Hélice de aeronave: nome, classificação e características

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 10:38

A base do movimento do ar nos princípios da aerodinâmica é a presença de uma força que neutraliza a resistência do ar em voo e a gravidade. Todas as aeronaves modernas, com exceção dos planadores, possuem um motor cuja potência é convertida nessa força. O mecanismo que converte a rotação do eixo da usina em empuxo é a hélice da aeronave.

Descrição da hélice

Hélice de aeronave é um dispositivo mecânico com pás que é girado por um eixo de motor e cria impulso para o movimento da aeronave no ar. Ao inclinar as pás, a hélice joga o ar para trás, criando uma área de baixa pressão na frente e alta pressão atrás. Quase todas as pessoas na Terra pelo menos uma vez na vida tiveram a oportunidade de ver esse dispositivo, portanto, não são necessárias inúmeras definições científicas. A hélice é composta por pás, um cubo conectado ao motor através de um flange especial, pesos de balanceamento colocados no cubo, um mecanismo para alterar o passo da hélice e uma carenagem cobrindo o cubo.

Outros nomes

Qual é outro nome para uma hélice de avião? Historicamente, havia dois nomes principais: a hélice real e a hélice. No entanto, mais tarde, outros nomes apareceram, enfatizando recursos de design ou funções adicionais atribuídas a esta unidade. Especificamente:

• Fenestron. Um parafuso inserido em um canal especial na cauda de um helicóptero.
• Impulsor. Um parafuso dentro de um anel especial.
• Propfan. São parafusos em forma de seta ou em forma de sabre em duas fileiras com diâmetro reduzido.
• Ventilador. Sistema de alimentação de emergência de backup do fluxo de ar que se aproxima.
• Rotor. Isso às vezes é chamado de rotor principal de um helicóptero e alguns outros.

Teoria da hélice

Na sua essência, qualquer hélice de aeronave é uma espécie de asa móvel em miniatura, vivendo de acordo com as mesmas leis da aerodinâmica que a asa. Ou seja, movendo-se no ambiente atmosférico, as pás, devido ao seu perfil e inclinação, criam um fluxo de ar, que é a força motriz da aeronave. A força desse fluxo, além do perfil específico, depende do diâmetro e da velocidade da hélice. Ao mesmo tempo, a dependência do empuxo nas revoluções é quadrática e no diâmetro - até o 4º grau. A fórmula geral de empuxo é a seguinte: P=αρn²D^4onde:

• α – coeficiente de empuxo da hélice (depende do desenho e perfil das pás);
• ρ - densidade do ar;
• n - número de revoluçõesparafusos;
• D é o diâmetro do parafuso.

É interessante comparar com a fórmula acima, outra derivada da mesma teoria do parafuso. Esta é a potência necessária para garantir a rotação: T=Βρn³D^{5, onde Β é o fator de potência calculado da hélice.}

Comparando essas duas fórmulas, pode-se observar que ao aumentar a velocidade da hélice da aeronave e aumentar o diâmetro da hélice, a potência necessária do motor cresce exponencialmente. Se o nível de empuxo é proporcional ao quadrado das rotações e a 4ª potência do diâmetro, então a potência necessária do motor aumenta já na proporção do cubo das rotações e a 5ª potência do diâmetro da hélice. À medida que a potência do motor aumenta, o mesmo acontece com o seu peso, o que exige ainda mais impulso. Outro círculo vicioso na indústria aeronáutica.

Especificações da hélice

Qualquer hélice instalada em uma aeronave possui as seguintes características:

• Diâmetro do parafuso.
• Movimento geométrico (passo). Este termo refere-se à distância que o parafuso percorreria, colidindo com uma superfície sólida teórica em uma revolução.
• Tread - a distância real percorrida pela hélice em uma revolução. Obviamente, este valor depende da velocidade e da frequência de rotação.
• Ângulo da pá - o ângulo entre o plano e o passo real da hélice.
• Blade Shape – A maioria das lâminas modernas são em forma de sabre, curvas.
• Perfil da lâmina - a seção transversal de cada lâmina tem, via de regra, um formato de asa.
• Acorde médio da lâmina –distância geométrica entre as arestas iniciais e finais.

Ao mesmo tempo, a principal característica de uma hélice de aeronave é o seu empuxo, ou seja, para que ela é necessária.

Dignidade

Aeronaves que usam uma hélice como hélice são muito mais econômicas do que suas contrapartes turbojato. A eficiência chega a 86%, valor inatingível para aeronaves a jato. Esta é a sua principal vantagem, que realmente os colocou de volta em operação durante a crise do petróleo dos anos 70 do século passado. Em distâncias curtas, a velocidade não é crítica em comparação com a economia, então a maioria das aeronaves da aviação regional são movidas a hélice.

Falhas

As aeronaves a hélice também apresentam desvantagens. Em primeiro lugar, estes são contras puramente “cinéticos”. Durante a rotação, a hélice da aeronave, tendo sua própria massa, afeta o corpo da aeronave. Se as lâminas, por exemplo, girarem no sentido horário, a carcaça tende a girar, respectivamente, no sentido anti-horário. As turbulências criadas pela hélice interagem ativamente com as asas e a empenagem da aeronave, criando diferentes fluxos para a direita e para a esquerda, desestabilizando a trajetória de voo.

Finalmente, a hélice giratória é uma espécie de giroscópio, ou seja, tende a manter sua posição, o que dificulta a mudança da trajetória de voo para o arquadra. Essas deficiências da hélice da aeronave são conhecidas há muito tempo e os projetistas aprenderam a lidar com elas introduzindo uma certa assimetria no projeto dos próprios navios ou de suas superfícies de controle (lemes, spoilers, etc.). Para ser justo, deve-se notar que os motores a jato também têm deficiências "cinéticas" semelhantes, mas em menor grau.

O chamado efeito de travamento também pode ser atribuído às desvantagens, quando um aumento no diâmetro e na velocidade de rotação da hélice da aeronave para certos limites deixa de produzir um efeito na forma de aumento de empuxo. Esse efeito está associado ao aparecimento em certas seções das lâminas de fluxos de ar de velocidade próxima ou supersônica, o que cria uma crise ondulatória, ou seja, a formação de choques aéreos. Na verdade, eles ultrapassam a fronteira do som. A este respeito, a velocidade máxima de aeronaves com hélice não excede 650-700 km/h.

Talvez a única exceção tenha sido o bombardeiro Tu-95, que atinge velocidades de até 950 km/h, ou seja, velocidade quase sônica. Cada um de seus motores está equipado com duas hélices coaxiais que giram em direções opostas. Bem, o último problema das aeronaves a hélice é o ruído, cujas exigências são constantemente reforçadas pelas autoridades aeronáuticas.

Classificação

Existem muitas maneiras de classificar hélices de aeronaves. Eles são divididos em grupos dependendo do material de que são feitos, do formato das lâminas, do diâmetro, da quantidade, entre outros.características. No entanto, o mais importante é a sua classificação segundo dois critérios:

• Primeiro - existem hélices de passo variável e de passo fixo.
• Second - existem parafusos de puxar e empurrar.

O primeiro é instalado na parte frontal da aeronave e o segundo, respectivamente, na parte traseira. Uma aeronave com uma hélice empurradora surgiu mais cedo, mas foi esquecida por algum tempo e só recentemente reapareceu no céu. Agora, esse layout é amplamente utilizado em pequenas aeronaves. Existem até opções bastante exóticas, equipadas com lâminas de puxar e empurrar ao mesmo tempo. Uma aeronave com hélice traseira tem uma série de vantagens, sendo a principal delas a maior relação sustentação/arrasto. No entanto, devido à f alta de fluxo de ar adicional da hélice, a asa tem as piores características de decolagem e pouso.

Parafusos de Passo Variável

Hélices de passo variável são instaladas em quase todas as aeronaves modernas de médio e grande porte. Com um passo de lâmina grande, muito empuxo é alcançado, mas se a rotação do motor for muito baixa, a aceleração será extremamente lenta. Isso é muito semelhante à situação de um carro em marchas mais altas tentando dar partida.

Alta velocidade e pequeno passo da hélice criam o perigo de estolar e reduzir o empuxo a zero. Portanto, durante o voo, o tom muda constantemente. Agora isso é feito por automação, mas antes o próprio piloto tinha que monitorar constantemente isso manualmente.ajuste o ângulo. O mecanismo para alterar o passo da hélice é uma bucha especial com mecanismo de acionamento que gira as pás em relação ao eixo de rotação no grau necessário.

Desenvolvimento moderno na Rússia

O trabalho para melhorar os dispositivos nunca parou. Atualmente, estão sendo realizados testes de uma nova hélice da aeronave AB-112. Ele será usado na aeronave de transporte militar leve Il-112V. Trata-se de uma hélice de 6 pás com eficiência de 87%, diâmetro de 3,9 metros e velocidade de rotação de 1200 rpm e hélice de passo variável. Um novo perfil de lâmina foi desenvolvido e seu design foi simplificado.