Пропеллеры противоположного вращения
Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с пропеллерами, вращающимися в противоположных направлениях .
Информацию о морских гребных винтах, роторах вертолетов и лопастях вентиляторов турбин, вращающихся в противоположных направлениях, см . В разделе «Вращение в противоположных направлениях» .
Пропеллеры противоположного вращения
Пропеллеры встречного вращения на P-51XR Mustang Precious Metal с двигателем Rolls-Royce Griffon на гонках Reno Air Races 2014 г.

Самолет, оснащенный винтами противоположного вращения , также называемыми CRP , [1] соосными винтами противоположного вращения или высокоскоростными винтами , использует максимальную мощность обычно одного поршневого или турбовинтового двигателя для привода двух соосных винтов противоположного вращения . . Два гребных винта расположены друг за другом, а мощность передается от двигателя через планетарную или прямозубую передачу . Пропеллеры противоположного вращения также известны как пропеллеры противоположного вращения, [2] [3] , хотяПропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях, гораздо шире используются, когда речь идет о воздушных винтах на отдельных несоосных валах, вращающихся в противоположных направлениях.

Операция

Когда воздушная скорость низкая, масса воздуха, протекающего через диск воздушного винта ( тяга ), вызывает создание значительного количества тангенциального или вращательного воздушного потока вращающимися лопастями. Энергия этого тангенциального воздушного потока тратится впустую в конструкции с одним пропеллером и вызывает проблемы с управлением на низкой скорости, когда воздух ударяется о вертикальный стабилизатор , заставляя самолет рыскать влево или вправо, в зависимости от направления вращения пропеллера. Чтобы использовать это напрасное усилие, размещение второго пропеллера позади первого позволяет использовать возмущенный воздушный поток.

Хорошо спроектированный пропеллер с противоположным вращением не будет иметь вращательного воздушного потока, проталкивая максимальное количество воздуха равномерно через диск пропеллера, что приводит к высокой производительности и низким индуцированным потерям энергии. Он также служит для противодействия асимметричному крутящему моменту 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, а также позволяли отключать один из винтов во время крейсерского полета для увеличения времени полета.

Преимущества и недостатки

Крутящий момент на самолете от пары винтов, вращающихся в противоположных направлениях, эффективно уравновешивается.

Было обнаружено, что пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях, на 6–16% эффективнее, чем обычные пропеллеры. [4]

Однако они могут быть очень шумными, с увеличением шума в осевом направлении (вперед и назад) до 30 дБ и по касательной на 10 дБ. [4] Большая часть этого дополнительного шума может быть обнаружена на более высоких частотах. Эти существенные проблемы с шумом ограничивают коммерческое применение. Одна из возможностей состоит в том, чтобы заключить пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях, в кожух . [5] Также полезно уменьшить конечную скорость или нагрузку на лопасти, если задний гребной винт имеет меньше лопастей или меньший диаметр, чем носовой гребной винт, или если расстояние между задним и носовым гребными винтами увеличено. [6]

Эффективность винта противоположного вращения несколько компенсируется его механической сложностью и дополнительным весом этого зубчатого колеса, который делает самолет тяжелее, поэтому для его переноски приходится жертвовать некоторыми характеристиками. Тем не менее, соосные винты и несущие винты противоположного вращения использовались в нескольких военных самолетах , таких как Туполев Ту-95 «Медведь» .

Они также исследуются для использования в авиалайнерах . [7]

Использование в самолетах

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

объединенное Королевство

Пропеллеры встречного вращения Spitfire Mk XIX

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

Одними из наиболее успешных британских самолетов с винтами противоположного вращения являются Avro Shackleton с двигателем Rolls-Royce Griffon и Fairey Gannet с двигателем Double Mamba Mk.101 . В Double Mamba две отдельные силовые секции приводили в движение по одному винту каждая, что позволяло отключать одну силовую секцию (двигатель) в полете, увеличивая выносливость.

Другой военно-морской самолет, Westland Wyvern , имел пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях. В испытательном самолете Martin-Baker MB 5 также использовался винт этого типа.

Более поздние варианты Supermarine Spitfire и Seafire использовали 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, вращающимися в противоположных направлениях.

Прототип авиалайнера Bristol Brabazon использовал восемь двигателей Bristol Centaurus , приводящих в движение четыре пары винтов, вращающихся в противоположных направлениях, каждый двигатель приводил в движение один винт. [10]

Послевоенный прототип летающей лодки SARO Princess также имел восемь из десяти двигателей, приводящих в движение пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях.

СССР, Россия и Украина

Один из четырех винтов встречного вращения на российском стратегическом бомбардировщике Ту-95 .

В 1950-х годах Советское конструкторское бюро Кузнецова разработало турбовинтовой двигатель НК-12 . Он приводит в движение восьмилопастной винт противоположного вращения и при мощности 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, принятый на вооружение, а также один из самых быстрых винтовых самолетов . Ту - 114 , авиалайнер, производный от Ту-95, является мировым рекордсменом скорости среди винтовых самолетов. [11] Ту-95 был также первым советским бомбардировщиком с межконтинентальной дальностью полета. Самолеты ДРЛО Ту-126 и Ту-142 Морской патрульный самолет - еще две конструкции с двигателями НК-12, созданные на базе Ту-95.

Двигатель НК-12 установлен на другом известном советском самолете — тяжелом грузовом самолете Ан-22 Антей. На момент своего появления Ан-22 был самым большим самолетом в мире и до сих пор остается самым большим в мире турбовинтовым самолетом. 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 примечательным является использование двигателя НК-12 в А-90 «Орленок », советском среднем экраноплане . На А-90 используется один двигатель НК-12, установленный в верхней части его Т-образного оперения, а также два ТРДД, установленных в носовой части.

В 1980-е годы Кузнецов продолжил разработку мощных двигателей встречного вращения. НК-110, испытанный в конце 1980-х годов, имел конфигурацию винта противоположного вращения с четырьмя лопастями спереди и четырьмя сзади, как и у НК-12. Диаметр его винта 190 дюймов (4,7 метра) был меньше, чем у НК-12 диаметром 220–240 дюймов (5,6–6,2 м), но он производил выходную мощность 21 007 л.с. (15 665 кВт) при взлетной тяге 40 000 л. фунт-сила (177 килоньютон). [12]Еще более мощным был НК-62, который разрабатывался на протяжении большей части 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 развивать аварийную тягу 70 700 фунтов силы (314,7 кН). [13] Однако, в отличие от НК-12, эти более поздние двигатели не были приняты на вооружение ни одним из авиационных конструкторских бюро.

В 1994 году Антонов выпустил тяжелый транспортный самолет Ан-70 . Он оснащен четырьмя винтовентиляторными двигателями " Прогресс Д-27 " с гребными винтами встречного вращения. Характеристики двигателя Д-27 и его воздушного винта делают его винтовентиляторным, гибридом ТРД и турбовинтового двигателя.

Соединенные Штаты

XB-35 Flying Wing с четырьмя толкающими винтами противоположного вращения. Позже от этого варианта отказались из-за сильной вибрации в полете, а позже заменили на традиционные одинарные вращающиеся винты.
Дуглас XB-42 Миксмастер
Дженерал Моторс P-75 Орел

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 . Eagle и сидящие на хвосте истребители вертикального взлета и посадки Convair XFY "Pogo" и Lockheed XFV "Salmon" и разведывательный самолет Hughes XF-11 . Летающая лодка Convair R3Y Tradewind поступила на вооружение с винтами противоположного вращения. Однако и поршневые, и турбовинтовыевинтовые самолеты достигли своего апогея, и новые технологические разработки, такие как появление чисто турбореактивных и турбовентиляторных двигателей, оба без винтов, означали, что конструкции быстро затмили.

Американский производитель гребных винтов Hamilton Standard купил Fairey Gannet в 1983 году для изучения влияния встречного вращения на шум гребного винта и вибрационные нагрузки на лопасти. Gannet был особенно подходящим, потому что гребные винты с независимым приводом обеспечивали сравнение между встречным и односторонним вращением. [14]

Сверхлегкие приложения

Австрийская компания Sun Flightcraft распространяет редуктор встречного вращения для использования в двигателях Rotax 503 и 582 на сверхлегких и сверхлегких самолетах. Coax -P был разработан Гансом Нойдорфером из NeuraJet и позволяет моторным дельтапланам и парашютам развивать на 15-20 процентов больше мощности при одновременном снижении крутящего момента. Производитель также сообщает о снижении уровня шума от двойных винтов, вращающихся в противоположных направлениях, с коробкой передач Coax-P. [15] [16] [17]

Использование в воде

В торпедах , таких как торпеда Блисса-Ливитта , обычно использовались пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях, чтобы обеспечить максимально возможную скорость в пределах ограниченного диаметра, а также противодействовать крутящему моменту, который в противном случае заставлял бы торпеду вращаться вокруг своей продольной оси.

Катание на лодках для отдыха: в 1982 году Volvo Penta представила лодочный гребной винт противоположного вращения под торговой маркой DuoProp. [18] С тех пор запатентованное устройство поступило в продажу. После истечения срока действия патентов Volvo Penta Mercury также выпустила соответствующий продукт MerCruiser Bravo 3.

Коммерческие суда: в традиционной компоновке механизмов гребные винты, вращающиеся в противоположных направлениях, встречаются редко из-за стоимости и сложности.

В 2004 году АББ выпустила продукт для установок большой мощности: передний гребной винт находится на традиционном валу, а задний гребной винт - на азиподе АББ. [19]

При более низких уровнях мощности механические азимутальные подруливающие устройства с противоположным вращением являются одной из возможностей, удобных для CRP из-за присущей им конструкции конического зубчатого колеса. Rolls-Royce и Steerprop предложили CRP-версии своих продуктов. [20] [21]

Смотрите также

  • Коаксиальные роторы
  • Вращение в противоположном направлении
  • Морская тяга

использованная литература

  1. ^ Сасаки, Н .; Мураками, М .; Нодзава, К.; Соэдзима, С .; Шираки, А .; Аоно, Т .; Фудзимото, Т .; Фунено, И.; Исии, Н.; Оноги, Х. (1998). «Система проектирования оптимальных винтов противоположного вращения». Журнал морской науки и техники . 3 (1): 3–21. doi : 10.1007/bf01239802 .
  2. ↑ JMR (2 марта 1956 г.). «Предприятие в области воздушных винтов: первые подробности о мощном новом воздушном винте de Havilland и история достижений за 21 год» . Полет . Том. 69, нет. 2458. стр. 237–248. ISSN 0015-3710 . 
  3. ^ Страк, туалет; Книп, Г.; Вайсбрих, Алабама; Годстон, Дж.; Брэдли, Э. (25–28 октября 1982 г.). Технология и преимущества воздушных винтов противовращения . Аэрокосмический конгресс и выставка. Анахайм, Калифорния, США: НАСА . Выложи резюме . {{cite conference}}: Cite использует устаревший параметр |lay-url=( помощь )
  4. ^ б Вандеровер , JS; Виссер, К. Д. Анализ транспортного самолета с винтовым двигателем противоположного вращения (отчет).
  5. ^ Труонг, Александр; Папамощу, Дмитрий (7 января 2013 г.). Аэроакустические испытания открытых винтов в очень малых масштабах (PDF) . Встреча AIAA по аэрокосмическим наукам (51-е изд.). Грейпвайн, Техас, США . Проверено 5 августа 2016 г. .
  6. ^ Хагер, Рой В.; Врабель, Дебора (1988). Перспективный турбовинтовой проект . НАСА СП-495. Исследовательский центр Льюиса, Кливленд, Огайо: Отдел научной и технической информации Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). стр.  82 , 98–100. OCLC 17508419 . Архивировано (PDF) из оригинала 13 марта 2017 года . Проверено 2 февраля 2019 г. . Выложи резюме .  {{cite book}}: Cite использует устаревший параметр |lay-url=( помощь )
  7. ^ Журнал Кийк, 1/2013
  8. ^ "Пропеллеры самолета вращаются в противоположных направлениях" . Ежемесячный научно-популярный журнал . Том. 119, нет. 5. Ноябрь 1931. с. 33. ISSN 0161-7370 . 
  9. ↑ Lanchester, FW (11 декабря 1941 г.). «Контра-реквизит: воспоминания о первых соображениях консультативного комитета по аэронавтике: патент первопроходца 1907 года: предложения по дальнейшим исследованиям» . Полет . Том. 40, нет. 1720. стр. 418–419 . Проверено 3 ноября 2015 г.
  10. ^ "Схема двигателя Brabazon" . Бристоль Брабазон - инженерный шедевр или Большой Белый Слон . Авиационный архив: авиационное наследие . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 года . Проверено 3 ноября 2015 г.
  11. ^ "Мировые рекорды авиации общего назначения" . Международная авиационная федерация (FAI) . Архивировано из оригинала 7 октября 2007 года.
  12. ^ "НК-110" (PDF) . Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (на русском языке). п. 48.
  13. ^ Зрелов, В.А. (2018). "Разработка двигателей "НК" большой тяги на базе одного газогенератора" (PDF) . Двигатель (на русском языке). Том. 115, нет. 1. С. 20–24.
  14. ^ Гатцен, BS; Рейнольдс, Китай (9–14 сентября 1984 г.). Технологии винтовентиляторной двигательной установки одинарного и встречного вращения (PDF) . Конгресс Международного совета авиационных наук (14-е изд.). – Тулуза, Франция. стр. 708–717.
  15. ^ «COAX-P: редуктор гребного винта с встречным вращением» . Sun Flightcraft . Проверено 18 июля 2019 г. .
  16. ^ Бертран, Ноэль; Кулон, Рене (2003). Всемирный справочник развлекательной авиации 2003-04 гг . Ланкастер, Соединенное Королевство: Pagefast Ltd., стр. 70, 87. ISSN 1368-485X . 
  17. Викискладе есть медиафайлы по теме Neura Jet . neurajet.at . Архивировано из оригинала 22 декабря 2005 года . Проверено 3 ноября 2015 г.
  18. ^ «Преимущества Duoprop» . Вольво Пента Сингапур . Архивировано из оригинала 31 июля 2016 года.
  19. Викискладе есть медиафайлы по теме Акашии и Хаманасу .
  20. ^ "Азимутальный двигатель Contaz" . www.rolls-royce.com . Проверено 14 июня 2018 г.
  21. ^ www.ch5finland.com, Ch5 Finland Oy -. "Steerprop: SP 10 ... 45 CRP" . www.steerprop.com . Архивировано из оригинала 19 марта 2017 года . Проверено 14 июня 2018 г.

внешняя ссылка

  • «Два винта в тандеме, вращающиеся в противоположных направлениях, придают боевым самолетам новую скорость» . Ежемесячный научно-популярный журнал . Том. 139, нет. 6. Декабрь 1941. с. 111. ISSN  0161-7370 .
  • «Авро Шеклтон» . Aircraft.co.za — полный авиационный справочник . Архивировано из оригинала 19 ноября 2005 года.
  • Luftfahrtmuseum.com - Дополнительная информация и фотографии контра-ротаторов для Fairey Gannet и Shackleton.
  • Запуск Spitfire PR.XIX, созданный Стивом Хинтоном в Чино, Калифорния . Ютуб . Архивировано из оригинала 22 декабря 2021 г.
  • История самолетов с винтами противоположного вращения (часть 1) - Историческое общество авиационных двигателей
  • История самолетов с винтами противоположного вращения (часть 2) - Историческое общество авиационных двигателей
  • История самолетов с винтами противоположного вращения (часть 3) - Историческое общество авиационных двигателей
  • История самолетов с винтами противоположного вращения (часть 4) - Историческое общество авиационных двигателей
Получено с https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Contra-rotating_propellers&oldid=1061581629 .
Contribute a better translation