موقع الشفرة. طريقة لتقليل الأحمال والاهتزازات على الطائرات المزودة بمراوح متعددة الشفرات مع عدد زوجي من الشفرات
يجب أن تكون الشفرات الدوارة الرئيسية للطائرة المروحية مبنية بطريقة تمكنها، أثناء إنشاء قوة الرفع اللازمة، من تحمل جميع الأحمال الموضوعة عليها. ولن يتحملوا ذلك فحسب، بل سيكون لديهم أيضًا هامش أمان لجميع أنواع الحالات غير المتوقعة التي قد تحدث أثناء الرحلة وأثناءها. صيانةطائرة هليكوبتر على الأرض (على سبيل المثال، عاصفة حادة من الرياح، وتدفق الهواء لأعلى، ومناورة حادة، وتجمد الشفرات، والدوران غير الكفء للمروحة بعد بدء تشغيل المحرك، وما إلى ذلك).
أحد أوضاع التصميم لاختيار الدوار الرئيسي لطائرة الهليكوبتر هو وضع التسلق العمودي عند أي ارتفاع يتم اختياره للحساب. في هذا الوضع، نظرًا لعدم وجود سرعة انتقالية في مستوى دوران المروحة، تكون الطاقة المطلوبة أكبر.
بمعرفة وزن المروحية التي تم تصميمها تقريبًا وتحديد حجم الحمولة التي سيتعين على المروحية رفعها، يبدأون في اختيار المروحة. يعتمد اختيار المروحة على اختيار قطر المروحة وعدد دوراتها في الدقيقة التي يمكن من خلالها رفع الحمل التصميمي عموديًا بواسطة المروحة بأقل استهلاك للطاقة.
ومن المعروف أن دفع الدوار الرئيسي يتناسب مع القوة الرابعة لقطره وفقط مع القوة الثانية لعدد الدورات، أي أن الدفع الذي يطوره الدوار الرئيسي يعتمد على القطر أكثر من اعتماده على عدد الدورات. من الثورات. لذلك، من الأسهل الحصول على قوة دفع معينة عن طريق زيادة القطر بدلاً من زيادة عدد الدورات. لذلك، على سبيل المثال، من خلال زيادة القطر مرتين، نحصل على دفع أكبر بمقدار 24 = 16 مرة، وبمضاعفة عدد الدورات، نحصل على دفع أكبر بمقدار 22 = 4 مرات فقط.
بمعرفة قوة المحرك الذي سيتم تركيبه على المروحية لقيادة الدوار، قم أولا بتحديد قطر الدوار. ولهذا يتم استخدام النسبة التالية:
تعمل الشفرة الدوارة في ظل ظروف صعبة للغاية. يتم التأثير عليه من خلال القوى الديناميكية الهوائية التي تثنيه، وتلفه، وتمزقه، وتميل إلى تمزيق الجلد بعيدًا عنه. "لمقاومة" هذه القوى الديناميكية الهوائية، يجب أن تكون الشفرة قوية بما فيه الكفاية.
عند الطيران تحت المطر أو الثلج أو السحب وفي ظروف مواتية لتكوين الجليد، يصبح تشغيل الشفرة أكثر صعوبة. قطرات المطر، التي تضرب الشفرة بسرعة هائلة، تزيل الطلاء منها. عندما يحدث الجليد على الشفرات، تتشكل زوائد جليدية تشوه شكلها وتتداخل مع حركتها المتأرجحة وتجعلها أثقل. عند تخزين طائرة هليكوبتر على الأرض، فإن التغيرات المفاجئة في درجة الحرارة والرطوبة وأشعة الشمس لها تأثير مدمر على الشفرة.
وهذا يعني أن النصل لا يجب أن يكون قويًا فحسب، بل يجب أيضًا أن يكون محصنًا ضد تأثير البيئة الخارجية. ولكن إذا كان هذا فقط! ومن ثم يمكن تصنيع الشفرة بالكامل من المعدن، وتغطيتها بطبقة مقاومة للتآكل، وسيتم حل المشكلة.
ولكن هناك متطلبًا آخر: يجب أن تكون الشفرة خفيفة أيضًا. لذلك، يتم تصنيعها بشكل مجوف ويعتمد تصميم الشفرة على صاري معدني، وغالبًا ما يكون عبارة عن أنبوب فولاذي ذو مقطع عرضي متغير، حيث تتناقص مساحته تدريجيًا أو تدريجيًا من الجزء الجذري إلى نهاية الشفرة. .
الصاري، باعتباره عنصر القوة الطولية الرئيسي للشفرة، يمتص قوى القص وعزم الانحناء. في هذا الصدد، فإن تشغيل صاري الشفرة يشبه تشغيل صاري جناح الطائرة. ومع ذلك، فإن صاري الشفرة يخضع أيضًا لقوى الطرد المركزي نتيجة لدوران الدوار، وهذا ليس هو الحال مع صاري جناح الطائرة. تحت تأثير هذه القوى، يتعرض الصاري النصل للتوتر.
يتم لحام الحواف الفولاذية أو تثبيتها على الصاري لربط مجموعة القوة العرضية - أضلاع النصل. يتكون كل ضلع، والذي يمكن أن يكون من المعدن أو الخشب، من جدران ورفوف. يتم لصق أو لحام الغلاف المعدني على أرفف معدنية، أو يتم لصق أغلفة الخشب الرقائقي أو لحامها على أرفف خشبية، أو يتم لصق أغلفة الخشب الرقائقي على إصبع القدم ويتم خياطة أغلفة القماش على الذيل، كما هو موضح. في الجزء القوسي من الملف الشخصي، يتم ربط حواف الضلع بالسترينجر الأمامي، وفي الذيل - بالسترينجر الخلفي. تعمل المراسلات كعناصر قوة طولية مساعدة.
يشكل الجلد الذي يغطي حواف الأضلاع شكل الشفرة في أي قسم. الأخف هو غطاء الكتان. ومع ذلك، لتجنب تشويه المظهر الجانبي نتيجة انحراف غطاء القماش في المناطق الواقعة بين الأضلاع، يجب وضع أضلاع الشفرة في كثير من الأحيان، على بعد حوالي 5-6 سم من بعضها البعض، مما يجعل شفرة أثقل. يبدو سطح الشفرة ذات الغطاء القماشي غير الممتد مضلعًا وله صفات ديناميكية هوائية منخفضة، نظرًا لأن قوة السحب عالية. خلال ثورة واحدة، يتغير ملف تعريف هذه الشفرة، مما يساهم في ظهور اهتزاز إضافي للمروحية. لذلك، يتم تشريب غطاء القماش بالمخدر، والذي، أثناء تجفيفه، يمتد القماش بقوة.
عند صنع جلود الخشب الرقائقي، تزداد صلابة الشفرة ويمكن زيادة المسافة بين الأضلاع بمقدار 2.5 مرة مقارنة بالشفرات المغطاة بالقماش. من أجل تقليل المقاومة، تتم معالجة سطح الخشب الرقائقي وصقله بسلاسة.
يمكن تحقيق أشكال ديناميكية هوائية جيدة وقوة كبيرة من خلال صنع شفرة معدنية مجوفة بالكامل. تكمن صعوبة إنتاجه في تصنيع الصاري ذو المقطع العرضي المتغير الذي يشكل القوس الجانبي. يتكون الجزء الخلفي من ملف تعريف الشفرة من غلاف من الصفائح المعدنية، حيث تكون الحواف الأمامية ملحومة بالسارية، ويتم تثبيت الحواف الخلفية معًا.
يتم اختيار شكل الشفرة الدوارة لطائرة الهليكوبتر بحيث أنه مع زيادة زاوية الهجوم، يحدث توقف التدفق عند أعلى زوايا الهجوم الممكنة. يعد ذلك ضروريًا لتجنب توقف التدفق على الشفرة المنسحبة، حيث تكون زوايا الهجوم مرتفعة بشكل خاص. بالإضافة إلى ذلك، لتجنب الاهتزازات، يجب تحديد ملف التعريف بطريقة لا يتغير موضع مركز الضغط عندما تتغير زاوية الهجوم.
أحد العوامل المهمة جدًا لقوة وأداء الشفرة هو الموضع النسبي لمركز الضغط ومركز ثقل الملف الشخصي. والحقيقة هي أنه في ظل العمل المشترك للثني والالتواء، تخضع الشفرة لاهتزاز ذاتي الإثارة، أي اهتزاز بسعة متزايدة (رفرفة). لتجنب الاهتزاز، يجب أن يكون النصل متوازنًا بالنسبة إلى الوتر، أي أنه يجب ضمان موضع مركز الجاذبية على الوتر بطريقة تمنع الاهتزاز المتزايد ذاتيًا. تتلخص مهمة الموازنة في التأكد من أن مركز ثقل ملف الشفرة المبني يقع أمام مركز الضغط.
بالاستمرار في النظر في ظروف التشغيل القاسية للشفرة الدوارة، تجدر الإشارة إلى أنه يمكن منع تلف الجلد الخشبي للشفرة بسبب قطرات المطر عن طريق تقوية حواف الصفائح المعدنية على طول حافتها الأمامية.
تعتبر مكافحة تثليج الشفرة مهمة أكثر صعوبة. إذا كانت أنواع الجليد أثناء الطيران مثل الصقيع والصقيع لا تشكل خطراً كبيراً على المروحية، فإن الجليد الزجاجي، تدريجياً وبشكل غير محسوس، ولكنه ينمو بثبات شديد على الشفرة، يؤدي إلى وزن الشفرة وتشويه شكلها الجانبي و، في النهاية، إلى انخفاض في قوة الرفع، مما يؤدي إلى خسارة حادة في التحكم واستقرار المروحية.
تبين أن النظرية التي كانت موجودة في وقت ما والتي مفادها أن الجليد سوف يتشقق أثناء الطيران بسبب حركة رفرفة الشفرات لا أساس لها من الصحة. يبدأ تثليج الشفرة أولاً عند الجزء الجذري، حيث يكون ثني الشفرة أثناء حركة الرفرفة صغيرًا. بعد ذلك، تبدأ طبقة الجليد في الانتشار أكثر فأكثر باتجاه نهاية النصل، وتختفي تدريجياً. هناك حالات معروفة عندما يصل سمك الجليد عند الجزء الجذري إلى 6 مم، وفي نهاية النصل - 2 مم.
هناك طريقتان لمنع الجليد.
الطريقة الأولى- هذه دراسة متأنية لتوقعات الطقس في منطقة الطيران، وتجنب السحب التي تواجهها على طول الطريق وتغيير ارتفاع الرحلة من أجل الهروب من الجليد، وإيقاف الرحلة، وما إلى ذلك.
الطريقة الثانية- تجهيز الشفرات بأجهزة مضادة للتجمد.
مجموعة كاملة من هذه الأجهزة معروفة بشفرات طائرات الهليكوبتر. يمكنك إزالة الجليد من ريش الدوار
يجب استخدام جهاز إزالة الجليد بالكحول، والذي يقوم برش الكحول على الحافة الأمامية للمروحة. وهذا الأخير، عند مزجه بالماء، يخفض درجة تجمده ويمنع تكوين الجليد.
يمكن تقطيع الثلج من شفرات الدوار عن طريق الهواء، والذي يتم ضخه إلى حجرة مطاطية موضوعة على طول الحافة الأمامية للدوار. تعمل غرفة النفخ على تفتيت القشرة الجليدية، ثم يتم بعد ذلك إزالة قطع فردية منها بعيدًا عن شفرات المروحة بواسطة تدفق الهواء القادم.
إذا كانت الحافة الأمامية لشفرة الدوار مصنوعة من المعدن، فيمكن تسخينها إما بالكهرباء أو بالهواء الدافئ الذي يمر عبر خط أنابيب ممتد على طول الحافة الأمامية للدوار.
سيُظهر المستقبل أيًا من هذه الأساليب سيجد تطبيقًا أوسع.
بالنسبة للخصائص الديناميكية الهوائية للدوار الرئيسي، فإن عدد ريش الدوار الرئيسية والحمل المحدد على المنطقة التي يجتاحها الدوار لهما أهمية كبيرة. من الناحية النظرية، يمكن أن يكون عدد الشفرات الدوارة أي شيء، من واحدة إلى عدد كبير بلا حدود، كبيرة جدًا بحيث تندمج في النهاية في سطح حلزوني، كما كان من المفترض في مشروع ليوناردو دا فينشي أو في دراجة الهليكوبتر الخاصة بـ I. Bykov. .
ومع ذلك، هناك عدد معين من الشفرات الأكثر فائدة. يجب ألا يقل عدد الشفرات عن ثلاثة، لأنه مع الشفرتين تحدث قوى كبيرة غير متوازنة وتقلبات في دفع المروحة. يظهر التغير في دفع الدوار الرئيسي حول متوسط قيمته خلال دورة واحدة للدوار بالنسبة للمراوح ذات الشفرة الواحدة والمراوح ذات الشفرتين. تحافظ المروحة ثلاثية الشفرات عمليا على متوسط قيمة الدفع طوال الثورة بأكملها.
كما يجب ألا يكون عدد ريش الدوار كبيرًا جدًا، لأنه في هذه الحالة تعمل كل شفرة بتدفق يعطله الشفرة السابقة، مما يقلل من كفاءة الدوار الرئيسي.
كلما زاد عدد شفرات المروحة، فإن الجزء الأكبر من مساحة القرص المكتسح يشغلونها. تم إدخال مفهوم عامل الملء o في نظرية دوار المروحية، والذي يتم حسابه على أنه نسبة المساحة الإجمالية
بالنسبة لوضع التشغيل التصميمي للدوار الرئيسي لطائرة الهليكوبتر (التسلق الحاد)، فإن قيمة عامل التعبئة الأكثر ملائمة هي 0.05-0.08 (متوسط القيمة 0.065).
هذا الحمل متوسط. الحمل الخفيف هو حمل يتراوح بين 9-12 كجم/م2. المروحيات التي تحمل مثل هذا الحمولة قادرة على المناورة ولها سرعة إبحار عالية.
تتمتع طائرات الهليكوبتر ذات الأغراض العامة بحمولة متوسطة تتراوح من 12 إلى 20 كجم/م2. وأخيرًا، الحمولة الكبيرة، التي نادرًا ما تستخدم، تتراوح من 20 إلى 30 كجم/م2.
والحقيقة هي أنه على الرغم من أن الحمل المحدد العالي على المنطقة التي تم اجتياحها يوفر حمولة كبيرة للطائرة المروحية، إلا أنه في حالة فشل المحرك، فإن هذه المروحية ستهبط بسرعة في وضع الدوران الذاتي، وهو أمر غير مقبول، لأنه في هذه الحالة سلامة الطائرة النسب معرض للخطر.
في الآونة الأخيرة، حدثت العديد من الأحداث الهامة في عالم تكنولوجيا طائرات الهليكوبتر. أعلنت شركة Kaman Aerospace الأمريكية عن نيتها استئناف إنتاج المروحيات، ووعدت شركة Airbus Helicopters بتطوير أول طائرة هليكوبتر مدنية تحلق عبر الأسلاك، ووعدت شركة e-volo الألمانية باختبار طائرة متعددة المروحيات ذات 18 مقعدًا. ومن أجل عدم الخلط بين كل هذا التنوع، قررنا تجميع برنامج تعليمي قصير حول المخططات الأساسية لتكنولوجيا طائرات الهليكوبتر.
ظهرت فكرة الطائرة ذات الدوار الرئيسي لأول مرة حوالي عام 400 ميلادي في الصين، لكنها لم تتجاوز مجرد صنع لعبة للأطفال. بدأ المهندسون بجدية في إنشاء طائرة هليكوبتر في نهاية القرن التاسع عشر، وتمت أول رحلة عمودية لنوع جديد من الطائرات في عام 1907، بعد أربع سنوات فقط من الرحلة الأولى للأخوين رايت. في عام 1922، اختبر مصمم الطائرات جورجي بوتيزات طائرة هليكوبتر كوادكوبتر تم تطويرها للجيش الأمريكي. كانت هذه أول رحلة يتم التحكم فيها باستمرار لهذا النوع من المعدات في التاريخ. وتمكنت طائرة بوتزات الرباعية من التحليق على ارتفاع خمسة أمتار وقضت عدة دقائق في الطيران.
ومنذ ذلك الحين، شهدت تكنولوجيا طائرات الهليكوبتر العديد من التغييرات. ظهرت فئة من الطائرات ذات الأجنحة الدوارة، والتي تنقسم اليوم إلى خمسة أنواع: الطائرات الجيروسكوبية، والمروحيات، والطائرات العمودية، والطائرات المائلة، والأجنحة X. وتختلف جميعها في التصميم وطريقة الإقلاع والطيران والتحكم في الدوار. في هذه المادة قررنا أن نتحدث على وجه التحديد عن طائرات الهليكوبتر وأنواعها الرئيسية. في الوقت نفسه، تم أخذ التصنيف على أساس تخطيط وموقع الدوارات، وليس التصنيف التقليدي - حسب نوع التعويض عن لحظة رد الفعل للدوار.
المروحية هي طائرة ذات أجنحة دوارة يتم فيها إنشاء قوى الرفع والقيادة بواسطة دوار واحد أو أكثر. توجد هذه المراوح بالتوازي مع الأرض، ويتم تثبيت شفراتها بزاوية معينة على مستوى الدوران، ويمكن أن تختلف زاوية التثبيت ضمن نطاق واسع إلى حد ما - من صفر إلى 30 درجة. يسمى ضبط الشفرات على درجة الصفر تسكعالمروحة أو الريش. في هذه الحالة، الدوار الرئيسي لا يخلق الرفع.
أثناء دوران الشفرات، فإنها تلتقط الهواء وتلقيه في الاتجاه المعاكس لحركة المروحة. ونتيجة لذلك، يتم إنشاء منطقة الضغط المنخفض أمام المسمار، والضغط العالي خلفه. في حالة المروحية، يؤدي ذلك إلى إنشاء قوة رفع، والتي تشبه إلى حد كبير قوة الرفع الناتجة عن جناح ثابت للطائرة. كلما زادت زاوية تركيب الشفرات، زادت قوة الرفع الناتجة عن الدوار.
يتم تحديد خصائص الدوار الرئيسي من خلال معلمتين رئيسيتين - القطر والملعب. يحدد قطر المروحة قدرة المروحية على الإقلاع والهبوط، بالإضافة إلى مقدار الرفع جزئيًا. خطوة المروحة هي المسافة الخيالية التي ستقطعها المروحة في وسط غير قابل للضغط بزاوية معينة للشفرة في دورة واحدة. تؤثر المعلمة الأخيرة على سرعة الرفع والدوران للدوار، والتي يحاول الطيارون الحفاظ عليها دون تغيير خلال معظم الرحلة، مع تغيير زاوية الشفرات فقط.
عندما تطير طائرة هليكوبتر للأمام ويدور الدوار الرئيسي في اتجاه عقارب الساعة، يكون لتدفق الهواء الوارد تأثير أقوى على الشفرات الموجودة على الجانب الأيسر، وهذا هو سبب زيادة كفاءتها. ونتيجة لذلك، فإن النصف الأيسر من دائرة دوران المروحة يخلق قوة رفع أكبر من النصف الأيمن، وتحدث لحظة ميل. وللتعويض عن ذلك، توصل المصممون إلى نظام خاص يقلل من زاوية الشفرات على اليسار ويزيدها على اليمين، وبالتالي مساواة الرفع على جانبي المروحة.
بشكل عام، تتمتع المروحية بالعديد من المزايا والعيوب مقارنة بالطائرة. تشمل المزايا إمكانية الإقلاع والهبوط العمودي في مواقع يبلغ قطرها مرة ونصف قطر الدوار الرئيسي. في هذه الحالة، يمكن للمروحية تعليق خارجينقل البضائع الكبيرة. تتميز طائرات الهليكوبتر أيضًا بقدرة أفضل على المناورة، حيث يمكنها أن تتدلى عموديًا، وتطير جانبيًا أو للخلف، وتتحرك في مكانها.
وتشمل العيوب استهلاكًا أكبر للوقود مقارنة بالطائرات، ورؤية أكبر للأشعة تحت الحمراء بسبب العادم الساخن للمحرك أو المحركات، وزيادة الضوضاء. بالإضافة إلى ذلك، فإن التحكم في المروحية بشكل عام أكثر صعوبة بسبب عدد من الميزات. على سبيل المثال، طيارو طائرات الهليكوبتر على دراية بظواهر الرنين الأرضي، والرفرفة، والحلقة الدوامية، وتأثير قفل الدوار. قد تتسبب هذه العوامل في كسر الجهاز أو سقوطه.
معدات طائرات الهليكوبتر من أي نوع لديها وضع الدوران التلقائي. يشير إلى أوضاع الطوارئ. وهذا يعني أنه، على سبيل المثال، في حالة فشل المحرك، يتم فصل الدوار أو المراوح الرئيسية عن ناقل الحركة باستخدام القابض الزائد وتبدأ في الدوران بحرية مع تدفق الهواء الوارد، مما يؤدي إلى إبطاء سقوط الماكينة من ارتفاع. في وضع الدوران التلقائي، من الممكن إجراء هبوط اضطراري متحكم به لطائرة هليكوبتر، ويستمر الدوار الرئيسي في تدوير دوار الذيل والمولد من خلال علبة التروس.
المخطط الكلاسيكي
من بين جميع أنواع تصميمات طائرات الهليكوبتر اليوم، الأكثر شيوعًا هو التصميم الكلاسيكي. مع هذا التصميم، تحتوي الآلة على دوار رئيسي واحد فقط، والذي يمكن تشغيله بواسطة محرك واحد أو اثنين أو حتى ثلاثة محركات. هذا النوع، على سبيل المثال، يشمل الهجوم AH-64E Guardian، AH-1Z Viper، Mi-28N، النقل القتالي Mi-24 و Mi-35، النقل Mi-26، متعدد الأغراض UH-60L Black Hawk و Mi- 17، لايت بيل 407 وروبنسون آر 22.
عندما يدور الدوار الرئيسي على طائرات الهليكوبتر الكلاسيكية، ينشأ عزم دوران تفاعلي، بسببه يبدأ جسم الآلة في الدوران في الاتجاه المعاكس لدوران الدوار. للتعويض عن هذه اللحظة، يتم استخدام جهاز التوجيه على ذراع الرافعة. كقاعدة عامة، هو دوار ذيل، ولكن يمكن أيضًا أن يكون فنسترون (مروحة في هدية حلقية) أو عدة فوهات هواء على ذراع الرافعة الخلفي.
من سمات المخطط الكلاسيكي التوصيلات المتقاطعة في قنوات التحكم، نظرًا لحقيقة أن دوار الذيل والدوار الرئيسي يتم تشغيلهما بواسطة نفس المحرك، فضلاً عن وجود لوحة متقطعة والعديد من الأنظمة الفرعية الأخرى المسؤولة عن التحكم في محطة توليد الكهرباء والدوارات. ويعني الاقتران المتقاطع أنه إذا تغيرت أي معلمة من معلمات تشغيل المروحة، فإن جميع المعلمات الأخرى ستتغير أيضًا. على سبيل المثال، مع زيادة سرعة الدوار الرئيسي، ستزداد سرعة التوجيه أيضًا.
يتم التحكم في الطيران عن طريق إمالة محور الدوران: للأمام - ستطير الآلة للأمام، للخلف - للخلف، للجانب - للجانب. عندما يميل محور الدوران تنشأ قوة دافعة وتقل قوة الرفع. لهذا السبب، من أجل الحفاظ على ارتفاع الرحلة، يجب على الطيار أيضًا تغيير زاوية الشفرات. يتم ضبط اتجاه الطيران عن طريق تغيير ميل دوار الذيل: فكلما كان أصغر، قل تعويض عزم الدوران، وتدور المروحية في الاتجاه المعاكس لدوران الدوار الرئيسي. والعكس صحيح.
في طائرات الهليكوبتر الحديثة، في معظم الحالات، يتم التحكم في الطيران الأفقي باستخدام لوحة متقطعة. على سبيل المثال، للمضي قدمًا، يقوم الطيار، باستخدام آلة أوتوماتيكية، بتقليل زاوية الشفرات للنصف الأمامي من مستوى دوران الجناح ويزيدها للخلف. وبالتالي، تزداد قوة الرفع في الخلف، وتقل في الأمام، مما يؤدي إلى تغير ميل المروحة وتظهر القوة الدافعة. يتم استخدام نظام التحكم في الطيران هذا في جميع طائرات الهليكوبتر بجميع أنواعها تقريبًا، إذا كانت تحتوي على لوحة متعرجة.
مخطط محوري
التصميم الثاني الأكثر شيوعًا لطائرات الهليكوبتر هو المحوري. ليس لديها دوار خلفي، ولكن هناك دواران رئيسيان - علوي وسفلي. تقع على نفس المحور وتدور بشكل متزامن في اتجاهين متعاكسين. بفضل هذا الحل، تعوض البراغي عزم الدوران التفاعلي، والجهاز نفسه أكثر استقرارا إلى حد ما مقارنة بالتصميم الكلاسيكي. بالإضافة إلى ذلك، لا تحتوي المروحيات المحورية فعليًا على أي اتصالات متقاطعة في قنوات التحكم.
الشركة المصنعة الأكثر شهرة لطائرات الهليكوبتر المحورية هي شركة روسية"كاموف". وتنتج مروحيات كا-27 متعددة الأغراض المحمولة على متن السفن، ومروحيات كا-52 الهجومية، وطائرات النقل كا-226. تحتوي جميعها على برغيين يقعان على نفس المحور، أحدهما أسفل الآخر. الآلات ذات التصميم المحوري، على عكس طائرات الهليكوبتر ذات التصميم الكلاسيكي، قادرة، على سبيل المثال، على صنع قمع، أي الطيران حول الهدف في دائرة، والبقاء على نفس المسافة منه. في هذه الحالة، يظل القوس دائمًا متجهًا نحو الهدف. يتم التحكم في الانعراج عن طريق فرملة أحد الدوارات الرئيسية.
بشكل عام، تعتبر المروحيات المحورية أسهل إلى حد ما في التحكم من المروحيات التقليدية، خاصة في وضع التحليق. ولكن هناك أيضًا بعض الخصائص. على سبيل المثال، عند تنفيذ حلقة أثناء الطيران، قد تتداخل شفرات الدوارات السفلية والعلوية. بالإضافة إلى ذلك، في التصميم والإنتاج، يكون التصميم المحوري أكثر تعقيدًا وتكلفة من التصميم الكلاسيكي. على وجه الخصوص، يرجع ذلك إلى علبة التروس التي تنقل دوران عمود المحرك إلى المراوح، بالإضافة إلى اللوحة المتعرجة، التي تحدد بشكل متزامن زاوية الشفرات على المراوح.
المخططات الطولية والعرضية
والثالث الأكثر شعبية هو الترتيب الطولي لدوارات طائرات الهليكوبتر. في هذه الحالة، تقع المراوح بالتوازي مع الأرض على محاور مختلفة ومتباعدة عن بعضها البعض - واحدة فوق مقدمة المروحية، والأخرى فوق الذيل. الممثل النموذجي للآلات من هذا النوع هو مروحية النقل الثقيلة الأمريكية CH-47G Chinook وتعديلاتها. إذا كانت المراوح موجودة عند أطراف أجنحة المروحية، فإن هذا الترتيب يسمى عرضيًا.
لا يوجد ممثلون مسلسلون لطائرات الهليكوبتر المستعرضة اليوم. في الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين، قام مكتب تصميم ميل بتطوير طائرة هليكوبتر للشحن الثقيل V-12 (المعروفة أيضًا باسم Mi-12، على الرغم من أن هذا المؤشر غير صحيح) ذات تصميم عرضي. وفي أغسطس 1969، سجل النموذج الأولي B-12 رقما قياسيا في قدرة الرفع بين طائرات الهليكوبتر، حيث رفع حمولة تزن 44.2 طن إلى ارتفاع 2.2 ألف متر. وللمقارنة، فإن المروحية الأكثر ثقلا في العالم، Mi-26 (التصميم الكلاسيكي) يمكنها رفع حمولات يصل وزنها إلى 20 طنا، وتستطيع المروحية الأمريكية CH-47F (التصميم الطولي) رفع حمولات يصل وزنها إلى 12.7 طن.
في المروحيات ذات التصميم الطولي، تدور الدوارات الرئيسية في اتجاهين متعاكسين، لكن هذا يعوض جزئيًا فقط لحظات رد الفعل، ولهذا السبب يتعين على الطيارين أثناء الطيران أن يأخذوا في الاعتبار القوة الجانبية الناتجة التي تخرج الآلة عن مسارها. يتم ضبط الحركة الجانبية ليس فقط من خلال ميل محور الدوران، ولكن أيضًا من خلال زوايا التثبيت المختلفة للشفرات، ويتم التحكم في الانعراج عن طريق تغيير سرعة الدوار. يقع الدوار الخلفي لطائرات الهليكوبتر الطولية دائمًا أعلى قليلاً من الدوار الأمامي. يتم ذلك للقضاء على التأثير المتبادل من تدفقات الهواء الخاصة بهم.
بالإضافة إلى ذلك، عند سرعات طيران معينة لطائرات الهليكوبتر الطولية، يمكن أن تحدث في بعض الأحيان اهتزازات كبيرة. وأخيرا، تم تجهيز المروحيات الطولية بناقل حركة معقد. لهذا السبب، فإن هذا الترتيب اللولبي ليس شائعًا جدًا. لكن المروحيات ذات التصميم الطولي تكون أقل عرضة لظهور حلقة دوامة من الآلات الأخرى. في هذه الحالة، أثناء الهبوط، تنعكس تيارات الهواء الناتجة عن المروحة لأعلى من الأرض، حيث يتم سحبها بواسطة المروحة وتوجيهها للأسفل مرة أخرى. في هذه الحالة، يتم تقليل قوة الرفع للدوار الرئيسي بشكل حاد، وتغيير سرعة الدوار أو زيادة زاوية الشفرات ليس له أي تأثير عمليًا.
السنكروبتيرا
اليوم، يمكن تصنيف المروحيات المصممة وفقًا لتصميم السنكروبتر على أنها أندر الآلات وأكثرها إثارة للاهتمام من وجهة نظر التصميم. حتى عام 2003، شاركت الشركة الأمريكية Kaman Aerospace فقط في إنتاجها. وفي عام 2017، تخطط الشركة لاستئناف إنتاج هذه السيارات تحت اسم K-Max. يمكن تصنيف المروحيات المتزامنة على أنها طائرات هليكوبتر عرضية، حيث أن أعمدة دواراتها تقع على جانبي الجسم. ومع ذلك، فإن محاور دوران هذه البراغي تقع بزاوية لبعضها البعض، وتتقاطع مستويات الدوران.
السنكروبترز، مثل طائرات الهليكوبتر ذات التكوينات المحورية والطولية والعرضية، لا تحتوي على ذيل دوار. تدور الدوارات بشكل متزامن في اتجاهين متعاكسين، وتتصل أعمدةها ببعضها البعض بواسطة نظام ميكانيكي جامد. وهذا مضمون لمنع تصادم الشفرات في ظل أوضاع الطيران والسرعات المختلفة. تم اختراع السنكروبترز لأول مرة من قبل الألمان خلال الحرب العالمية الثانية، ولكن تم إنتاجها بكميات كبيرة في الولايات المتحدة منذ عام 1945 من قبل شركة كامان.
يتم التحكم في اتجاه طيران السنكروبتر فقط عن طريق تغيير زاوية شفرات المروحة. في هذه الحالة، بسبب تقاطع مستويات دوران المراوح، وبالتالي إضافة قوى الرفع عند نقاط العبور، تحدث لحظة الرفع، أي رفع القوس. يتم تعويض هذه اللحظة بواسطة نظام التحكم. بشكل عام، يُعتقد أن التحكم في المزامن أسهل في وضع التحويم وبسرعات أكبر من 60 كيلومترًا في الساعة.
تشمل مزايا هذه المروحيات توفير الوقود بسبب إزالة دوار الذيل وإمكانية وضع الوحدات بشكل أكثر إحكاما. بالإضافة إلى ذلك، تتميز المروحيات بمعظم الصفات الإيجابية لطائرات الهليكوبتر المحورية. تشمل العيوب التعقيد غير العادي للتوصيل الميكانيكي الصلب للأعمدة اللولبية ونظام التحكم في اللوحة المتعرجة. بشكل عام، هذا يجعل المروحية أكثر تكلفة مقارنة بالتصميم الكلاسيكي.
مولتيكوبتر
بدأ تطوير المروحيات المتعددة في وقت واحد تقريبًا مع العمل على المروحية. ولهذا السبب كانت أول طائرة هليكوبتر تقوم بإقلاع وهبوط متحكم فيه هي طائرة بوتيزاتا كوادكوبتر في عام 1922. تشتمل المروحيات المتعددة على آلات تحتوي عادةً على عدد زوجي من الدوارات، ويجب أن يكون هناك أكثر من اثنتين. في إنتاج طائرات الهليكوبتر اليوم، لا يتم استخدام تصميم multicopter، ولكنه يحظى بشعبية كبيرة بين الشركات المصنعة للمركبات الصغيرة بدون طيار.
والحقيقة هي أن المروحيات المتعددة تستخدم مراوح ذات خطوة ثابتة، وكل واحدة منها مدفوعة بمحركها الخاص. يتم تعويض عزم الدوران التفاعلي عن طريق تدوير البراغي في اتجاهات مختلفة - نصفها يدور في اتجاه عقارب الساعة، والنصف الآخر يقع قطريًا في الاتجاه المعاكس. يتيح لك هذا التخلي عن لوحة swashplate، وبشكل عام، تبسيط التحكم في الجهاز بشكل كبير.
لإقلاع طائرة متعددة المروحيات، تزداد سرعة دوران جميع المراوح بالتساوي؛ وللطيران إلى الجانب، يتسارع دوران المراوح على نصف الجهاز، ويتباطأ على الجانب الآخر. يتم تدوير المروحية المتعددة عن طريق إبطاء دوران البراغي، على سبيل المثال، التي تدور في اتجاه عقارب الساعة أو العكس. كانت هذه البساطة في التصميم والتحكم هي الدافع الرئيسي لإنشاء طائرة Botezata Quadcopter، لكن الاختراع اللاحق لدوار الذيل واللوحة المتعرجة أدى عمليًا إلى إبطاء العمل على الطائرات المتعددة المروحيات.
السبب وراء عدم وجود طائرات متعددة المروحيات مصممة لنقل الأشخاص اليوم هو سلامة الطيران. والحقيقة هي أنه، على عكس جميع طائرات الهليكوبتر الأخرى، لا يمكن للآلات ذات الدوارات المتعددة القيام بهبوط اضطراري في وضع الدوران التلقائي. إذا فشلت جميع المحركات، يصبح multicopter غير قابل للتحكم. ومع ذلك، فإن احتمالية حدوث مثل هذا الحدث منخفضة، ولكن عدم وجود وضع التشغيل التلقائي هو العائق الرئيسي أمام اجتياز شهادة سلامة الطيران.
ومع ذلك، تعمل الشركة الألمانية e-volo حاليًا على تطوير طائرة متعددة المروحيات مزودة بـ 18 دوارًا. تم تصميم هذه المروحية لنقل راكبين. ومن المتوقع أن تقوم برحلتها الأولى خلال الأشهر القليلة المقبلة. ووفقا لحسابات المصممين، ستكون السيارة النموذجية قادرة على البقاء في الهواء لمدة لا تزيد عن نصف ساعة، ولكن من المخطط زيادة هذا الرقم إلى 60 دقيقة على الأقل.
تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه بالإضافة إلى طائرات الهليكوبتر التي تحتوي على عدد زوجي من المراوح، هناك أيضًا تصميمات متعددة المروحيات مزودة بثلاث وخمس مراوح. لديهم أحد المحركات الموجودة على منصة يمكن إمالتها على الجانبين. بفضل هذا، يتم التحكم في اتجاه الرحلة. ومع ذلك، في مثل هذا المخطط، يصبح من الصعب قمع عزم الدوران التفاعلي، نظرًا لأن اثنين من ثلاثة أو ثلاثة من أصل خمسة براغي تدور دائمًا في نفس الاتجاه. لتسوية عزم الدوران رد الفعل، تدور بعض المراوح بشكل أسرع، وهذا يخلق قوة جانبية غير ضرورية.
مخطط السرعة
اليوم، الأكثر واعدة في تكنولوجيا طائرات الهليكوبتر هو نظام السرعة العالية، الذي يسمح لطائرات الهليكوبتر بالتحليق بسرعات أعلى بكثير مما تستطيع الآلات الحديثة. في أغلب الأحيان، يسمى هذا المخطط طائرة هليكوبتر مشتركة. يتم بناء الآلات من هذا النوع بتصميم متحد المحور أو بمروحة واحدة، ولكنها تحتوي على جناح صغير يوفر قوة رفع إضافية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تجهيز طائرات الهليكوبتر بدوار دافع في الذيل أو ساحبين عند أطراف الأجنحة.
المروحيات الهجومية ذات التصميم الكلاسيكي AH-64E قادرة على الوصول إلى سرعات تصل إلى 293 كيلومترًا في الساعة، وطائرات الهليكوبتر المحورية Ka-52 - ما يصل إلى 315 كيلومترًا في الساعة. للمقارنة، يمكن لطائرة Airbus Helicopters X3 المدمجة مع مروحتين للسحب أن تتسارع إلى 472 كيلومترًا في الساعة، ويمكن لمنافستها الأمريكية المزودة بمروحة دافعة، Sikorksy X2، أن تتسارع إلى 460 كيلومترًا في الساعة. ستتمكن مروحية الاستطلاع الواعدة عالية السرعة S-97 Raider من الطيران بسرعة تصل إلى 440 كيلومترًا في الساعة.
بالمعنى الدقيق للكلمة، لا تشير طائرات الهليكوبتر المدمجة إلى طائرات الهليكوبتر، ولكن إلى نوع آخر من الطائرات ذات الأجنحة الدوارة - الطائرات العمودية. والحقيقة هي أن القوة الدافعة لمثل هذه الآلات لا يتم إنشاؤها بواسطة الدوارات فحسب، بل عن طريق دفعها أو سحبها. بالإضافة إلى ذلك، فإن كلا من الدوارات والجناح مسؤولان عن خلق الرفع. و على سرعات عاليةأثناء الطيران، يقوم قابض التجاوز الذي يتم التحكم فيه بفصل الدوارات عن ناقل الحركة وتستمر الرحلة الإضافية في وضع الدوران التلقائي، حيث تعمل الدوارات، في الواقع، مثل جناح الطائرة.
حاليًا، تعمل العديد من دول العالم على تطوير طائرات هليكوبتر عالية السرعة، والتي ستتمكن في المستقبل من الوصول إلى سرعات تزيد عن 600 كيلومتر في الساعة. بالإضافة إلى مروحيات سيكورسكي وإيرباص، يتم تنفيذ هذا العمل من قبل مكتب التصميم الروسي Kamov وMil (Ka-90/92 وMi-X1، على التوالي)، بالإضافة إلى طائرات Piacesky الأمريكية. وستكون المروحيات الهجينة الجديدة قادرة على الجمع بين سرعة طيران الطائرات ذات الدفع التوربيني وقدرات الإقلاع والهبوط العمودي للمروحيات التقليدية.
الصورة: الولايات المتحدة الرسمية صفحة البحرية / flickr.com
شفرات المروحية تشبه إطارات السيارة. تعمل الشفرات الناعمة على تلطيف ردود أفعال المروحية وتجعلها أكثر كسلاً. على العكس من ذلك، تجبر العناصر القاسية المروحية على الرد على السيطرة دون تأخير. تعمل الشفرات الثقيلة على إبطاء ردود الفعل، بينما تؤدي الشفرات الخفيفة إلى تفاقمها. تستهلك الشفرات ذات المظهر الجانبي العالي مزيدًا من الطاقة، بينما تميل الشفرات ذات المظهر الجانبي المنخفض إلى التوقف عندما تنخفض قوة الرفع بشكل حاد. عند اختيار الشفرات، يجدر النظر في معاييرها واختيار تلك التي تناسب أسلوبك وتجربتك أكثر.
عندما نختار الشفرات، فإننا ننظر أولاً إلى طولها، حيث أن طول الشفرة يعتمد على فئة المروحية. في كثير من الأحيان، يشير الطول إلى المسافة من فتحة تثبيت الشفرة إلى الجزء النهائي منها. تشير بعض الشركات المصنعة القليلة إلى الطول الكامل للشفرة من المؤخرة إلى الحافة. ولحسن الحظ أن مثل هذه الحالات قليلة.
تعتمد قوة الرفع والمقاومة الدورانية التي تخلقها الشفرة على الطول. يمكن للشفرة الطويلة أن تخلق المزيد من الرفع، ولكنها تتطلب أيضًا المزيد من الطاقة للتدوير. مع الشفرات الطويلة، يكون النموذج أكثر استقرارًا عند التحليق ولديه "تقلب" أكبر، أي. قادرة على مناورات أكبر ودوران تلقائي أفضل.
وتر (عرض النصل)
معلمة مهمة للشفرة، والتي غالبا ما لا يتم الإشارة إليها على الإطلاق، وكل ما تبقى هو قياس الوتر بنفسك. كلما كانت الشفرة أوسع، زادت قوة الرفع التي يمكن أن تخلقها في نفس زوايا الهجوم، وكلما كانت المروحية أكثر حدة عند التحكم فيها بواسطة خطوة دائرية. الشفرة العريضة لديها المزيد مقاومة عاليةالدوران وبالتالي تحميل محطة توليد الكهرباء أكثر. عند استخدام الشفرات ذات الوتر العريض، يكون التشغيل الدقيق للخطوة أمرًا مهمًا، وإلا يمكنك "خنق" المحرك بسهولة. تم العثور على أكبر تباين في العرض في شفرات طائرات الهليكوبتر من الفئة 50 وما فوق.
الطول والوتر.
مادة
الشيء التالي الذي يجب عليك الانتباه إليه هو المادة التي تصنع منها الشفرات. اليوم، المواد الأكثر شيوعا التي تصنع منها شفرات طائرات الهليكوبتر هي الكربون والألياف الزجاجية. وتختفي الشفرات الخشبية تدريجياً من المشهد، لأنها لا تتمتع بالقوة الكافية وتحد بشكل كبير من قدرة المروحية على الطيران. بالإضافة إلى ذلك، فإن الشفرات الخشبية عرضة للتغيير في الشكل، مما يؤدي إلى ظهور "الفراشة" بشكل مستمر. ربما أقل ما يجب عليك قبوله اليوم هو شفرات الألياف الزجاجية. إنها لا تعاني من تغيرات في الشكل، وهي صلبة بما يكفي لأداء الضوء ثلاثي الأبعاد وهي مثالية لطياري طائرات الهليكوبتر المبتدئين. من المؤكد أن الطيارين ذوي الخبرة سيختارون شفرات الكربون باعتبارها الأكثر صلابة، مما يسمح للطائرة المروحية بأداء الأكروبات الشديدة ويمنح المروحية استجابة تحكم سريعة للغاية.
معلمة مهمة هي وزن النصل. مع تساوي جميع العوامل الأخرى، فإن الشفرة الأثقل ستجعل المروحية أكثر استقرارًا وتقلل من سرعة التحكم في درجة الدوران. ستضيف الشفرة الثقيلة الثبات والانتظام وتخزن المزيد من الطاقة أثناء التدوير التلقائي، مما يجعل المناورة أكثر راحة. إذا كنت تهدف إلى الطيران ثلاثي الأبعاد، فاختر شفرات أخف.
شكل الشفرة
مستقيم، شبه منحرف. الشكل المستقيم أكثر شيوعًا، أما الشكل شبه المنحرف فهو أكثر غرابة. هذا الأخير يسمح لك بتقليل مقاومة الدوران على حساب الارتداد المنخفض.
شكل الشفرة.
متماثل - ارتفاع الملف الشخصي هو نفسه في أعلى وأسفل النصل. الشفرات ذات الشكل المتماثل قادرة على إنتاج الرفع فقط عند درجة حرارة غير صفرية. هذه الشفرات هي الأكثر شيوعًا بين طائرات الهليكوبتر الحديثة وتستخدم في جميع الطرز التي تؤدي الأكروبات ثلاثية الأبعاد.
شبه متماثل - المظهر الجانبي الموجود أسفل النصل له ارتفاع أصغر. هذه الشفرات قادرة على خلق قوة رفع حتى عند زوايا الهجوم الصفرية، أي. إنها تخلق قوة الرفع بنفس الطريقة التي يعمل بها جناح الطائرة. نادرًا ما يتم استخدام هذه الشفرات، كقاعدة عامة، فقط في طائرات الهليكوبتر الكبيرة المقلدة.
ارتفاع الملف الشخصي
كلما زاد المظهر الجانبي، زادت مقاومته لاضطراب التدفق، ولكن زادت مقاومته. عادة ما تكون الشفرات الخشبية ذات مظهر أعلى، ولكن فقط من أجل الحصول على قوة كافية.
شكل الملف الشخصي والارتفاع.
سمك بعقب
يرتبط سمك المؤخرة ارتباطًا مباشرًا بحجم مرتكزات دوران المروحية الخاصة بك. إذا كان المؤخرة أكثر سمكًا، فلن تتناسب الشفرة مع مرتكز الدوران، على العكس من ذلك، سوف تتدلى. عادةً ما يكون سمك المؤخرة قياسيًا ضمن فئة واحدة من طائرات الهليكوبتر، ومع ذلك، عند شراء الشفرات، تأكد من أنها تناسب طائرتك المروحية. تقوم بعض الشركات المصنعة بتجهيز الشفرات بغسالات مباعد، والتي يمكن استخدامها إذا كان مقعد مرتكز الدوران أكبر من سمك المؤخرة. يجب تثبيت هذه الغسالات في أزواج في أعلى وأسفل المؤخرة بحيث يتم تثبيت الشفرة في وسط مرتكز الدوران.
سمك بعقب.
قطر فتحة التركيب
يجب أن يتطابق قطر الثقب مع قطر برغي تثبيت مرتكز الدوران. مثل سمك المؤخرة، تعد هذه المعلمة قياسية، ومع ذلك، فإن الأمر يستحق التحقق منها قبل شراء الشفرات.
موضع فتحة التثبيت بالنسبة إلى الحافة المتقدمة.
يحدد مدى بروز الحافة المتقدمة للشفرة أمام مرتكز الدوران. يؤدي الفتح الخلفي إلى تخلف الشفرة خلف مرتكز الدوران عند الدوران، مما يجعل هذه الشفرات أكثر استقرارًا. على العكس من ذلك، فإن إزاحة الثقب نحو الحافة المتقدمة يؤدي إلى دوران الشفرة أمام مرتكز الدوران، وهذا الوضع يجعل الشفرة أقل استقرارًا.
موضع فتحة التثبيت.
شكل طرف النصل.
يؤثر شكل الجزء النهائي على مقاومة دوران الدوار. هناك أشكال مستقيمة ومستديرة ومشطوفة. يخلق الشكل الأكثر استقامة قوة رفع على طول الشفرة بالكامل، ولكنه يتمتع أيضًا بأكبر مقاومة دوران.
شكل طرف النصل.
مركز الثقل الطولي.
موضع مركز الثقل في الاتجاه الطولي. كلما كان مركز الجاذبية أقرب إلى طرف الشفرة، كلما كانت الشفرة أكثر ثباتًا وكان أداء الدوران التلقائي أفضل. على العكس من ذلك، فإن تحول مركز الثقل إلى المؤخرة يجعل الشفرة أكثر قدرة على المناورة، ولكن تراكم الطاقة بواسطة الشفرة أثناء الدوران التلقائي يعاني.
مركز الثقل المستعرض.
يكون موضع مركز الجاذبية عبر الشفرة، من الحافة المتقدمة إلى الحافة المتراجعة. عادةً ما يحاولون وضع مركز الثقل بحيث لا يتخلف النصل خلف المحور ولا يبرز للأمام عند تدويره. تبرز الشفرة ذات مركز الثقل الخلفي بقوة عندما يدور مرتكز الدوران للأمام، وبالتالي تكون أكثر ديناميكية.
مركز الثقل الطولي والعرضي.
التوازن الديناميكي: شفرة بارزة/متراجعة.
تعتمد المعلمة على موضع فتحة التثبيت والوزن وموضع مراكز الثقل العرضية والطولية. بشكل عام، إذا كانت الشفرة تبرز أمام المحور عند الدوران، فإن هذه الشفرة تكون أكثر قدرة على المناورة وأكثر ملاءمة للرحلات ثلاثية الأبعاد، ولكنها تستهلك المزيد من الطاقة وتجعل المروحية أقل استقرارًا. على العكس من ذلك، إذا كانت الشفرة تتخلف عن المحور عند الدوران، فإن هذه الشفرة تكون أكثر استقرارًا. إذا لم تتأخر الشفرة أو تبرز، فهي شفرة محايدة. هذه الشفرة هي الأكثر تنوعًا وهي مناسبة أيضًا لمناورات التحليق والرحلات ثلاثية الأبعاد.
التوازن الديناميكي.
شفرات الليل.
تُستخدم الشفرات الليلية المزودة بمصابيح LED مدمجة وبطارية مدمجة أو قابلة للإزالة لتجهيز طائرة هليكوبتر للرحلات الليلية. تستخدم جنبا إلى جنب مع شفرات طرق مختلفةإضاءة جسم المروحية.
شفرات مع قضيب وقائي.
يمنع القضيب الشفرة من التشتت إلى أجزاء منفصلة في حالة السقوط. عنصر أمان مفيد جدًا، وهو للأسف موجود فقط في الشفرات باهظة الثمن من الشركات المصنعة المعروفة. يحدث أن تتناثر شظايا الشفرات غير المجهزة بمثل هذا القضيب على مسافة تصل إلى 10 أمتار من نقطة الاصطدام ويمكن أن تؤدي إلى الإصابة.
تعتمد جميع المؤشرات الأكثر أهمية لعجلة الرياح، مثل السرعة والقوة والسرعة، على زاوية التثبيت الصحيحة للشفرة. يعد حساب زاوية تركيب شفرة مولد الرياح أمرًا بسيطًا للغاية، ولكن الأمر سيستغرق بعض الوقت لفهم كل هذا، لذلك سأبدأ بالترتيب.
عندما تكون الشفرة ثابتة، أي أن عجلة الريح واقفة، تتدفق الرياح إليها بالزاوية التي يتم فيها تثبيت الشفرة فعليًا عليها، ولكن بمجرد أن تبدأ الشفرة في التحرك، فإن زاوية اقتراب الريح تغييرات التدفق. على سبيل المثال، تخيل أنك تجلس في السيارة، والرياح تهب مباشرة على النافذة الجانبية. بمجرد أن تبدأ في التحرك، كلما اكتسبت السرعة، سوف تهب الرياح بشكل غير مباشر بزاوية وداخل الزجاج الأماميوإذا كانت السرعة عالية جدًا، فسوف تهب الرياح مباشرة على الزجاج الأمامي.
وينطبق الشيء نفسه على الشفرة؛ فكلما زادت سرعة الدوران، تتغير أيضًا زاوية الهجوم الفعلية للشفرة. لحساب هذه الزاوية عليك أن تعرف سرعة الشفرة. على سبيل المثال، لدينا رياح تبلغ سرعتها 10 م/ث، وسرعة المروحة هي Z5، مما يعني أن سرعة طرف الشفرة أكبر بخمس مرات من سرعة الرياح التي تبلغ 5*10=50 م/ث.
الآن نحن بحاجة إلى بناء مثلث قائم الزاوية مع الساقين 5 و 50. بعد ذلك نحتاج إلى تحديد الزاوية بين الوتر والساق الطويلة، للقيام بذلك نحتاج إلى تقسيم الساق المقابلة على الساق المجاورة وسنحصل على ظل الزاوية هذه الزاوية. 5:50=0.1. لاشتقاق الزاوية من هذا 0.1، يجب أن نأخذ الدالة العكسية للظل، أي ظل قوسي.
يمكن حساب قوس الظل لأي رقم باستخدام الآلات الحاسبة الخاصة، أو باستخدام الخدمات عبر الإنترنت، على سبيل المثال >>آلة حاسبة على الانترنت. ظل القطب الشمالي 0.1 = 5.7 درجة. 5.7 درجة هي الزاوية الفعلية للتدفق على مستوى دوران المروحة في منطقة السرعة Z5. ولكن بما أن الشفرة لها سرعات مختلفة على طول نصف قطرها، فإن زاوية الهجوم الفعلية ستكون مختلفة وستكون مختلفة في كل قسم. على سبيل المثال، في منتصف الشفرة تكون السرعة Z2.5، مما يعني أن زاوية تدفق الرياح أكبر بمرتين. الآن دعونا نتذكر زاوية اقتراب تدفق الرياح التي حصلنا عليها أعلاه، وهي تساوي 5.7 درجة. هل يتوافق مع الرياح الفعلية القادمة على الشفرة - لا! لأن سرعة الرياح أضعف بنسبة 33%. ثم عليك أن تأخذ الريح ليس 10 م / ث، ولكن 6.6 م / ث وسوف يقع كل شيء في مكانه. 6.6 م/ث*Z5=33، 5:33=0.15، ظل القطب الشمالي 0.15=8.5 درجة. هذا يعني أن الريح تضرب فعليًا مستوى الشفرة في منطقة السرعة Z5 بزاوية 8.5 درجة. علاوة على ذلك، إذا كانت الجودة الديناميكية الهوائية للشفرة، وأقطاب الشفرة، وزاوية الإسفين التي تظهر فيها صفاتها القصوى غير معروفة، فيمكن اعتبار زاوية الإسفين للشفرة مساوية لـ 5 درجات. وهذا يعني أنه يجب تثبيت الشفرة بزاوية قدرها 5 درجات لتدفق الرياح المتدفق فعليًا على مستوى الدوران، ثم 8.5-5 = 3.5 درجة. اتضح أنه يجب ضبط زاوية طرف الشفرة على 3.5 درجة، ثم مع رياح تبلغ سرعتها 10 م/ث وسرعة Z5، سيكون هناك أقصى قوة للدفع والشفرة، أي أقصى عامل لاستخدام طاقة الرياح (WEE). للشفرة أيضًا سرعة محلية، ويجب حساب الزاوية بشكل منفصل لكل قسم من الشفرة. إذا تم ضبط طرف الشفرة على سرعة Z5، فسيكون منتصف الشفرة Z2.5. في جميع الظروف الأخرى، سوف تستهلك الشفرة طاقة أقل بكثير من الرياح، وبالتالي ستكون قوة KIEV والعمود أقل. على سبيل المثال، المولد قوي جدًا ولن يسمح للشفرات بالوصول إلى سرعتها. أو أن سرعة الرياح ليست هي نفسها التي تم ضبط زوايا الشفرة عليها. لذلك، يمكن تهيئة الشفرة وتصنيعها لرياح معينة، على سبيل المثال 5 م/ث، وستكون قوتها القصوى فقط عند هذه الريح والسرعة المقابلة لسرعتها. لكي تعمل الشفرة بأقصى قدر من الكفاءة مدى واسعبالنسبة للرياح، يجب أن يكون لديك عجلة رياح بزاوية شفرة قابلة للتعديل. تعتمد سرعة الشفرات ودرجة الكبح على مجموعة من العوامل، على سماكة الشفرة، وعرضها في مناطق مختلفة، على عدد الشفرات، على معامل ملء المساحة التي تجتاحها الشفرات، لذلك في الواقع قد تتصرف الشفرات محلية الصنع بحسابات تقريبية بشكل مختلف. إذا قمت بحساب الزوايا لسرعة Z5 فهذا لا يعني أن القوة القصوى ستكون عند هذه السرعة، فمثلا إذا كانت الشفرات واسعة فإن السحب سيكون كبيرا جدا عند السرعه العاليهوسيتم فقدان معظم القوة في هذه المقاومة. على سبيل المثال، ينتج مولد طاقة تبلغ 200 واط/ساعة عند 180 دورة في الدقيقة، وتريد الحصول على هذه الطاقة في مهب رياح تبلغ سرعته 6 م/ث. وهذا يعني أن المروحة يجب أن تأخذ 400 واط من الريح ولها 180 دورة في الدقيقة. متوسط KIEV للمروحة ثلاثية الشفرات هو 0.4 والسرعة Z5. على سبيل المثال، إذا كانت المروحة ذات ستة شفرات، فستكون KIEV الخاصة بها أقل وستكون سرعتها أيضًا أقل، حوالي KIEV 0.3 وسرعة Z3.5. لا يمكن الحصول على بيانات أكثر دقة إلا من ملفات تعريف محددة تم نفخها في نفق الرياح، وإذا لم تكن هناك بيانات نفخ، فيمكن أخذ هذه البيانات التقريبية فقط. أريد أيضًا أن أشير إلى أنه بدون تحميل، يمكن للمروحة أن تتسارع إلى قيم عالية السرعة، لكن قوتها ستكون أقل بكثير، وستكون الطاقة القصوى فقط عند القوة التصميمية. لكي تستهلك المروحة 400 واط، يجب أن تكون طاقة الرياح حوالي 1000 واط. عند سرعة 6 م/ث، تكون قوة الرياح (انظر مقالات أخرى حول حساب معادلة عجلة الرياح) 0.6 * 1 * 6 * 6 * 6 = 129.6 واط لكل متر مربع. 129.6*8 متر مربع يساوي 1036.8 واط، ويجب أن تكون المساحة التي تم مسحها بالشفرات 8 متر مربع. مروحة قطرها 3.2 متر ومساحة جرفها 8 متر. مربع. الآن نحن نعرف قطر عجلة الرياح. بعد ذلك تحتاج إلى معرفة سرعة عجلة الرياح. يبلغ محيط المروحة 3.2 m 10 m، مما يعني أنه في دورة واحدة ستقطع الشفرات مسافة 10 أمتار. أنت الآن بحاجة إلى معرفة سرعة أطراف الشفرات مع رياح تبلغ 6 م/ث وسرعة Z5، 6*5=30 م/ث، أي أنه في الثانية ستصنع الشفرات 30:10=3 دورة في الدقيقة، وهو ما يساوي 3*60=180 دورة في الدقيقة. أصبح من الواضح من الحسابات أن عجلة رياح يبلغ قطرها 3.2 متر وسرعة Z5، مع رياح تبلغ سرعتها 6 م/ث، سيكون لها 180 دورة في الدقيقة وقوة عمود تبلغ 400 واط. إذا كانت كفاءة المولد 0.5 فإن الخرج سيكون 200 وات/ساعة كهربائيا، أما إذا كانت كفاءة المولد عند هذه السرعات 0.8 فإن الخرج سيكون 320 وات. أيضًا، إذا كانت الزيادة في السرعة لا تتسبب في تراجع كييف بشكل كبير، فربما تزيد القوة قليلاً بسبب الثورات. كما تعلمون، عندما تتضاعف سرعة الرياح، تزيد قوتها 8 مرات، وبالتالي فإن قوة المروحة ستزداد أيضًا بنحو 8 مرات، وبالتالي فإن اعتماد طاقة الخرج على السرعة يجب أن يكون تربيعيًا أيضًا. عند سرعة 6 م/ث سيكون لدينا حوالي 250 واط من المولد، وعند سرعة 10 م/ث يجب أن ينتج المولد ما يصل إلى 2 كيلووات ويتم تحميل عجلة الرياح وفقًا لذلك. إذا تبين أن المولد ضعيف، فستصبح عجلة الرياح في حالة من الفوضى. ريح شديدةوسوف تدور بسرعات عالية، وبالتالي حدوث ضوضاء قوية واهتزازات واحتمال تدمير مولد الرياح. ولذلك، يجب أن يكون للمولد قوة متزامنة مع قوة عجلة الرياح. كل هذه البيانات مقلوبة بالطبع ولها حساب تقريبي إلى حد ما؛ ويمكن إجراء حساب أكثر دقة بشكل مستقل بمعرفة جميع المعلمات الضرورية للمولد ومعرفة الخصائص الديناميكية الهوائية لملف تعريف الشفرة المستخدم. ولكن بالنسبة لطاحونة هوائية منزلية، فإن الحساب البسيط لزوايا تركيب الشفرات وعجلة الرياح ككل يكفي. إذا كانت لديك أي أسئلة أو لاحظت وجود أخطاء جسيمة في عرضي الحسابي، فاكتب في التعليقات أدناه حول هذا الأمر للجميع وسأجيب على جميع الأسئلة. للحصول على مواد أخرى حول حساب الشفرات، راجع قسم "حسابات VG".الآن أنت بحاجة لمعرفة ما هي الريح الحقيقية.
الريح الحقيقية هي التي تضغط فعليًا على الشفرة وتختلف في قوتها عن تلك التي تقترب من المروحة. أي جسم تضغط عليه الريح يقاومها، أي يوقف الريح. تخيل أن رقاقات الثلج تصطدم بالزجاج أثناء اقترابها، تكون لها سرعتها الأولية، ولكن عندما تقترب من الزجاج تواجه وسادة خلقتها الرياح المتوقفة. عند الاصطدام بهذه الوسادة الهوائية، تفقد رقاقات الثلج سرعتها وطاقتها. وبالمثل، عند الاقتراب من المروحة، تفقد الرياح التي تدفعها سرعتها وطاقتها. قد يختلف المبلغ المحدد للخسائر، ولكن إذا لم يكن معروفًا، فيمكن اعتباره في المتوسط حوالي 33٪. مثال لحساب الشفرات لمولد معين.
لنفترض أن لديك بالفعل مولدًا تعرف قوته. الطاقة الناتجة للمولد، والطاقة التي يستهلكها المولد، أي الكفاءة. إذا كانت الكفاءة غير معروفة، فيمكن اعتبارها تساوي 0.5-0.8، أي، تحدث تقريبا، يجب أن تعطي المروحة المولد ضعف الطاقة التي ينتجها المولد.
ومولدات الرياح والمطاحن والمحركات الهيدروليكية والهوائية).
في آلات المنفاخ، تقوم الشفرات أو المجاذيف بتحريك التدفق. أثناء القيادة - يؤدي تدفق السائل أو الغاز إلى تشغيل الشفرات أو المجاذيف.
مبدأ التشغيل
اعتمادًا على حجم انخفاض الضغط، قد يكون هناك عدة مراحل ضغط على العمود.
الأنواع الرئيسية للشفرات
آلات بليد، كما هو الحال أكثر عنصر مهمتحتوي على أقراص موجودة على العمود ومجهزة بشفرات جانبية. يمكن للأقراص، اعتمادًا على نوع الآلة والغرض منها، أن تدور بسرعات مختلفة تمامًا، تتراوح من بضع دورات في الدقيقة لمولدات الرياح والمطاحن، إلى عشرات ومئات الآلاف من الدورات في الدقيقة لمحركات توربينات الغاز والشواحن التوربينية.
إن شفرات آلات الشفرات الحديثة، اعتمادًا على الغرض والمهمة التي يؤديها الجهاز والبيئة التي تعمل فيها، لها تصميم مختلف تمامًا. يمكن تتبع تطور هذه التصاميم من خلال مقارنة شفرات طواحين القرون الوسطى - المياه وطواحين الهواء، مع شفرات محرك الرياح والتوربينات الكهرومائية.
يتأثر تصميم الشفرات بمعلمات مثل كثافة ولزوجة الوسط الذي تعمل فيه. السائل أكثر كثافة من الغاز، وأكثر لزوجة وغير قابل للضغط عمليا. ولذلك، فإن شكل وحجم شفرات الآلات الهيدروليكية والهوائية مختلفة تمامًا. نظرًا للاختلاف في الأحجام عند نفس الضغط، يمكن أن تكون مساحة سطح شفرات الآلة الهوائية أكبر بعدة مرات من الشفرات الهيدروليكية.
هناك شفرات عمل واستقامة وتدوير. بالإضافة إلى ذلك، قد تحتوي الضواغط على دوارات توجيه بالإضافة إلى دوارات توجيه مدخل، في حين قد تحتوي التوربينات على دوارات فوهة ودوارات مبردة.
تصميم الشفرة
كل شفرة لها شكلها الديناميكي الهوائي الخاص. وعادة ما يشبه جناح الطائرة. الفرق الأكثر أهمية بين الشفرة والجناح هو أن الشفرات تعمل بشكل متدفق، وتختلف معلماتها بشكل كبير على طول طولها.
جزء الملف الشخصي للشفرة
وفقًا لتصميم الجزء الجانبي للشفرة، يتم تقسيمها إلى شفرات ذات أقسام ثابتة ومتغيرة. تُستخدم الشفرات ذات المقطع العرضي الثابت للخطوات التي لا يزيد طول الشفرة فيها عن عُشر متوسط قطر الخطوة. في التوربينات عالية الطاقة، تكون هذه عادةً شفرات المراحل الأولى للضغط العالي. ارتفاع هذه الشفرات صغير ويصل إلى 20-100 ملم.
تتمتع الشفرات ذات المقطع المتغير بمظهر متغير في المراحل اللاحقة، وتتناقص مساحة المقطع العرضي بسلاسة من قسم الجذر إلى الأعلى. بالنسبة لشفرات المراحل الأخيرة، يمكن أن تصل هذه النسبة إلى 6-8. تحتوي الشفرات ذات المقطع المتغير دائمًا على انحراف أولي، أي الزوايا التي يشكلها الخط المستقيم الذي يربط حواف المقطع (الوتر) بمحور التوربين، والتي تسمى زوايا المقاطع. يتم ضبط هذه الزوايا، لأسباب تتعلق بالديناميكا الهوائية، على ارتفاعات مختلفة، مع زيادة سلسة من الجذر إلى الأعلى.
بالنسبة للشفرات القصيرة نسبيًا، تكون زوايا تطور الملف الشخصي (الفرق بين زوايا تثبيت المقاطع الطرفية والجذرية) 10-30، وبالنسبة لشفرات المراحل الأخيرة يمكن أن تصل إلى 65-70.
يمثل الترتيب النسبي للأقسام على طول ارتفاع الشفرة أثناء تكوين الملف الشخصي وموضع هذا الملف الشخصي بالنسبة إلى القرص تثبيت الشفرة على القرص ويجب أن يفي بمتطلبات الديناميكا الهوائية والقوة وقابلية التصنيع.
الشفرات مصنوعة في المقام الأول من الفراغات المختومة مسبقًا. تُستخدم أيضًا طرق تصنيع الشفرات عن طريق الصب الدقيق أو الختم الدقيق. تتطلب الاتجاهات الحديثة في زيادة قوة التوربينات زيادة طول ريش المراحل الأخيرة. يعتمد إنشاء مثل هذه الشفرات على مستوى الإنجازات العلمية في مجال الديناميكا الهوائية للتدفق والقوة الساكنة والديناميكية وتوافر المواد ذات الخصائص اللازمة.
تتيح سبائك التيتانيوم الحديثة إنتاج شفرات يصل طولها إلى 1500 ملم. ولكن في هذه الحالة، يكون القيد هو قوة الدوار، الذي يجب زيادة قطره، ولكن بعد ذلك من الضروري تقليل طول الشفرة للحفاظ على النسبة لأسباب تتعلق بالديناميكا الهوائية، وإلا فإن زيادة طول الشفرة الشفرة غير فعالة. ولذلك، هناك حد لطول النصل، وبعده لا يمكن أن يعمل بفعالية.
- شعاعي التخليص متاهة ختم الاسكالوب
- رف ضمادة
- أمشاط ختم المتاهة الميكانيكية
- فتحة لتزويد القنوات الداخلية للشفرة المبردة بهواء التبريد
جزء الذيل من النصل
إن تصميمات وصلات الذيل، وبالتالي سيقان الشفرة، متنوعة للغاية ويتم استخدامها بناءً على شروط ضمان القوة اللازمة، مع مراعاة تطوير تقنيات تصنيعها في المؤسسة التي تصنع التوربينات. أنواع السيقان: على شكل حرف T، على شكل فطر، متشعب، متعرج، إلخ.
لا يوجد نوع واحد من مفاصل الذيل يتمتع بميزة معينة على الآخر - فكل نوع له مزاياه وعيوبه. تنتج المصانع المختلفة أنواعًا مختلفة من مفاصل الذيل، ويستخدم كل منها تقنيات التصنيع الخاصة به.
روابط
يتم توصيل شفرات العمل للتوربينات في حزم عن طريق وصلات ذات تصميمات مختلفة: أشرطة مثبتة على الشفرات أو مصنوعة على شكل أرفف (شريط صلب مطحون)؛ الأسلاك الملحومة بالشفرات أو التي يتم إدخالها بشكل غير محكم في الثقوب الموجودة في الجزء الجانبي من الشفرات، وقوى الطرد المركزي التي تضغط عليها؛ باستخدام نتوءات خاصة ملحومة ببعضها البعض بعد تجميع الشفرات على القرص.
شفرات التوربينات البخارية
الاختلاف في حجم وشكل الشفرات عند مراحل الضغط المختلفة للتوربين الواحد
الغرض من شفرات التوربينات هو تحويل الطاقة الكامنة للبخار المضغوط إلى عمل ميكانيكي. اعتمادا على ظروف التشغيل في التوربينات، يمكن أن يختلف طول شفرات العمل من عدة عشرات إلى ألف ونصف ملليمتر. يتم ترتيب الشفرات الموجودة على الدوار بخطوات، مع زيادة تدريجية في الطول وتغيير في شكل السطح. في كل مرحلة، توجد شفرات متساوية الطول بشكل قطري على محور الدوار. ويرجع ذلك إلى الاعتماد على معلمات مثل التدفق والحجم والضغط.
عندما يكون معدل التدفق موحدًا، يكون الضغط عند مدخل التوربين هو الحد الأقصى ومعدل التدفق هو الحد الأدنى. عندما يمر سائل العمل من خلال ريش التوربينات، عمل ميكانيكي، ينخفض الضغط، لكن الحجم يزداد. ونتيجة لذلك، تزداد المساحة السطحية لشفرة العمل، وبالتالي حجمها. على سبيل المثال، يبلغ طول شفرة المرحلة الأولى من التوربينات البخارية بقدرة 300 ميجاوات 97 ملم، والأخيرة 960 ملم.
شفرات الضاغط
الغرض من شفرات الضاغط هو تغيير المعلمات الأولية للغاز وتحويل الطاقة الحركية للدوار الدوار إلى الطاقة الكامنة للغاز المضغوط. لا يختلف شكل وأبعاد وطرق تثبيت شفرات الضاغط على الدوار كثيرًا عن شفرات التوربينات. في الضاغط، بنفس معدل التدفق، يتم ضغط الغاز، ويتناقص حجمه، ويزداد الضغط، لذلك في المرحلة الأولى من الضاغط، يكون طول الشفرات أكبر مما كان عليه في المرحلة الأخيرة.
شفرات محرك التوربينات الغازية
يحتوي محرك التوربينات الغازية على شفرات ضاغطة وتوربينية. مبدأ تشغيل مثل هذا المحرك هو ضغط الهواء المطلوب للاحتراق باستخدام شفرات الشاحن التوربيني، وتوجيه هذا الهواء إلى غرفة الاحتراق، وعند إشعاله بالوقود، يتم التشغيل الميكانيكي لمنتجات الاحتراق على شفرات التوربينات الموجودة على نفس رمح الضاغط. وهذا ما يميز محرك التوربين الغازي عن أي آلة أخرى، إما أن تكون لها شفرات تفريغ الضاغط، كما في الشواحن الفائقة والمنافيخ بأنواعها، أو شفرات التوربينات، كما في محطات توليد الطاقة بالتوربينات البخارية أو محطات الطاقة الكهرومائية.
شفرات (شفرات) التوربينات الهيدروليكية
قرص مزود بشفرات توربينية هيدروليكية
شفرات توربينات الرياح
بالمقارنة مع شفرات التوربينات البخارية والغازية، تعمل شفرات التوربينات الهيدروليكية في بيئة منخفضة السرعة وعالية الضغط. هنا يكون طول النصل صغيرًا بالنسبة لعرضه، وأحيانًا يكون العرض أكبر من الطول، وذلك حسب كثافة السائل وحجمه النوعي. في كثير من الأحيان، يتم لحام شفرات التوربينات الهيدروليكية بالقرص أو يمكن تصنيعها بالكامل باستخدامها.