Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с гребными винтами встречного вращения .
Для судовых гребных винтов, роторов вертолетов и лопастей турбинного вентилятора, вращающихся в противоположном направлении, см. Противовращение .
Пропеллеры противоположного вращения
Винты противоположного вращения на P-51XR Mustang Precious Metal с двигателем Rolls-Royce Griffon на гонках Reno Air Races 2014

Самолеты, оснащенные винтами встречного вращения , также называемыми CRP , [1] соосными винтами встречного вращения или высокоскоростными винтами , используют максимальную мощность, как правило, одного поршневого или турбовинтового двигателя для приведения в действие двух соосных пропеллеров, вращающихся в противоположном направлении. . Два воздушных винтов расположены один за другим, и мощность передается от двигателя через планетарной шестерни или прямозубых передач трансмиссии . Пропеллеры встречного вращения также известны как пропеллеры встречного вращения, [2] [3] хотяПропеллеры встречного вращения гораздо более широко используются, когда речь идет о воздушных винтах на отдельных валах, вращающихся в противоположных направлениях.

Операция [ править ]

Когда воздушная скорость мала, масса воздуха, проходящего через диск гребного винта ( тяга ), вызывает создание значительного тангенциального или вращательного воздушного потока вращающимися лопастями. Энергия этого тангенциального воздушного потока тратится впустую в конструкции с одним винтом и вызывает проблемы с управлением на низкой скорости, поскольку воздух ударяет по вертикальному стабилизатору , заставляя самолет отклоняться влево или вправо, в зависимости от направления вращения винта. Чтобы использовать эти напрасные усилия, размещение второго гребного винта позади первого использует возмущенный воздушный поток.

Хорошо спроектированный гребной винт встречного вращения не будет иметь вращающегося воздушного потока, равномерно проталкивая максимальное количество воздуха через диск гребного винта, что приведет к высокой производительности и низким наведенным потерям энергии. Он также служит для противодействия эффекту асимметричного крутящего момента обычного гребного винта (см. P-фактор ). Некоторые системы противоположного вращения были разработаны для использования на взлете для обеспечения максимальной мощности и эффективности в таких условиях и позволяли отключать один из пропеллеров во время крейсерского полета для увеличения времени полета.

Преимущества и недостатки [ править ]

Крутящий момент на самолет от пары вращающихся в противоположных направлениях пропеллеров эффективно нейтрализуется.

Было обнаружено, что гребные винты противоположного вращения на 6–16% эффективнее обычных гребных винтов. [4]

Однако они могут быть очень шумными, с увеличением шума в осевом (вперед и назад) направлении до 30 дБ и по касательной до 10 дБ. [4] Большая часть этого дополнительного шума может быть обнаружена на высоких частотах. Эти существенные проблемы с шумом ограничивают коммерческие применения. Одна из возможностей состоит в том, чтобы заключить воздушные винты встречного вращения в кожух . [5] Это также полезно, если уменьшена скорость наконечника или нагрузка на лопасти, если задний гребной винт имеет меньше лопастей или меньший диаметр, чем носовой винт, или если расстояние между задним и носовым винтами увеличено. [6]

Эффективность винта встречного вращения несколько компенсируется его механической сложностью и дополнительным весом этой передачи, что делает самолет тяжелее, поэтому некоторые характеристики приносятся в жертву, чтобы нести его. Тем не менее, соосные винты и роторы встречного вращения использовались на нескольких военных самолетах , таких как Туполев Ту-95 «Медведь» .

Они также проходят экспертизу для использования в авиалайнерах . [7]

Использование в самолетах [ править ]

В то время как несколько стран экспериментировали с винтами встречного вращения в самолетах, только Великобритания и Советский Союз производили их в больших количествах. Первый самолет, оснащенный воздушным винтом встречного вращения, был в США, когда два изобретателя из Форт-Уэрта, штат Техас, испытали эту концепцию на самолете. [8]

Соединенное Королевство [ править ]

Винты противоположного вращения самолета Spitfire Mk XIX

Пропеллер встречного вращения был запатентован Ф. В. Ланчестером в 1907 г. [9]

Некоторые из наиболее успешных британских самолетов с противоположного вращения гребных винтов являются Avro Shackleton , питание от Rolls-Royce Griffon двигателя, и Fairey баклан , который использовал двойной Mamba Mk.101 двигатель. В Double Mamba две отдельные силовые секции приводили в движение по одному гребному винту каждая, что позволяло отключать одну силовую секцию (двигатель) в полете, увеличивая срок службы.

Другой военно-морской самолет, Westland Wyvern, имел винты встречного вращения.

В более поздних вариантах Supermarine Spitfire и Seafire использовался Griffon с винтами, вращающимися в противоположных направлениях. В случае Spitfire / Seafire и Shackleton основной причиной использования винтов противоположного вращения было увеличение площади лопастей винта и, следовательно, поглощение большей мощности двигателя в пределах диаметра винта, ограниченного высотой шасси самолета . На Short Sturgeon использовались два Merlin 140 с гребными винтами встречного вращения.

В прототипе авиалайнера Bristol Brabazon использовалось восемь двигателей Bristol Centaurus, приводящих в движение четыре пары пропеллеров противоположного вращения, каждый из которых приводил в движение один пропеллер. [10]

Послевоенный SARO принцессы прототип летающей лодки авиалайнера также имел противопоказаний вращающихся винтов.

СССР, Россия и Украина [ править ]

Один из четырех винтов противовращения на российском стратегическом бомбардировщике Ту-95

В 1950-х годах в Советском конструкторском бюро Кузнецова был разработан турбовинтовой НК-12 . Он приводит в движение 8-лопастной воздушный винт встречного вращения и, обладая мощностью на валу 15 000 лошадиных сил (11 000 киловатт), является самым мощным турбовинтовым двигателем в эксплуатации. Четыре двигателя НК-12 приводят в действие Туполев Ту-95 Медведь , единственный турбовинтовой бомбардировщик, поступивший на вооружение, а также один из самых быстрых винтовых самолетов . Ту-114 , производное авиалайнер Ту-95, держит мировой рекорд скорости для винтовых самолетов. [11] Ту-95 был также первым советским бомбардировщиком, имевшим межконтинентальную дальность полета. Ту-126 AEW самолета и Ту-142 Морские патрульные самолеты - это еще две модели с двигателями НК-12, разработанные на базе Ту-95.

Двигатель НК-12 установлен на еще одном известном советском самолете - тяжелом грузовом самолете Антонов Ан-22 Антеус. На момент своего появления Ан-22 был самым большим самолетом в мире и до сих пор остается самым большим в мире самолетом с турбовинтовым двигателем. С 1960-х по 1970-е годы он установил несколько мировых рекордов в категориях максимального отношения полезной нагрузки к высоте и максимальной полезной нагрузки, поднимаемой на высоту.

Менее примечательно использование двигателя НК-12 в среднеразмерном советском экраноплане А-90 «Орленок» . На А-90 используется один двигатель НК-12, установленный в верхней части Т-образного хвоста, и два ТРДД, установленные в носовой части.

В 80-е годы Кузнецов продолжал разрабатывать мощные двигатели встречного вращения. НК-110, испытанный в конце 1980-х, имел конфигурацию винта встречного вращения с четырьмя лопастями спереди и четырьмя сзади, как и у НК-12. Его винт диаметром 190 дюймов (4,7 метра) был меньше, чем у НК-12 диаметром 220–240 дюймов (5,6–6,2 м), но он выдавал выходную мощность 21 007 л.с. (15,665 кВт), обеспечивая взлетную тягу 40 000 фунт-сила (177 килоньютон). [12]Еще более мощным был НК-62, который разрабатывался большую часть десятилетия. НК-62 имел такой же диаметр винта и конфигурацию лопастей, что и НК-110, но предлагал более высокую взлетную тягу - 55 000 фунтов силы (245 кН). Связанный с ним НК-62М имел взлетную тягу 64 100 фунтов силы (285,2 кН) и мог обеспечить аварийную тягу в 70 700 фунтов силы (314,7 кН). [13] Однако, в отличие от НК-12, эти более поздние двигатели не были приняты ни одним из конструкторских бюро самолетов.

В 1994 году Антонов выпустил тяжелый транспортный самолет Ан-70 . Он оснащен четырьмя гребными вентиляторами " Прогресс Д-27" с винтами встречного вращения. Характеристики двигателя Д-27 и его пропеллера делают его пропеллерным вентилятором, гибридом турбовентиляторного двигателя и турбовинтового двигателя.

Соединенные Штаты [ править ]

XB-35 Flying Wing продемонстрировал квартет толкающих гребных винтов встречного вращения. Позднее от этого варианта отказались из-за сильной вибрации в полете и позже заменили на традиционный одинарный гребной винт.
Дуглас XB-42 Mixmaster
General Motors P-75 Eagle

Соединенные Штаты работали с несколькими прототипами, включая Northrop XB-35 , XB-42 Mixmaster , Douglas XTB2D Skypirate , Curtiss XBTC , A2J Super Savage , Boeing XF8B , XP-56 Black Bullet , Fisher P-75. Истребители вертикального взлета и посадки « Орел» и сидящие в хвостовой части Convair XFY "Pogo" и Lockheed XFV "Salmon" и разведывательный самолет Hughes XF-11 . Convair R3Y Tradewind летающая лодка была введена в эксплуатацию с обратными вращением винтов. Однако и поршневые, и турбовинтовые.Винтовые самолеты достигли своего апогея, и новые технологические разработки, такие как появление чисто турбореактивных и турбовентиляторных двигателей, оба без пропеллеров, означали, что эти конструкции быстро затмили.

Американский производитель гребных винтов Hamilton Standard купил Fairey Gannet в 1983 году, чтобы изучить влияние встречного вращения на шум гребного винта и вибрационные напряжения лопастей. Gannet был особенно подходящим, потому что винты с независимым приводом обеспечивали сравнение между встречным и одиночным вращением. [14]

Сверхлегкие приложения [ править ]

Австрийская компания Sun Flightcraft поставляет редукторы встречного вращения для двигателей Rotax 503 и 582 на сверхлегких и сверхлегких самолетах. Коаксиальный-П был разработан Hans Neudorfer из NeuraJet и позволяет питание дельтапланов и парашютов развивать от 15 до 20 процентов больше энергии при одновременном снижении крутящего момента моменты. Производитель также сообщает о снижении уровня шума от двойных вращающихся в противоположных направлениях стоек с коробкой передач Coax-P. [15] [16] [17]

Использование в воде [ править ]

В торпедах, таких как торпеда Блисс-Ливитт , обычно используются винты встречного вращения, чтобы обеспечить максимально возможную скорость в пределах ограниченного диаметра, а также противодействовать крутящему моменту, который в противном случае имел бы тенденцию заставлять торпеду вращаться вокруг собственной продольной оси.

Прогулка на лодках: в 1982 году Volvo Penta представила гребной винт встречного вращения под маркой DuoProp. [18] Запатентованное устройство было продано с тех пор. После истечения срока действия патентов Volvo Penta Mercury также выпустила соответствующий продукт - MerCruiser Bravo 3.

Коммерческие суда: в традиционном оборудовании винты встречного вращения встречаются редко из-за стоимости и сложности.

В 2004 году компания ABB выпустила продукт для установок большой мощности: передний гребной винт установлен на традиционном валу, а задний гребной винт - на Azipod ABB. [19]

На более низких уровнях мощности механические азимутальные подруливающие устройства встречного вращения являются одной из возможностей, удобных для CRP из-за присущей им конструкции конической зубчатой ​​передачи. Rolls-Royce и Steerprop предложили версии своей продукции CRP. [20] [21]

См. Также [ править ]

  • Коаксиальные роторы
  • Противоположное вращение
  • Морская силовая установка

Ссылки [ править ]

  1. ^ Сасаки, N .; Мураками, М .; Nozawa, K .; Soejima, S .; Шираки, А .; Aono, T .; Fujimoto, T .; Funeno, I .; Ishii, N .; Оноги, Х. (1998). «Система проектирования оптимальных гребных винтов противоположного вращения». Журнал морской науки и техники . 3 (1): 3–21. DOI : 10.1007 / bf01239802 .
  2. ^ JMR (2 марта 1956). «Предприятие по производству винтовых винтов: первые подробности о новом мощном винте от de Havilland и история достижений за 21 год» . Полет . Vol. 69 нет. 2458. С. 237–248. ISSN 0015-3710 . 
  3. ^ Strack, WC; Книп, G .; Weisbrich, AL; Годстон, Дж .; Брэдли, Э. (25–28 октября 1982 г.). Технология и преимущества воздушных винтов встречного вращения . Аэрокосмический конгресс и выставка. Анахайм, Калифорния, США: НАСА . Выложите резюме .
  4. ^ а б Vanderover, JS; Виссер, К.Д. Анализ транспортного самолета с винтом противоположного вращения (Отчет).
  5. ^ Чыонг, Александр; Папамощу, Дмитрий (7 января 2013 г.). Аэроакустические испытания открытых роторов в очень малом масштабе (PDF) . Совещание AIAA по аэрокосмическим наукам (51-е изд.). Грейпвайн, Техас, США . Проверено 5 августа 2016 года .
  6. ^ Хагер, Рой V; Врабель, Дебора (1988). Перспективный турбовинтовой проект . НАСА SP-495. Исследовательский центр Льюиса, Кливленд, Огайо: Отдел научно-технической информации Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). С.  82 , 98–100. OCLC 17508419 . Архивировано 13 марта 2017 года (PDF) . Проверено 2 февраля 2019 года . Выложите резюме . 
  7. ^ Журнал Kijk, 1/2013
  8. ^ "Пропеллеры самолета вращаются в противоположных направлениях" . Ежемесячно научно-популярный . Vol. 119 нет. 5. Ноябрь 1931 г. с. 33. ISSN 0161-7370 . 
  9. ↑ Lanchester, FW (11 декабря 1941 г.). «Противоповторы: Воспоминания о первых соображениях консультативного комитета по воздухоплаванию: Патент пионера 1907 года: предложения для дальнейших исследований» . Полет . Vol. 40 нет. 1720. С. 418–419 . Дата обращения 3 ноября 2015 .
  10. ^ "Схема двигателя Brabazon" . Бристоль-Брабазон - шедевр инженерной мысли или большой белый слон . Авиационный архив: авиационное наследие . Архивировано из оригинального 23 сентября 2015 года . Дата обращения 3 ноября 2015 .
  11. ^ "Мировые рекорды авиации общего назначения" . Fédération Aéronautique Internationale (FAI) . Архивировано из оригинального 7 -го октября 2007 года.
  12. ^ "НК-110" (PDF) . Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации . п. 48.
  13. ^ Зрелов, В.А. (2018). «Разработка двигателей« НК »большой тяги на базе единого газогенератора» (PDF) . Двигатель . Vol. 115 нет. 1. С. 20–24.
  14. ^ Gatzen, BS; Рейнольдс, CN (9–14 сентября 1984 г.). Технологии пропульсивных систем с одинарным и встречным вращением (PDF) . Конгресс Международного совета по авиационным наукам (14-е изд.). –Тулуза, Франция. С. 708–717.
  15. ^ "COAX-P: Коробка передач с пропеллером встречного вращения" . Sun Flightcraft . Проверено 18 июля 2019 года .
  16. ^ Бертран, Ноэль; Кулон, Рене (2003). Всемирный справочник туристической авиации 2003-04 гг . Ланкастер, Великобритания: Pagefast Ltd., стр. 70, 87. ISSN 1368-485X . 
  17. ^ "Willkommen bei Neura Jet" . neurajet.at . Архивировано из оригинала 22 декабря 2005 года . Дата обращения 3 ноября 2015 .
  18. ^ «Преимущества Duoprop» . Volvo Penta Singapore . Архивировано из оригинального 31 -го июля 2016 года.
  19. ^ "Акашиа и Хаманасу" .
  20. ^ "Contaz азимуторный двигатель" . www.rolls-royce.com . Проверено 14 июня 2018 .
  21. ^ www.ch5finland.com, Ch5 Finland Oy -. «Steerprop: SP 10 ... 45 CRP» . www.steerprop.com . Архивировано из оригинального 19 марта 2017 года . Проверено 14 июня 2018 .

Внешние ссылки [ править ]

  • «Два винта в тандеме, вращающиеся в противоположных направлениях, придают боевым самолетам новую скорость» . Ежемесячно научно-популярный . Vol. 139 нет. 6. Декабрь 1941. с. 111. ISSN  0161-7370 .
  • «Авро Шеклтон» . Aircraft.co.za - Полный справочник по авиации . Архивировано из оригинального 19 ноября 2005 года.
  • Luftfahrtmuseum.com - Дополнительная информация и изображения контр ротаторов для Fairey Gannet и Shackleton
  • Стартап Spitfire PR.XIX Стива Хинтона из Чино, Калифорния . YouTube .