب ودفع في نفس الوقت. تتمتع الطائرة ذات المروحة الخلفية بعدد من المزايا ، أهمها ارتفاع نسبة الرفع إلى السحب. ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود تدفق هواء إضافي من المروحة ، فإن الجناح لديه أسوأ خصائص الإقلاع والهبوط.

مسامير درجة متغيرة

يتم تثبيت مراوح الملعب المتغيرة على جميع الطائرات الحديثة المتوسطة والكبيرة تقريبًا. مع ميل الشفرة الكبير ، يتم تحقيق الكثير من الدفع ، ولكن إذا كانت سرعة المحرك منخفضة جدًا ، فسيكون التسارع بطيئًا للغاية. هذا مشابه جدًا للموقف مع السيارة عندما تحاول التروس العالية البدء.

السرعة العالية ودرجة المروحة الصغيرة تخلق خطر المماطلة وإسقاط الدفع إلى الصفر. لذلك ، أثناء الرحلة ، يتغير الملعب باستمرار. الآن يتم ذلك عن طريق الأتمتة ، ولكن قبل أن يقوم الطيار نفسه بمراقبة هذا يدويًا باستمرار.اضبط الزاوية. آلية تغيير ميل المروحة عبارة عن جلبة خاصة بآلية محرك تقوم بتدوير الشفرات بالنسبة لمحور الدوران بالدرجة المطلوبة.

التطور الحديث في روسيا

العمل على تحسين الأجهزة لم يتوقف أبدًا. في الوقت الحاضر ، يتم إجراء اختبارات لمروحة جديدة للطائرة AB-112. سيتم استخدامه على طائرات النقل العسكرية الخفيفة Il-112V. هذا هو المروحة ذات 6 شفرات بكفاءة 87٪ ، وقطرها 3.9 متر وسرعة دوران 1200 دورة في الدقيقة ومروحة متغيرة الخطوة. تم تطوير ملف تعريف شفرة جديد وتم تفتيح تصميمه.