Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Төмен жылдамдықтағы маневрлеуді жақсартуға арналған екі пропеллер конструкциясы.
Two propeller design for improving low airspeed maneuverability
Контра айналатын пропеллерлермен (CRP), коаксиалды контра айналатын пропеллерлермен немесе жоғары жылдамдықты пропеллерлермен жабдықталған ұшақтар, әдетте бір поршеньді қозғалтқыш немесе турбовинтомобильдің максималды қуатын контра айналыстағы коаксиалды пропеллерлер жұбын қозғау үшін пайдаланады. Екі пропеллер бір-бірінің артында орналасады, ал қуат қозғалтқыштан планетарлық немесе тісті беріліс арқылы беріледі. Контра айналатын пропеллерлер кері айналатын пропеллерлер деп те аталады, бірақ "кері айналатын пропеллерлер" термині қарама-қарсы бағытта айналатын бөлек коаксиалды емес біліктердегі винттерге қатысты көбірек қолданылады.
Aircraft equipped with contra rotating propellers (CRP) coaxial contra rotating propellers, or high speed propellers, apply the maximum power of usually a single piston engine or turboprop engine to drive a pair of coaxial propellers in contra rotation. Two propellers are arranged one behind the other, and power is transferred from the engine via a planetary gear or spur gear transmission. Contra rotating propellers are also known as counter rotating propellers, although the term counter rotating propellers is much more widely used when referring to airscrews on separate non coaxial shafts turning in opposite directions.
Операция
Ауа жылдамдығы төмен болғанда, пропеллер дискісі арқылы өтетін ауа массасы (тартылыс күші) айналатын қанаттардың әсерінен маңызды мөлшерде тангенциалдық немесе айналмалы ауа ағынын тудырады. Бұл тангенциалдық ауа ағынының энергиясы бір пропеллерлік конструкцияда зыңқырылады және ауа тік қанатшаға тиген кезде төмен жылдамдықта басқару қиындықтарын тудырады, нәтижесінде ұшақ пропеллердің айналу бағытына байланысты солға немесе оңға бұрылады. Бұл пайдасыз күшті пайдалану үшін, бірінші пропеллердің артына екінші пропеллерді орналастыру, бұзылған ауа ағынынан тиімді пайдалануға мүмкіндік береді. Сайып келгенде, жақсы жобаланған қарама-қарсы айналатын пропеллерде айналмалы ауа ағыны болмайды, ол пропеллер дискісі арқылы ауаның максималды мөлшерін біркелкі итеріп, жоғары өнімділікке және төменгі индукциялық энергия шығынына қол жеткізеді. Сонымен қатар, ол дәстүрлі пропеллердің асимметриялық серпіліс әсеріне қарсы тұрады (P факторын қараңыз). Кейбір қарама-қарсы айналатын жүйелер ұшу кезінде максималды қуат пен тиімділік үшін жасалған, ал круиз кезінде ұшу уақытын ұзарту үшін пропеллерлердің біреуін өшіруге мүмкіндік береді.
When airspeed is low, the mass of the air flowing through the propeller disk (thrust) causes a significant amount of tangential or rotational air flow to be created by the spinning blades. The energy of this tangential air flow is wasted in a single propeller design, and causes handling problems at low speed as the air strikes the vertical stabilizer, causing the aircraft to yaw left or right, depending on the direction of propeller rotation. To use this wasted effort, the placement of a second propeller behind the first takes advantage of the disturbed airflow. A well designed contra rotating propeller will have no rotational air flow, pushing a maximum amount of air uniformly through the propeller disk, resulting in high performance and low induced energy loss. It also serves to counter the asymmetrical torque effect of a conventional propeller (see P factor). Some contra rotating systems were designed to be used at takeoff for maximum power and efficiency under such conditions, and allowing one of the propellers to be disabled during cruise to extend flight time.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
Ұшақтағы екі қарама-қарсы айналатын винттен туындайтын момент өзара теңеседі. Қарама-қарсы айналатын винттердің тиімділігі, әдеттегі винттерге қарағанда 6%-дан 16%-ға дейін артық екені анықталды. Дегенмен, олар өте шулы болуы мүмкін, алға және артқа бағыттағы шу деңгейі 30 дБ-ға дейін, ал шеңбер бойында 10 дБ-ға дейін артады. Бұрыштық жылдамдық немесе қанаттардың жүктемесін төмендету, артқы винттің қанаттарын азайту немесе диаметрін алдыңғы винттен кіші ету, сондай-ақ артқы және алдыңғы винттер арасындағы қашықтықты ұлғайту да пайдалы. Қарама-қарсы айналатын винттің тиімділігі оның механикалық күрделілігімен және осы механизмнің қосымша салмағымен азайтылады, бұл ұшақты ауырлатады, сондықтан оны тасымалдау үшін өнімділіктің бір бөлігінен бас тартылуы мүмкін. Бұл тұрғысынан қарағанда, коаксиалды қарама-қарсы айналатын винттер мен роторлар бірнеше әскери ұшақтарда, мысалы, Туполев Ту-95 "Айыз" ұшағында қолданылған. Олар сондай-ақ, жолаушылар ұшақтарында қолдану мүмкіндігі зерттелуде.
The torque on the aircraft from a pair of contra rotating propellers effectively cancels out. Contra rotating propellers have been found to be between 6% and 16% more efficient than normal propellers. However they can be very noisy, with increases in noise in the axial (forward and aft) direction of up to 30 dB, and tangentially 10 dB. It is also helpful if the tip speed or the loading of the blades is reduced, if the aft propeller has fewer blades or a smaller diameter than the fore propeller, or if the spacing between the aft and fore propellers is increased. The efficiency of a contra rotating propeller is somewhat offset by its mechanical complexity and the added weight of this gearing that makes the aircraft heavier, thus some performance is sacrificed to carry it. Nonetheless, coaxial contra rotating propellers and rotors have been used in several military aircraft, such as the Tupolev Tu 95 "Bear". They are also being examined for use in airliners.
Әуе кемелерінде пайдалану
Бірнеше ел әуе кемелерінде қарама-қарсы айналатын пропеллерлермен тәжірибе жасағанмен, оларды көптеп өндіргендер Ұлыбритания мен Кеңес Одағы ғана болды. Қарама-қарсы айналатын пропеллермен жабдықталған алғашқы ұшақ АҚШ-та, Форт-Уорт, Техас штатының екі ойлап табушысы ұшақта бұл идеяны сынап көрген кезде ұшқан.
While several nations experimented with contra rotating propellers in aircraft, only the United Kingdom and Soviet Union produced them in large numbers. The first aircraft to be fitted with a contra rotating propeller to fly was in the US when two inventors from Ft Worth, Texas tested the concept on an aircraft.
Ұлыбритания
Ф. В. Ланчестер 1907 жылы қарсы айналатын пропеллердің патенін алған. Қарсы айналатын винттері бар британдық ұшақтардың ең табыстылары – Rolls Royce Griffon қозғалтқышымен жабдықталған Avro Shackleton және Double Mamba Mk.101 қозғалтқышын қолданған Fairey Gannet. Double Mamba екі жеке қуат бөлімінен тұрды, олардың әрқайсысы бір пропеллерді айналдырды, бұл ұшу кезінде бір қуат бөлімін (қозғалтқышты) өшіруге мүмкіндік берді, соның арқасында ұшу ұзақтығы артты. Кемелік тағы бір ұшақ – Westland Wyvern – қарсы айналатын винттермен жабдықталған. Martin Baker MB 5 сынақ ұшағы да осы типтегі пропеллерді қолданды. Supermarine Spitfire және Seafire ұшақтарының кейінгі нұсқалары қарсы айналатын винттері бар Griffon қозғалтқышын пайдаланды. Spitfire/Seafire және Shackleton жағдайында қарсы айналатын винттерді қолданудың басты себебі – пропеллер лопастарының ауданын ұлғайту, демек, қозғалтқыштың қуатын арттыру болды, бұл ұшақтың шасси биіктігімен шектелген пропеллер диаметрінің ішінде мүмкін болды. Short Sturgeon екі Merlin 140 қозғалтқышын қарсы айналатын винттермен қолданды. Bristol Brabazon прототипінде сегіз Bristol Centaurus қозғалтқышы болды, олар төрт жұп қарсы айналатын винттерді айналдырды, әрбір қозғалтқыш бір винтті қозғалтты. Соғыстан кейінгі SARO Princess прототипіндегі он қозғалтқыштың сегізі қарсы айналатын винттермен жабдықталған.
A contra rotating propeller was patented by F. W. Lanchester in 1907. Some of the more successful British aircraft with contra rotating propellers are the Avro Shackleton, powered by the Rolls Royce Griffon engine, and the Fairey Gannet, which used the Double Mamba Mk.101 engine. In the Double Mamba two separate power sections drove one propeller each, allowing one power section (engine) to be shut down in flight, increasing endurance. Another naval aircraft, the Westland Wyvern had contra rotating propellers. The Martin Baker MB 5 test aircraft also used this propeller type. Later variants of the Supermarine Spitfire and Seafire used the Griffon with contra rotating props. In the Spitfire/Seafire and Shackleton's case the primary reason for using contra rotating propellers was to increase the propeller blade area, and hence absorb greater engine power, within a propeller diameter limited by the height of the aircraft's undercarriage. The Short Sturgeon used two Merlin 140s with contra rotating propellers. The Bristol Brabazon prototype airliner used eight Bristol Centaurus engines driving four pairs of contra rotating propellers, each engine driving a single propeller. The post war SARO Princess prototype flying boat airliner also had eight of its ten engines driving contra rotating propellers.
КСРО, Ресей және Украина
1950 жылдары КСРО-ның Кузнецов жобалау бюросы NK 12 турбовинтын әзірледі. Ол сегіз пернелі контр-айналмалы винтті қозғалтады және, ол қолданыстағы ең қуатты турбовинт болып табылады. Төрт NK 12 қозғалтқышы Tupolev Tu 95 Bear ұшағына – қолданыстағы жалғыз турбовинттік бомбалаушыға, сондай-ақ ең жылдам винтті ұшақтардың біріне қуат береді. Tu-114 – Tu-95 ұшағының туындысы, винтті ұшақтардың жылдамдығы бойынша әлемдік рекордты иеленеді. Tu-95 сондай-ақ континентаралық қашықтыққа ұша алатын алғашқы совет бомбалаушысы болды. Tu 126 AEW ұшағы мен Tu 142 теңіздік патрульдік ұшағы – Tu 95 негізінде жасалған тағы екі NK 12 қуатты жоба. NK 12 қозғалтқышы тағы бір танымал совет ұшағына, Антонов Ан-22 Антеус ауыр жүк таситын ұшағына қуат береді. Ан-22 ұшағы бір кезде әлемдегі ең үлкен ұшақ болып есептелген, және әлі күнге дейін әлемдегі ең үлкен турбовинттік ұшақ болып табылады. 1960-1970 жылдары ол максималды жүктеме мен биіктік арақатынасы, сондай-ақ максималды биіктікке көтерілген жүктеме санаттарында бірнеше әлемдік рекордтарды орнатты. А 90 Орлионок (A 90 Orlyonok) – орташа өлшемді совет экранопланында NK 12 қозғалтқышының қолданылуы да бар. A 90 бір NK 12 қозғалтқышын, оны T тәрізді құйрығының үстіне орнатып, ал мұрын бөлігіне екі турбовентиляторды орнатқан. 1980 жылдары Кузнецов қуатты контр-айналмалы қозғалтқыштарды әзірлеуді жалғастырды. 1980 жылдардың соңында сынақтан өткен NK 110, NK 12 сияқты, алдыңғы және артқы жағында төрт пернелі контр-айналмалы винт конфигурациясына ие болды. Оның диаметрі NK 12-ден кіші болғанмен, қуаттылығын қамтамасыз етіп, ұшып көтерілу күшін берді. NK 62 ұшқышының диаметрі мен перне конфигурациясы NK 110-ға ұқсас болды, бірақ ол жоғары ұшу итермелеуін ұсынды. Дегенмен, NK 12-ден айырмашылығы, бұл соңғы қозғалтқыштар ешбір ұшақ жобалау бюросымен қабылданбады. 1994 жылы Антонов An-70 ауыр көліктік ұшағын жасады. Ол төрт Progress D-27 пропфан қозғалтқыштарымен жұмыс істейді, олар контр-айналмалы винттерді қозғалтады. D-27 қозғалтқышының және оның винтінің сипаттамалары оны турбовентиляторлық және турбовинттік қозғалтқыштардың гибридіне айналдырады.
In the 1950s, the Soviet Union's Kuznetsov Design Bureau developed the NK 12 turboprop. It drives an eight blade contra rotating propeller and, at , it is the most powerful turboprop in service. Four NK 12 engines power the Tupolev Tu 95 Bear, the only turboprop bomber to enter service, as well as one of the fastest propeller driven aircraft. The Tu 114, an airliner derivative of the Tu 95, holds the world speed record for propeller aircraft. The Tu 95 was also the first Soviet bomber to have intercontinental range. The Tu 126 AEW aircraft and Tu 142 maritime patrol aircraft are two more NK 12 powered designs derived from the Tu 95. The NK 12 engine powers another well known Soviet aircraft, the Antonov An 22 Antheus, a heavy lift cargo aircraft. At the time of its introduction, the An 22 was the largest aircraft in the world and is still by far the world's largest turboprop powered aircraft. From the 1960s through the 1970s, it set several world records in the categories of maximum payload to height ratio and maximum payload lifted to altitude. Of lesser note is the use of the NK 12 engine in the A 90 Orlyonok, a mid size Soviet ekranoplan. The A 90 uses one NK 12 engine mounted at the top of its T tail, along with two turbofans installed in the nose. In the 1980s, Kuznetsov continued to develop powerful contra rotating engines. The NK 110, which was tested in the late 1980s, had a contra rotating propeller configuration with four blades in front and four in back, like the NK 12. Its was smaller than the NK 12's diameter, but it produced a power output of , delivering a takeoff thrust of Even more powerful was the NK 62, which was in development throughout most of the decade. The NK 62 had an identical propeller diameter and blade configuration to the NK 110, but it offered a higher takeoff thrust of The associated NK 62M had a takeoff thrust of , and it could deliver of emergency thrust. Unlike the NK 12, however, these later engines were not adopted by any of the aircraft design bureaus. In 1994, Antonov produced the An 70, a heavy transport aircraft. It is powered by four Progress D 27 propfan engines driving contra rotating propellers. The characteristics of the D 27 engine and its propeller make it a propfan, a hybrid between a turbofan engine and a turboprop engine.
Америка Құрама Штаттары
АҚШ бірнеше прототиптермен жұмыс істеді, оның ішінде Northrop XB 35, XB 42 Mixmaster, Douglas XTB2D Skypirate, Curtiss XBTC, A2J Super Savage, Boeing XF8B, XP 56 Black Bullet, Fisher P 75 Eagle және Convair XFY "Pogo" және Lockheed XFV "Salmon" VTOL истребителдері мен Hughes XF 11 барлау ұшағы. Convair R3Y Tradewind ұшақ кемесі қарама-қарсы айналатын винттермен пайдалануға берілді. Дегенмен, поршеньді және турбовинтті ұшақтар өз дамуының шыңына жетті, ал таза турбореактивті және турбовентиляторлық қозғалтқыштардың пайда болуы, екеуі де винтсіз болғандықтан, бұл жобалардың тез арада ескіруіне әкелді. АҚШ-тың винт өндірушісі Hamilton Standard 1983 жылы Fairey Gannet ұшағын сатып алып, винт шуы мен қанаттардың дірілдік кернеуіне қарама-қарсы айналудың әсерін зерттеді. Gannet ерекше қолайлы болды, себебі тәуелсіз басқарылатын винттер қарама-қарсы және бір айналу арасындағы айырманы салыстыруға мүмкіндік берді.
The United States worked with several prototypes, including the Northrop XB 35, XB 42 Mixmaster, the Douglas XTB2D Skypirate, the Curtiss XBTC, the A2J Super Savage, the Boeing XF8B, the XP 56 Black Bullet, the Fisher P 75 Eagle and the tail sitting Convair XFY "Pogo" and Lockheed XFV "Salmon" VTOL fighters and the Hughes XF 11 reconnaissance plane. The Convair R3Y Tradewind flying boat entered service with contra rotating propellers. However, both piston engined and turboprop powered propeller driven aircraft were reaching their zenith and new technological developments such as the advent of the pure turbojet and turbofan engines, both without propellers, meant that the designs were quickly eclipsed. The US propeller manufacturer, Hamilton Standard, bought a Fairey Gannet in 1983 to study the effects of counter rotation on propeller noise and blade vibratory stresses. The Gannet was particularly suitable because the independently driven propellers provided a comparison between counter and single rotation.
Өте жеңіл қолдану
Австриялық Sun Flightcraft компаниясы Rotax 503 және 582 қозғалтқыштарында қолданылатын қарама-қарсы айналатын беріліс қорабын таратумен айналысады. Коакс P-ді NeuraJet компаниясының Ханс Нойдорфер жасаған, ол жеңіл ұшақтар мен парашюттерге 15-20% көбірек қуат дамытуға, сонымен қатар бұрылу моментін азайтуға мүмкіндік береді. Өндіруші сондай-ақ Коакс P беріліс қорабын пайдалану арқылы екі қарама-қарсы айналатын перненің шу деңгейі төмендегенін хабарлады.
An Austrian company, Sun Flightcraft, distributes a contra rotating gearbox for use on Rotax 503 and 582 engines on ultralight and microlight aircraft. The Coax P was developed by Hans Neudorfer of NeuraJet and allows powered hang gliders and parachutes to develop 15 to 20 percent more power while reducing torque moments. The manufacturer also reports reduced noise levels from dual contra rotating props using the Coax P gearbox.
Суда қолдану
Блисс Левитт торпедасы сияқты торпедалар көбінесе шектеулі диаметрде максималды жылдамдыққа қол жеткізу үшін және торпеданың өз бойлық осінің айналасында бұрылуына себеп болатын күшті тежеу үшін қарама-қарсы айналатын пропеллерлерді пайдаланады. Демалыс қайықтары: 1982 жылы Volvo Penta DuoProp таңбасымен қарама-қарсы айналатын қайық винтін ұсынды. Патенттелген бұл құрылғы содан бері сатылымда. Volvo Penta патенттерінің мерзімі біткеннен кейін Mercury де MerCruiser Bravo 3 деген ұқсас өнімді шығарды. Сауда кемелері: Дәстүрлі механизмдер құрылымында қарама-қарсы айналатын пропеллерлердің қолданылуы сирек, себебі олардың құны жоғары және күрделі. 2004 жылы ABB үлкен қуатты орнатулар үшін өнім шығарды: алдыңғы пропеллер дәстүрлі вал желісінде, ал артқы пропеллер ABB Azipod-та орналасқан. Төмен қуат деңгейлерінде қарама-қарсы айналатын механикалық азимуттық итергіштер CRP үшін ыңғайлы, олардың ішкі бейімделуінің арқасында. Rolls Royce және Steerprop өнімдерінің CRP нұсқаларын ұсынды.
Torpedoes such as the Bliss Leavitt torpedo have commonly used contra rotating propellers to give the maximum possible speed within a limited diameter as well as counteracting the torque that would otherwise tend to cause the torpedo to rotate around its own longitudinal axis. Recreational Boating: in 1982 Volvo Penta introduced a contra rotating boat propeller branded DuoProp. The patented device has been marketed since. After the Volvo Penta patents ran out, Mercury has also produced a corresponding product, MerCruiser Bravo 3. Commercial ships: In traditional machinery arrangement contra rotating propellers are rare, due to cost and complexity. In 2004, ABB produced a product for large power installations: the forward propeller is on a traditional shaft line, while the aft propeller is in an ABB Azipod. At lower power levels, contra rotating mechanical azimuth thrusters are one possibility, convenient for CRP due to their inherent bevel gear construction. Rolls Royce and Steerprop have offered CRP versions of their products.