Hèlix d'avió: nom, classificació i característiques

2025 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2025-01-24 13:13

La base del moviment de l'aire en els principis de l'aerodinàmica és la presència d'una força que contraresta la resistència de l'aire en vol i la gravetat. Tots els avions moderns, a excepció dels planadors, tenen un motor la potència del qual es converteix en aquesta força. El mecanisme que converteix la rotació de l'eix de la central elèctrica en empenta és l'hèlix de l'avió.

Descripció de l'hèlix

L'hèlix d'avió és un dispositiu mecànic amb pales que fa girar un eix del motor i crea empenta per al moviment de l'avió a l'aire. En inclinar les pales, l'hèlix llança l'aire cap enrere, creant una zona de baixa pressió al davant i alta pressió darrere. Gairebé totes les persones a la terra almenys una vegada a la vida van tenir l'oportunitat de veure aquest dispositiu, per la qual cosa no calen nombroses definicions científiques. L'hèlix consta de pales, un cub connectat al motor mitjançant una brida especial, peses d'equilibri col·locades al cub, un mecanisme per canviar el pas de l'hèlix i un carenat que cobreix el cub.

Altres noms

Quin és un altre nom per a una hèlix d'avió? Històricament, hi havia dos noms principals: l'hèlix real i l'hèlix. No obstant això, més tard van aparèixer altres noms, emfatitzant les característiques del disseny o les funcions addicionals assignades a aquesta unitat. Concretament:

• Fenestron. Un cargol inserit en un canal especial a la cua d'un helicòpter.
• Impulsor. Un cargol tancat en un anell especial.
• Propfan. Són cargols en forma de fletxa o de sabre en dues files amb un diàmetre reduït.
• Ventilador. Sistema d'alimentació de reserva d'emergència del flux d'aire que s'acosta.
• Rotor. De vegades s'anomena rotor principal d'un helicòpter i alguns altres.

Teoria de l'hèlix

En el seu nucli, qualsevol hèlix d'avió és una mena d'ales mòbils en miniatura, que viuen segons les mateixes lleis de l'aerodinàmica que l'ala. És a dir, movent-se en l'entorn atmosfèric, les pales, pel seu perfil i inclinació, creen un flux d'aire, que és la força motriu de l'avió. La força d'aquest flux, a més del perfil específic, depèn del diàmetre i la velocitat de l'hèlix. Al mateix temps, la dependència de l'empenta de les revolucions és quadràtica i del diàmetre, fins i tot fins al quart grau. La fórmula general d'empenta és la següent: P=αρn²D^4on:

• α - coeficient d'empenta de l'hèlix (depèn del disseny i el perfil de les pales);
• ρ - densitat de l'aire;
• n - nombre de revolucionscargols;
• D és el diàmetre del cargol.

És interessant comparar amb la fórmula anterior, una altra derivada de la mateixa teoria del cargol. Aquesta és la potència necessària per garantir la rotació: T=Βρn³D^{5, on Β és el factor de potència calculat de l'hèlix.}

Comparant aquestes dues fórmules, es pot veure que augmentant la velocitat de l'hèlix de l'avió i augmentant el diàmetre de l'hèlix, la potència requerida del motor creix de manera exponencial. Si el nivell d'empenta és proporcional al quadrat de les revolucions i la 4a potència del diàmetre, la potència del motor necessària augmenta ja en proporció al cub de les revolucions i la 5a potència del diàmetre de l'hèlix. A mesura que augmenta la potència del motor, també augmenta el seu pes, que requereix encara més empenta. Un altre cercle viciós a la indústria aeronàutica.

Especificacions de l'hèlix

Qualsevol hèlix instal·lada en una aeronau té les característiques següents:

• Diàmetre del cargol.
• Moviment geomètric (pas). Aquest terme fa referència a la distància que recorreria el cargol, xocant contra una superfície sòlida teòrica en una revolució.
• Tread: la distància real recorreguda per l'hèlix en una revolució. Òbviament, aquest valor depèn de la velocitat i de la freqüència de gir.
• Angle de la pala: l'angle entre el pla i el pas real de l'hèlix.
• Forma de la fulla: la majoria de les fulles modernes tenen forma de sabre, corbades.
• Perfil de la pala: la secció transversal de cada fulla té, per regla general, una forma d'ala.
• Corda mitjana de la fulla –distància geomètrica entre les vores inicial i posterior.

Al mateix temps, la característica principal d'una hèlix d'avió és la seva empenta, és a dir, per a què es necessita.

Dignitat

Els avions que utilitzen una hèlix com a hèlix són molt més econòmics que els seus homòlegs de turborreactor. L'eficiència arriba al 86%, que és un valor inassolible per als avions a reacció. Aquest és el seu principal avantatge, que de fet els va tornar a posar en funcionament durant la crisi del petroli dels anys 70 del segle passat. A distàncies curtes, la velocitat no és crítica en comparació amb l'economia, de manera que la majoria d'avions d'aviació regional són propulsats per hèlix.

Defectes

Els avions d'hèlix també tenen desavantatges. En primer lloc, aquests són contras purament "cinètics". Durant la rotació, l'hèlix de l'aeronau, que té la seva pròpia massa, té un efecte sobre el cos de l'aeronau. Si les fulles, per exemple, giren en sentit horari, llavors la carcassa tendeix a girar, respectivament, en sentit contrari. Les turbulències creades per l'hèlix interactuen activament amb les ales i l'empenatge de l'avió, creant diferents fluxos a dreta i esquerra, desestabilitzant així la trajectòria de vol.

Finalment, l'hèlix giratori és una mena de giroscopi, és a dir, tendeix a mantenir la seva posició, la qual cosa dificulta canviar la trajectòria de vol de l'aire.cort. Aquestes mancances de l'hèlix de l'avió es coneixen des de fa temps, i els dissenyadors han après a afrontar-les introduint una certa asimetria en el disseny dels mateixos vaixells o de les seves superfícies de control (timons, spoilers, etc.). Per ser justos, cal assenyalar que els motors a reacció també tenen deficiències "cinètiques" similars, però en una mesura una mica menor.

L'anomenat efecte de bloqueig també es pot atribuir als inconvenients, quan un augment del diàmetre i la velocitat de rotació de l'hèlix de l'avió fins a determinats límits deixa de produir un efecte en forma d'augment de l'empenta. Aquest efecte s'associa amb l'aparició en determinades seccions de les pales de fluxos d'aire de velocitat propera o supersònica, que crea una crisi d'ona, és a dir, la formació de xocs aeris. De fet, superen la frontera del so. En aquest sentit, la velocitat màxima de les aeronaus amb hèlix no supera els 650-700 km/h.

Potser l'única excepció va ser el bombarder Tu-95, que arriba a velocitats de fins a 950 km/h, és a dir, una velocitat gairebé sonora. Cadascun dels seus motors està equipat amb dues hèlixs coaxials que giren en direccions oposades. Bé, l'últim problema de les aeronaus propulsades per hèlix és el seu soroll, els requisits dels quals són constantment endurits per les autoritats d'aviació.

Classificació

Hi ha moltes maneres de classificar les hèlixs d'avions. Es divideixen en grups en funció del material del qual estan fetes, de la forma de les fulles, del seu diàmetre, quantitat, així com d' altres.característiques. Tanmateix, el més important és la seva classificació segons dos criteris:

• Primer: hi ha hèlixs de pas variable i de pas fix.
• Segon: hi ha cargols que estiren i empenyen.

La primera s'instal·la a la part davantera de l'avió, i la segona, respectivament, a la part posterior. Abans va sorgir un avió amb una hèlix impulsora, però després es va oblidar durant un temps i només fa relativament poc que va reaparèixer al cel. Ara aquest disseny s'utilitza àmpliament en avions petits. Fins i tot hi ha opcions força exòtiques, equipades amb fulles d'estirament i d'empenta alhora. Un avió amb hèlix posterior té una sèrie d'avantatges, entre els quals destaca la seva proporció d'elevació/arrossegament més alta. Tanmateix, a causa de la manca de flux d'aire addicional de l'hèlix, l'ala té les pitjors característiques d'enlairament i aterratge.

Cargols de pas variable

Les hèlixs de pas variable s'instal·len a gairebé tots els avions mitjans i grans moderns. Amb un gran pas de fulla, s'aconsegueix molta empenta, però si la velocitat del motor és bastant baixa, l'acceleració serà extremadament lenta. Això és molt semblant a la situació amb un cotxe quan intenta arrencar en velocitats més altes.

La gran velocitat i el petit pas de l'hèlix creen el perill d'aturar-se i baixar l'empenta a zero. Per tant, durant el vol, el to està canviant constantment. Ara això es fa mitjançant l'automatització, però abans el propi pilot havia de controlar-ho constantment manualment.ajustar l'angle. El mecanisme per canviar el pas de l'hèlix és un casquet especial amb un mecanisme d'accionament que fa girar les pales en relació amb l'eix de rotació en el grau necessari.

Desenvolupament modern a Rússia

La feina per millorar els dispositius no s'ha aturat mai. Actualment, s'estan realitzant proves d'una nova hèlix de l'avió AB-112. S'utilitzarà a l'avió de transport militar lleuger Il-112V. Es tracta d'una hèlix de 6 pales amb una eficiència del 87%, un diàmetre de 3,9 metres i una velocitat de gir de 1200 rpm i una hèlix de pas variable. S'ha desenvolupat un nou perfil de fulla i el seu disseny s'ha alleugerit.