Пропеллеры противоположного вращения
Самолеты с воздушными винтами встречного вращения ( CRP ) [1] соосные гребные винты встречного вращения , или высокоскоростные гребные винты , применяют максимальную мощность обычно одного поршневого двигателя или турбовинтового двигателя для приведения в движение пары соосных гребных винтов, вращающихся в противоположных направлениях . Два гребных винта расположены один за другим, а мощность передается от двигателя через планетарную или прямозубую передачу . Пропеллеры встречного вращения также известны как гребные винты встречного вращения. [2] [3] хотя термин «пропеллеры встречного вращения» гораздо более широко используется в отношении воздушных винтов на отдельных несоосных валах, вращающихся в противоположных направлениях.
Операция
[ редактировать ]Когда скорость полета низкая, масса воздуха, проходящего через диск винта ( тяга ), вызывает создание значительного тангенциального или вращательного потока воздуха вращающимися лопастями. Энергия этого тангенциального потока воздуха тратится впустую в конструкции с одним пропеллером и вызывает проблемы с управлением на низкой скорости, поскольку воздух ударяется о вертикальный стабилизатор , заставляя самолет отклоняться влево или вправо, в зависимости от направления вращения пропеллера. Чтобы использовать эти напрасные усилия, размещение второго пропеллера позади первого позволяет воспользоваться нарушенным воздушным потоком.
Хорошо спроектированный пропеллер противоположного вращения не будет иметь вращательного потока воздуха, равномерно проталкивая максимальное количество воздуха через диск пропеллера, что приводит к высокой производительности и низким потерям наведенной энергии. Он также служит для противодействия эффекту асимметричного крутящего момента обычного гребного винта (см. P-фактор ). Некоторые системы встречного вращения были разработаны для использования при взлете для обеспечения максимальной мощности и эффективности в таких условиях и позволяли отключать один из винтов во время крейсерского полета, чтобы продлить время полета.
Преимущества и недостатки
[ редактировать ]Крутящий момент самолета от пары винтов встречного вращения эффективно компенсируется.
Было обнаружено, что гребные винты противоположного вращения на 6–16% более эффективны, чем обычные гребные винты. [4]
Однако они могут быть очень шумными: увеличение шума в осевом (вперед и назад) направлении достигает 30 дБ, а в тангенциальном - до 10 дБ. [4] Большую часть этого дополнительного шума можно найти на более высоких частотах. Эти существенные проблемы с шумом ограничивают коммерческое применение. Одна из возможностей состоит в том, чтобы заключить винты противоположного вращения в кожух . [5] Это также полезно, если скорость вращения или нагрузка на лопасти уменьшены, если задний гребной винт имеет меньше лопастей или меньший диаметр, чем передний гребной винт, или если расстояние между кормовым и передним гребными винтами увеличено. [6]
Эффективность винта противоположного вращения несколько компенсируется его механической сложностью и дополнительным весом этой передачи, что делает самолет тяжелее, поэтому для его перевозки приходится жертвовать некоторой производительностью. противоположного вращения Тем не менее, соосные винты и несущие винты использовались в нескольких военных самолетах , таких как Туполев Ту-95 «Медведь» .
Они также проверяются на предмет использования в авиалайнерах . [7]
Использование в самолетах
[ редактировать ]Хотя несколько стран экспериментировали с винтами противоположного вращения в самолетах, только Великобритания и Советский Союз производили их в больших количествах. Первый самолет, оснащенный пропеллером встречного вращения, появился в США, когда два изобретателя из Форт-Уэрта, штат Техас, испытали эту концепцию на самолете. [8]
Великобритания
[ редактировать ]
Пропеллер противоположного вращения был запатентован Ф. В. Ланчестером в 1907 году. [9]
Некоторые из наиболее успешных британских самолетов с винтами встречного вращения — это 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 один винт каждая, что позволяло отключать одну силовую секцию (двигатель) в полете, увеличивая выносливость.
Другой военно-морской самолет, Westland Wyvern, имел винты противоположного вращения. Испытательный самолет Martin-Baker MB 5 также использовал этот тип винта.
Более поздние варианты Supermarine Spitfire и Seafire использовали Griffon с винтами противоположного вращения. самолета В случае со Spitfire/Seafire и Шеклтоном основной причиной использования винтов встречного вращения было увеличение площади лопастей винта и, следовательно, поглощение большей мощности двигателя в пределах диаметра винта, ограниченного высотой шасси . Short Sturgeon использовал два Merlin 140 с винтами противоположного вращения.
Прототип авиалайнера Bristol Brabazon использовал восемь двигателей Bristol Centaurus , приводивших в движение четыре пары винтов встречного вращения, каждый двигатель приводил в движение один винт. [10]
Послевоенный прототип авиалайнера летающей лодки SARO Princess также имел восемь из десяти двигателей, приводивших в движение пропеллеры противоположного вращения.
СССР, Россия и Украина
[ редактировать ]
В 1950-е годы советское ОКБ Кузнецова разработало турбовинтовой самолет НК-12 . Он приводит в движение восьмилопастной воздушный винт встречного вращения и при мощности на валу 15 000 лошадиных сил (11 000 киловатт) является самым мощным турбовинтовым двигателем на вооружении. Четыре двигателя НК-12 установлены на Ту-95 Медведь , единственном турбовинтовом бомбардировщике, поступившем на вооружение, а также одном из самых быстрых винтовых самолетов . Ту -114 , авиалайнер, производный от Ту-95, является мировым рекордсменом скорости среди винтовых самолетов. [11] Ту-95 также был первым советским бомбардировщиком, имевшим межконтинентальную дальность полета. Самолет ДРЛО Ту-126 и морской патрульный самолет Ту-142 — это еще две разработки с двигателями НК-12, созданные на базе Ту-95.
Двигатель НК-12 установлен на другом известном советском самолете — Ан-22 тяжелом грузовом самолете «Антей». На момент своего появления Ан-22 был самым большим самолетом в мире и до сих пор остается крупнейшим в мире самолетом с турбовинтовым двигателем. С 1960-х по 1970-е годы он установил несколько мировых рекордов в категориях максимального соотношения полезной нагрузки к высоте и максимальной полезной нагрузки, поднимаемой на высоту.
Менее примечательно использование двигателя НК-12 в А-90 «Орлёнок» среднего размера , советском экраноплане . На А-90 установлен один двигатель НК-12, установленный в верхней части Т-образного хвостового оперения, а также два турбовентиляторных двигателя, установленных в носовой части.
В 1980-е годы Кузнецов продолжил разработку мощных двигателей встречного вращения. НК-110, проходивший испытания в конце 1980-х годов, имел винт встречного вращения с четырьмя лопастями спереди и четырьмя сзади, как и НК-12. Диаметр его винта диаметром 190 дюймов (4,7 метра) был меньше, чем у НК-12 диаметром 220–240 дюймов (5,6–6,2 м), но он развивал выходную мощность 21 007 л.с. (15 665 кВт), обеспечивая взлетную тягу 40 000 л.с. фунт-сила (177 килоньютонов). [12] Еще более мощным был НК-62, который находился в разработке большую часть десятилетия. НК-62 имел такой же диаметр винта и конфигурацию лопастей, что и НК-110, но имел более высокую взлетную тягу - 55 000 фунтов силы (245 кН). Соответствующий НК-62М имел взлетную тягу 64 100 фунтов силы (285,2 кН) и мог обеспечить 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 авиационным конструкторским бюро.
В 1994 году «Антонов» выпустил Ан-70 тяжелый транспортный самолет . Он оснащен четырьмя двигателями "Прогресс Д-27" винтовыми , приводящими в движение воздушные винты встречного вращения. Характеристики двигателя Д-27 и его воздушного винта делают его винтовентиляторным, гибридом турбовентиляторного и турбовинтового двигателя.
Соединенные Штаты
[ редактировать ]
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 и посадки Convair XFY «Pogo» и Lockheed XFV «Salmon», вертикального взлета хвостовые истребители а также самолет-разведчик Hughes XF-11 . Летающая лодка Convair R3Y Tradewind поступила на вооружение с винтами встречного вращения. Однако как поршневые, так и турбовинтовые винтовые самолеты достигли своего зенита, и новые технологические разработки, такие как появление чисто турбореактивных и турбовентиляторных двигателей, оба без винтов, означали, что эти конструкции быстро затмились.
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 позволяли сравнивать встречное и одиночное вращение. [14]
Сверхлегкие приложения
[ редактировать ]Австрийская компания Sun Flightcraft распространяет коробку передач противоположного вращения для использования в двигателях Rotax 503 и 582 на сверхлегких и сверхлегких самолетах. Coax -P был разработан Хансом Нойдорфером из NeuraJet и позволяет дельтапланам и парашютам с электроприводом развивать на 15–20 процентов больше мощности, одновременно снижая крутящий момент. Производитель также сообщает о снижении уровня шума от двойных винтов встречного вращения с использованием редуктора Coax-P. [15] [16] [17]
Использование в воде
[ редактировать ]В торпедах, таких как торпеда Блисс-Ливитт, обычно используются винты противоположного вращения, чтобы обеспечить максимально возможную скорость в пределах ограниченного диаметра, а также противодействовать крутящему моменту, который в противном случае заставил бы торпеду вращаться вокруг своей собственной продольной оси.
Прогулочный катер: в 1982 году Volvo Penta представила лодочный гребной винт противоположного вращения под торговой маркой DuoProp. [18] Запатентованное устройство с тех пор поступило в продажу.После того, как срок действия патентов Volvo Penta истек, Mercury также выпустила соответствующий продукт — MerCruiser Bravo 3.
Коммерческие суда. В традиционных машинах гребные винты противоположного вращения встречаются редко из-за стоимости и сложности.
В 2004 году компания АББ выпустила изделие для установок большой мощности: передний гребной винт расположен на традиционном валу, а задний гребной винт установлен на азиподе АББ. [19]
противоположного вращения На более низких уровнях мощности одной из возможностей являются механические азимутальные подруливающие устройства , удобные для CRP из-за присущей им конструкции конической передачи. Rolls-Royce и Steerprop предложили версии своей продукции из CRP. [20] [21]
См. также
[ редактировать ]- Морские гребные винты встречного вращения
- Тороидальный винт («петлевой винт»)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Сасаки, Н.; Мураками, М.; Нозава, 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 технологий . 3 (1): 3–21. дои : 10.1007/bf01239802 . S2CID 110551942 .
- ^ JMR (2 марта 1956 г.). «Предприятие по производству воздушных винтов: первые подробности нового мощного воздушного винта de Havilland и история 21 года достижений» . Полет . Том. 69, нет. 2458. стр. 237–248. ISSN 0015-3710 .
- ^ Страк, туалет; Книп, Г.; Вайсбрих, Алабама; Годстон, Дж.; Брэдли, Э. (25–28 октября 1982 г.). Технология и преимущества самолетов с воздушными винтами встречного вращения . Аэрокосмический конгресс и выставка. Анахайм, Калифорния, США: НАСА . альтернативный URL
- ^ Jump up to: а б Вандеровер, Дж. С.; Виссер, К.Д. Анализ винтового транспортного самолета встречного вращения (Отчет).
- ^ Труонг, Александр; Папамощов, Дмитрий (7 января 2013 г.). Аэроакустические испытания открытых несущих винтов в очень небольших масштабах (PDF) . Совещание AIAA по аэрокосмическим наукам (51-е изд.). Грейпвайн, Техас, США . Проверено 5 августа 2016 г.
- ^ 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 г. Проверено 2 февраля 2019 г. альтернативный URL
- ^ Журнал Look, 1/2013.
- ^ «Пропеллеры самолета вращаются в противоположных направлениях» . Научно-популярный ежемесячник . Том. 119, нет. 5. Ноябрь 1931 г. с. 33. ISSN 0161-7370 .
- ^ Ланчестер, ФРВ (11 декабря 1941 г.). «Противореквизит: воспоминания о первых соображениях консультативного комитета по воздухоплаванию: патент пионера 1907 года: предложения для дальнейших исследований» . Полет . Том. 40, нет. 1720. С. 418–419 . Проверено 3 ноября 2015 г.
- ^ «Схема двигателя Брабазон» . Бристоль Брабазон – шедевр инженерной мысли или Большой Белый Слон . Авиационный архив: Авиационное наследие . Архивировано из оригинала 23 сентября 2015 года . Проверено 3 ноября 2015 г.
- ^ «Мировые рекорды авиации общего назначения» . Международная авиационная федерация (ФАИ) . Архивировано из оригинала 7 октября 2007 года.
- ^ «НК-110» (PDF) . Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (на русском языке). п. 48.
- ^ 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.
- ^ Гатцен, Б.С.; Рейнольдс, Китай (9–14 сентября 1984 г.). Технологии двигательной установки винтового вентилятора с одинарным и встречным вращением (PDF) . Конгресс Международного совета авиационных наук (14-е изд.). – Тулуза, Франция. стр. 708–717.
- ^ «COAX-P: Редуктор гребного винта встречного вращения» . Солнечный летательный аппарат . Проверено 18 июля 2019 г.
- ^ Бертран, Ноэль; Кулон, Рене (2003). «Всемирный справочник прогулочной авиации 2003-04». Всемирный справочник легкой авиации . Ланкастер, Соединенное Королевство: Pagefast Ltd: 70, 87. ISSN 1368-485X .
- ^ «Виллкоммен бей Нейра Джет» . Neurajet.at . Архивировано из оригинала 22 декабря 2005 года . Проверено 3 ноября 2015 г.
- ^ «Преимущества Дуопропа» . Вольво Пента Сингапур . Архивировано из оригинала 31 июля 2016 года.
- ^ «Акасия и Хаманасу» .
- ^ «Азимутальный двигатель Контаз» . www.rolls-royce.com . Проверено 14 июня 2018 г.
- ^ «Рулевой винт: СП 10...45 ЦРП» . www.steerprop.com . Архивировано из оригинала 19 марта 2017 года . Проверено 14 июня 2018 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- «Два винта, вращающиеся в тандеме в противоположные стороны, придают боевым самолетам новую скорость» . Научно-популярный ежемесячник . Том. 139, нет. 6. Декабрь 1941 г. с. 111. ISSN 0161-7370 .
- «Авро Шеклтон» . Aircraft.co.za . Архивировано из оригинала 19 ноября 2005 года.
- Luftfahrtmuseum.com - Дополнительная информация и фотографии контрротаторов для Fairey Gannet и Shackleton.
- Стартап Spitfire PR.XIX Стива Хинтона из Чино, Калифорния . Ютуб . Архивировано из оригинала 22 декабря 2021 г.
- История самолетов с винтами встречного вращения (Часть 1) - Историческое общество авиационных двигателей
- История самолетов с винтами встречного 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