מדחף מטוס: שם, סיווג ומאפיינים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

הבסיס של תנועת האוויר על עקרונות האווירודינמיקה הוא נוכחות של כוח שנוגד את התנגדות האוויר בטיסה ובכוח המשיכה. לכל המטוסים המודרניים, פרט לרחפנים, יש מנוע שהכוח שלו מומר לכוח זה. המנגנון שממיר את סיבוב הציר של תחנת הכוח לדחף הוא מדחף המטוס.

תיאור המדחף

מדחף מטוסים הוא מכשיר מכני בעל להבים המסובב על ידי גל מנוע ויוצר דחף לתנועת המטוס באוויר. על ידי הטיית הלהבים, המדחף זורק אוויר אחורה, ויוצר אזור של לחץ נמוך לפניו ולחץ גבוה מאחוריו. כמעט לכל האנשים על פני כדור הארץ לפחות פעם אחת בחייהם הייתה ההזדמנות לראות את המכשיר הזה, ולכן אין צורך בהגדרות מדעיות רבות. המדחף מורכב מלהבים, רכזת המחוברת למנוע באמצעות אוגן מיוחד, משקולות איזון המונחות על הרכזת, מנגנון לשינוי גובה המדחף ויריעת כיסוי המכסה את הרכזת.

שמות אחרים

מהו שם אחר למדחף של מטוס? מבחינה היסטורית, היו שני שמות עיקריים: המדחף בפועל והמדחף. עם זאת, מאוחר יותר הופיעו שמות אחרים, תוך שימת דגש על תכונות עיצוב או פונקציות נוספות שהוקצו ליחידה זו. ספציפית:

• Fenestron. בורג שהוכנס לתעלה מיוחדת בזנבו של מסוק.
• אימפלר. בורג סגור בטבעת מיוחדת.
• פרופן. אלה הם ברגים בצורת חץ, או בצורת חרב בשתי שורות בקוטר מצומצם.
• Windfan. מערכת אספקת חשמל לגיבוי חירום מזרימת האוויר המתקרבת.
• רוטור. זה נקרא לפעמים הרוטור הראשי של מסוק וכמה אחרים.

תיאוריית המדחפים

בבסיסו, כל מדחף מטוס הוא מעין כנפיים זזות במיניאטורות, החיות לפי אותם חוקי אווירודינמיקה כמו הכנף. כלומר, הנעים בסביבה האטמוספרית, הלהבים, בשל הפרופיל והנטייה שלהם, יוצרים זרימת אוויר, שהיא הכוח המניע של המטוס. החוזק של זרימה זו, בנוסף לפרופיל הספציפי, תלוי בקוטר ובמהירות של המדחף. יחד עם זאת, התלות של הדחף במהפכות היא ריבועית, ובקוטר - אפילו עד המעלה הרביעית. נוסחת הדחף הכללית היא כדלקמן: P=αρn²D^4שבו:

• α – מקדם דחף מדחף (תלוי בעיצוב ובפרופיל של הלהבים);
• ρ - צפיפות אוויר;
• n - מספר סיבוביםברגים;
• D הוא קוטר הבורג.

מענין להשוות לנוסחה לעיל, עוד אחת שנגזרת מאותה תיאוריית בורג. זהו ההספק הנדרש כדי להבטיח סיבוב: T=Βρn³D^{5, כאשר Β הוא גורם ההספק המחושב של המדחף.}

בהשוואה בין שתי הנוסחאות הללו, ניתן לראות שעל ידי הגדלת מהירות מדחף המטוס והגדלת קוטר המדחף, כוח המנוע הנדרש גדל באופן אקספוננציאלי. אם רמת הדחף פרופורציונלית לריבוע הסיבובים ולחזק ה-4 של הקוטר, אזי הספק המנוע הנדרש גדל כבר ביחס לקוביית הסיבובים ולחזק ה-5 של קוטר המדחף. ככל שעוצמת המנוע עולה, כך גם משקלו עולה, שדורש עוד יותר דחף. עוד מעגל קסמים בתעשיית המטוסים.

מפרטי מדחף

לכל מדחף המותקן במטוס יש את המאפיינים הבאים:

• קוטר הבורג.
• מהלך גיאומטרי (צעד). מונח זה מתייחס למרחק שהבורג יעבור, ומתנגש לתוך משטח מוצק תיאורטי בסיבוב אחד.
• צעידה - המרחק האמיתי שעבר המדחף בסיבוב אחד. ברור שערך זה תלוי במהירות ובתדירות הסיבוב.
• זווית הלהב - הזווית בין המטוס לבין הגובה האמיתי של המדחף.
• צורת להב – רוב הלהבים המודרניים הם בצורת חרב, מעוקלים.
• פרופיל להב - לחתך הרוחב של כל להב יש, ככלל, צורת כנף.
• אקורד להב ממוצע –מרחק גיאומטרי בין הקצוות המובילים והאחרונים.

במקביל, המאפיין העיקרי של מדחף מטוס הוא הדחף שלו, כלומר לשם מה הוא נחוץ.

Dignity

מטוסים שמשתמשים במדחף כמדחף הם הרבה יותר חסכוניים מעמיתיהם במטוסי הטורבו. היעילות מגיעה ל-86%, שזה ערך בלתי ניתן להשגה עבור מטוסי סילון. זהו היתרון העיקרי שלהם, שלמעשה החזיר אותם לפעולה במהלך משבר הנפט של שנות ה-70 של המאה הקודמת. במרחקים קצרים, המהירות אינה קריטית בהשוואה לחסכון, ולכן רוב מטוסי התעופה האזוריים מונעים על ידי מדחף.

פגמים

למטוסי פרופלר יש גם חסרונות. קודם כל, אלה חסרונות "קינטיים" גרידא. במהלך הסיבוב, למדחף המטוס, בעל מסה משלו, יש השפעה על גוף המטוס. אם הלהבים, למשל, מסתובבים בכיוון השעון, אזי הדיור נוטה להסתובב, בהתאמה, נגד כיוון השעון. המערבולות שנוצרות על ידי המדחף מקיימות אינטראקציה אקטיבית עם כנפי המטוס ועם הזרוע של המטוס, ויוצרות זרימות שונות ימינה ושמאלה, ובכך מערערות את יציבות נתיב הטיסה.

לבסוף, המדחף המסתובב הוא מעין גירוסקופ, כלומר, הוא נוטה לשמור על מיקומו, מה שמקשה על שינוי מסלול הטיסה לאווירבית משפט. חסרונות אלו של מדחף המטוס ידועים זה מכבר, ומתכננים למדו להתמודד עימם על ידי הכנסת אסימטריה מסוימת בעיצוב הספינות עצמן או משטחי השליטה שלהן (הגאים, ספוילרים וכו'). למען ההגינות, יש לציין שגם למנועי סילון יש חסרונות "קינטיים" דומים, אך במידה מעט פחותה.

את מה שנקרא אפקט הנעילה ניתן לייחס גם למינוסים, כאשר עלייה בקוטר ובמהירות הסיבוב של מדחף המטוס לגבולות מסוימים מפסיקה לייצר אפקט בצורה של עלייה בדחף. השפעה זו קשורה להופעה בחלקים מסוימים של הלהבים של זרימות אוויר במהירות קרובה או על-קולית, מה שיוצר משבר גל, כלומר, היווצרות זעזועים אוויר. למעשה, הם מתגברים על גבול הצליל. בהקשר זה, המהירות המרבית של מטוסים עם מדחף אינה עולה על 650-700 קמ ש.

אולי היוצא מן הכלל היחיד היה מפציץ Tu-95, שמגיע למהירויות של עד 950 קמ ש, כלומר מהירות קולית כמעט. כל אחד מהמנועים שלו מצויד בשני מדחפים קואקסיאליים המסתובבים בכיוונים מנוגדים. ובכן, הבעיה האחרונה של מטוסים מונעי מדחף היא הרעש שלהם, שהדרישות לגביו מחמירות כל הזמן על ידי רשויות התעופה.

Classification

ישנן דרכים רבות לסווג מדחפי מטוסים. הם מחולקים לקבוצות בהתאם לחומר ממנו הם עשויים, לפי צורת הלהבים, הקוטר שלהם, הכמות וכן מספר אחרים.מאפיינים. עם זאת, החשוב ביותר הוא הסיווג שלהם לפי שני קריטריונים:

• ראשון - ישנם מדחפים בעלי גובה משתנה וקבוע.
• שני - יש ברגים של משיכה ודחיפה.

הראשון מותקן בקדמת המטוס, והשני, בהתאמה, מאחור. קודם לכן עלה מטוס עם מדחף דוחף, אבל אז הוא נשכח לזמן מה ורק לאחרונה יחסית הופיע שוב בשמים. עכשיו פריסה זו נמצאת בשימוש נרחב במטוסים קטנים. יש אפילו אפשרויות אקזוטיות למדי, מצוידות בלהבי משיכה ודחיפה בו זמנית. לכלי טיס עם מדחף אחורי יש מספר יתרונות, ובראשם יחס ההרמה לגרירה הגבוה יותר שלו. עם זאת, בשל היעדר זרימת אוויר נוספת מהמדחף, לכנף יש את מאפייני ההמראה והנחיתה הגרועים ביותר.

ברגי גובה משתנה

פרופלרים עם גובה משתנה מותקנים כמעט בכל כלי טיס מודרניים בינוניים וגדולים. עם גובה להב גדול, מושגת דחף רב, אך אם מהירות המנוע נמוכה למדי, התאוצה תהיה איטית ביותר. זה דומה מאוד למצב עם מכונית כאשר בהילוכים גבוהים יותר מנסים להתניע.

מהירות גבוהה וגובה מדחף קטן יוצרים סכנה של עצירה והורדת דחף לאפס. לכן, במהלך הטיסה, המגרש משתנה כל הזמן. עכשיו זה נעשה על ידי אוטומציה, אבל לפני הטייס עצמו היה צריך כל הזמן לפקח על זה באופן ידני.להתאים את הזווית. המנגנון לשינוי גובה המדחף הוא תותב מיוחד בעל מנגנון הנעה המסובב את הלהבים ביחס לציר הסיבוב בדרגה הנדרשת.

פיתוח מודרני ברוסיה

העבודה על שיפור מכשירים מעולם לא הפסיקה. בימים אלה מתבצעות בדיקות של מדחף חדש של מטוס ה-AB-112. הוא ישמש במטוסי התובלה הצבאיים הקלים Il-112V. מדובר במדחף בעל 6 להבים ביעילות של 87%, בקוטר של 3.9 מטר ומהירות סיבוב של 1200 סל ד ומדחף משתנה. פותח פרופיל להב חדש ועיצובו הובהר.