หลักการทำงานของใบพัด ใบพัดออกแบบโดย A.Ya. เดกเกอร์ (เนเธอร์แลนด์)

ก่อนที่เครื่องยนต์ไอพ่นจะได้รับการพัฒนา เครื่องบินทุกลำมีใบพัด ซึ่งก็คือใบพัดที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์สันดาปภายในเช่นรถยนต์

ใบพัดทั้งหมดมีรูปทรงหน้าตัดคล้ายกับปีกเครื่องบิน ขณะที่ใบพัดหมุน อากาศจะไหลไปรอบๆ พื้นผิวด้านหน้าของใบพัดแต่ละใบเร็วกว่าด้านหลัง และปรากฎว่าด้านหน้าใบพัดมีแรงกดดันน้อยกว่าด้านหลัง สิ่งนี้จะสร้างแรงฉุดพุ่งไปข้างหน้า และขนาดของแรงนี้ก็จะยิ่งมากขึ้น ความเร็วในการหมุนของใบพัดก็จะยิ่งสูงขึ้น

(ภาพด้านบน) การไหลของอากาศจะเคลื่อนที่เร็วขึ้นตามพื้นผิวนำของใบพัดที่กำลังหมุน ซึ่งจะช่วยลดความกดอากาศที่ด้านหน้าและทำให้เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

เครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยใบพัดจะทะยานขึ้นสู่อากาศด้วยแรงขับที่เกิดจากการหมุนของใบพัด

ปลายใบพัดที่หมุนได้จะมีลักษณะเป็นเกลียวในอากาศ ปริมาณอากาศที่ใบพัดดันผ่านนั้นขึ้นอยู่กับขนาดของใบพัดและความเร็วในการหมุน ใบพัดเพิ่มเติมและมอเตอร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นสามารถเพิ่มประสิทธิภาพที่เป็นประโยชน์ของใบพัดได้

ทำไมใบพัดจึงมีรูปทรงบิดเบี้ยว?

หากใบพัดเหล่านี้แบน อากาศจะกระจายไปทั่วพื้นผิวอย่างสม่ำเสมอ ทำให้เกิดความต้านทานต่อการหมุนของใบพัดเท่านั้น แต่เมื่อใบพัดโค้งงอ การไหลของอากาศที่สัมผัสกับพื้นผิวจะมีทิศทางของตัวเองในแต่ละจุดบนพื้นผิวของใบพัด รูปทรงของใบมีดนี้ทำให้สามารถตัดผ่านอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และรักษาอัตราส่วนที่เหมาะสมที่สุดระหว่างแรงดึงและแรงต้านของอากาศ

ใบพัดพร้อมมุมเอียงที่ปรับเปลี่ยนได้ มุมที่ติดตั้งใบมีดในดุมโรเตอร์เรียกว่ามุมกรวยเริ่มต้น ในเครื่องบินบางลำมุมนี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้และทำให้สูงสุด งานที่มีประโยชน์ใบพัดภายใต้สภาวะการบินต่างๆ กล่าวคือ ระหว่างการบินขึ้น ไต่ระดับ หรือล่องเรือ

เนื่องจากขาดทางเลือกที่สมเหตุสมผล เครื่องบินเกือบทั้งหมดในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ผ่านมาจึงติดตั้งเครื่องยนต์ลูกสูบและใบพัด เพื่อปรับปรุงลักษณะทางเทคนิคและการบินของอุปกรณ์ จึงเสนอการออกแบบใบพัดใหม่ที่มีคุณสมบัติบางอย่าง ในช่วงกลางทศวรรษที่สามสิบ มีการเสนอการออกแบบใหม่ทั้งหมดที่ให้ความสามารถที่ต้องการ ผู้แต่งคือนักออกแบบชาวดัตช์ A.Ya. เด็กเกอร์.

Adriaan Jan Dekker เริ่มทำงานในด้านระบบสกรูตั้งแต่อายุยี่สิบ จากนั้นเขาก็พัฒนาการออกแบบใบพัดใหม่สำหรับ กังหันลม- เพื่อปรับปรุงลักษณะพื้นฐาน นักประดิษฐ์เสนอให้ใช้เครื่องบินที่มีลักษณะคล้ายปีกเครื่องบิน ในปีพ.ศ. 2470 ใบพัดดังกล่าวได้รับการติดตั้งในโรงงานแห่งหนึ่งในประเทศเนเธอร์แลนด์ และไม่นานก็ได้รับการทดสอบ ในช่วงต้นทศวรรษหน้ามีการใช้ใบพัดดังกล่าวสามโหลและในปี พ.ศ. 2478 มีโรงงาน 75 แห่งติดตั้งไว้แล้ว

เครื่องบินทดลองพร้อมใบพัด A.Ya. เด็กเกอร์. ภาพถ่าย Oldmachinepress.com

ในวัยสามสิบต้นๆ หลังจากการทดสอบและการนำไปใช้งาน การออกแบบใหม่ที่โรงสี A.Ya. Dekker เสนอให้ใช้หน่วยที่คล้ายกันในการบิน จากการคำนวณของเขา ใบพัดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสามารถใช้เป็นใบพัดเครื่องบินได้ ในไม่ช้าความคิดนี้ก็เป็นทางการในรูปแบบของเอกสารที่จำเป็น นอกจากนี้ผู้ออกแบบยังกังวลเกี่ยวกับการได้รับสิทธิบัตรอีกด้วย

การใช้งาน การออกแบบที่ไม่ได้มาตรฐานใบพัด ตามที่ผู้ประดิษฐ์คิดขึ้น ควรมีข้อได้เปรียบเหนือระบบที่มีอยู่บางประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันเป็นไปได้ที่จะลดความเร็วของใบพัดในขณะที่ได้รับแรงขับที่เพียงพอ ในเรื่องนี้การประดิษฐ์ของ A.Ya. Dekker มักถูกเรียกว่า "ใบพัดความเร็วรอบต่ำ" การออกแบบนี้ได้รับการตั้งชื่อในสิทธิบัตรด้วย

ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรครั้งแรกในปี พ.ศ. 2477 เมื่อปลายเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2479 A.Ya. Dekker ได้รับสิทธิบัตรของอังกฤษหมายเลข 450990 ซึ่งยืนยันถึงความสำคัญในการสร้างระบบขับเคลื่อนด้วยสกรูแบบดั้งเดิม ไม่นานก่อนที่จะมีการออกสิทธิบัตรฉบับแรก คำขออื่นก็ปรากฏขึ้น สิทธิบัตรฉบับที่สองออกในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2480 ไม่กี่เดือนก่อนหน้านี้ นักออกแบบชาวดัตช์รายนี้ส่งเอกสารไปยังสำนักงานสิทธิบัตรของฝรั่งเศสและสหรัฐอเมริกา หลังออกเอกสาร US 2186064 เมื่อต้นปี พ.ศ. 2483

การออกแบบสกรูของรุ่นที่สอง การวาดภาพสิทธิบัตร

สิทธิบัตรอังกฤษหมายเลข 450990 อธิบายไว้ การออกแบบที่ผิดปกติใบพัดสามารถให้ประสิทธิภาพที่เพียงพอพร้อมการลดปัจจัยลบบางประการ ผู้ออกแบบเสนอให้ใช้ศูนย์กลางใบพัดรูปทรงโอจิฟขนาดใหญ่ซึ่งเปลี่ยนเข้าสู่จมูกของลำตัวเครื่องบินได้อย่างราบรื่น ต้องติดใบมีดขนาดใหญ่เข้ากับมันอย่างแน่นหนา รูปร่างผิดปกติ- มันเป็นรูปทรงดั้งเดิมของใบมีดตามที่ A.Ya. Dekker สามารถนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ต้องการได้

ใบพัดของใบพัด "ความเร็วต่ำ" ควรมีอัตราส่วนภาพต่ำและมีความยาวคอร์ดมาก ควรติดตั้งโดยทำมุมกับแกนตามยาวของดุมล้อ ใบมีดได้รับโปรไฟล์ตามหลักอากาศพลศาสตร์พร้อมจมูกที่หนาขึ้น เสนอให้ทำส่วนปลายของใบมีดเป็นรูปลูกศร ส่วนปลายตั้งอยู่เกือบขนานกับแกนการหมุนของใบพัดและเสนอให้ทำขอบส่วนท้ายโค้งด้วยส่วนปลายที่ยื่นออกมา

โครงสร้างภายในของสกรูและกระปุกเกียร์ การวาดภาพสิทธิบัตร

โครงการแรกในปี พ.ศ. 2477 เกี่ยวข้องกับการใช้ใบมีดสี่ใบ ต้องติดตั้งสกรูของการออกแบบนี้บนเพลาที่ยื่นออกมาจากกระปุกเกียร์ที่มีคุณสมบัติตามที่กำหนด พื้นที่สำคัญของใบพัดรวมกับโปรไฟล์แอโรไดนามิกควรจะเพิ่มแรงขับ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะได้รับแรงขับที่เพียงพอที่ความเร็วต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับใบพัดของการออกแบบแบบดั้งเดิม

หลังจากยื่นคำขอรับสิทธิบัตรฉบับแรก A.Ya. Dekker ทดสอบใบพัดทดลองและได้ข้อสรุปบางประการ ในระหว่างการตรวจสอบพบว่าการออกแบบที่เสนอมีข้อเสียบางประการ ดังนั้นการไหลของอากาศด้านหลังใบพัดจึงแยกออกไปด้านข้าง และมีเพียงส่วนเล็ก ๆ เท่านั้นที่ผ่านไปตามลำตัว สิ่งนี้ส่งผลให้ประสิทธิภาพของหางเสือลดลงอย่างมาก ดังนั้นใน แบบฟอร์มที่มีอยู่ไม่สามารถใช้สกรู Decker ได้ในทางปฏิบัติ

การพัฒนาเพิ่มเติมของใบพัดดั้งเดิมทำให้เกิดรูปลักษณ์ของการออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงพร้อมข้อแตกต่างที่สำคัญหลายประการ เธอคือผู้ที่กลายเป็นหัวข้อของสิทธิบัตรอังกฤษฉบับที่สองและฉบับแรกของอเมริกา เป็นที่น่าสนใจที่เอกสารจากสหรัฐอเมริกาไม่เหมือนกับเอกสารภาษาอังกฤษที่อธิบายไม่เพียง แต่ใบพัดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการออกแบบไดรฟ์ด้วย

เครื่องบิน Fokker C.I - เครื่องจักรที่คล้ายกันกลายเป็นห้องทดลองการบินสำหรับทดสอบแนวคิดของ A.Ya. เด็กเกอร์. ภาพถ่าย Airwar.ru

ผลิตภัณฑ์ที่อัปเดตใบพัดความเร็วหมุนต่ำควรจะมีใบพัดโคแอกเซียลหมุนสวนทางกันสองตัว ยังคงเสนอให้สร้างใบพัดด้านหน้าโดยใช้ศูนย์กลางที่มีความคล่องตัวขนาดใหญ่ ควรติดใบพัดด้านหลังเข้ากับหน่วยทรงกระบอกที่มีขนาดใกล้เคียงกัน เช่นเดียวกับโปรเจ็กต์ก่อนหน้านี้ สปินเนอร์ใบพัดด้านหน้าและวงแหวนใบพัดด้านหลังสามารถใช้เป็นแฟริ่งจมูกของเครื่องบินได้

ใบพัดทั้งสองจะได้รับใบพัดที่มีการออกแบบคล้ายกันซึ่งเป็นการพัฒนาจากโครงการแรก ขอย้ำอีกครั้งว่าจำเป็นต้องใช้ใบมีดโค้งที่มีอัตราส่วนกว้างยาวต่ำ โดยมีการพัฒนาโปรไฟล์ตามหลักอากาศพลศาสตร์ แม้จะมีขอบนำแบบกวาด แต่ความยาวของโปรไฟล์ก็เพิ่มขึ้นจากโคนถึงปลาย ทำให้เกิดเส้นโค้งลักษณะเฉพาะของขอบท้าย

ตามคำอธิบายสิทธิบัตร ใบพัดด้านหน้าควรหมุนทวนเข็มนาฬิกา (เมื่อมองจากด้านนักบิน) ใบพัดด้านหลัง - ตามเข็มนาฬิกา ใบพัดจะต้องติดตั้งตามนั้น จำนวนใบพัดขึ้นอยู่กับลักษณะที่ต้องการของใบพัด สิทธิบัตรแสดงให้เห็นการออกแบบที่มีใบพัดสี่ใบในแต่ละใบพัด ในขณะที่ได้รับต้นแบบในภายหลัง จำนวนที่มากขึ้นเครื่องบิน

ขั้นตอนการประกอบสกรูเดิม คุณสามารถตรวจสอบองค์ประกอบภายในของผลิตภัณฑ์ได้ ภาพถ่าย Oldmachinepress.com

สิทธิบัตรของอเมริกาอธิบายถึงการออกแบบกระปุกเกียร์ดั้งเดิมซึ่งทำให้สามารถส่งแรงบิดจากเครื่องยนต์หนึ่งไปยังใบพัดหมุนสวนทางสองตัวได้ เสนอให้เชื่อมต่อเพลาเครื่องยนต์กับซันเกียร์ของวงจรดาวเคราะห์ดวงแรก (ด้านหลัง) ของกระปุกเกียร์ การใช้วงแหวนเฟืองที่ยึดอยู่กับที่ กำลังถูกส่งไปยังเฟืองดาวเทียม ผู้ให้บริการของพวกเขาเชื่อมต่อกับเพลาใบพัดด้านหน้า เพลานี้ยังเชื่อมต่อกับเฟืองดวงอาทิตย์ของเฟืองดาวเคราะห์ตัวที่สองด้วย ส่วนรองรับการหมุนของดาวเทียมนั้นเชื่อมต่อกับเพลากลวงของใบพัดด้านหลัง การออกแบบกระปุกเกียร์นี้ทำให้สามารถควบคุมความเร็วในการหมุนของสกรูได้พร้อมกันรวมทั้งรับประกันการหมุนในทิศทางตรงกันข้าม

ตามความคิดของนักประดิษฐ์ แรงผลักดันหลักจะถูกสร้างขึ้นโดยใบพัดด้านหน้า ในทางกลับกันมีหน้าที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนเส้นทางการไหลของอากาศที่ถูกต้องและทำให้สามารถกำจัดผลกระทบด้านลบที่พบในโครงการพื้นฐานได้ หลังจากใช้ใบพัดโคแอกเชียลสองใบ ลมจะไหลผ่านลำตัว และโดยปกติแล้วควรจะเป่าส่วนท้ายด้วยหางเสือ เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ดังกล่าว ใบพัดด้านหลังอาจมีความเร็วในการหมุนลดลง - ประมาณหนึ่งในสามของใบพัดด้านหน้า

แรงขับของใบพัดดั้งเดิมนั้นถูกสร้างขึ้นโดยคำนึงถึงการใช้งานที่เป็นไปได้ในโครงการเครื่องบินใหม่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำการทดสอบทั้งหมด ในตอนต้นของปี พ.ศ. 2479 Adriaan Jan Dekker ได้ก่อตั้งบริษัท Syndicaat Dekker Octrooien ของตัวเองขึ้น ซึ่งจะทำการทดสอบใบพัดดั้งเดิม และหากได้รับผลลัพธ์ที่เป็นบวก ก็เริ่มส่งเสริมสิ่งประดิษฐ์นี้ในอุตสาหกรรมการบิน

ใบพัดสำเร็จรูปบนเครื่องบิน ภาพถ่าย Oldmachinepress.com

เมื่อปลายเดือนมีนาคมของปีเดียวกัน Dekker Syndicate ได้ซื้อเครื่องบินเครื่องบินสองชั้น Fokker C.I ที่ผลิตโดยชาวดัตช์ มีการติดตั้งเครื่องนี้ซึ่งมีน้ำหนักบินขึ้นสูงสุดเพียง 1,255 กิโลกรัม เครื่องยนต์เบนซินบีเอ็มดับเบิลยู IIIa 185 แรงม้า ด้วยใบพัดไม้สองใบมาตรฐาน สามารถทำความเร็วได้สูงถึง 175 กม./ชม. และบินได้สูงถึง 4 กม. หลังจากปรับโครงสร้างและติดตั้งใบพัดใหม่แล้ว เครื่องบินปีกสองชั้นก็ควรจะกลายเป็นห้องทดลองการบิน ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2480 บริษัท A.Ya. Dekkera จดทะเบียนเครื่องบินที่ทันสมัย เขาได้รับหมายเลข PH-APL

ในระหว่างการปรับโครงสร้างใหม่ เครื่องบินต้นแบบสูญเสียบังลมมาตรฐานและชิ้นส่วนอื่นๆ บางส่วนไป แต่กลับมีกระปุกเกียร์ดั้งเดิมและ "ใบพัดความเร็วต่ำ" คู่หนึ่งถูกวางไว้ที่ส่วนหน้าของลำตัว ใบพัดด้านหน้าได้รับใบพัดหกใบ ใบพัดด้านหลังมีเจ็ดใบ พื้นฐานของใบพัดใหม่คือดุมคู่ที่ประกอบจากโครงอะลูมิเนียมพร้อมโครงที่ทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน ใบมีดมีการออกแบบที่คล้ายกัน เนื่องจากการติดตั้งสกรูทำให้จมูกของรถเปลี่ยนรูปร่างอย่างเห็นได้ชัดที่สุด ในเวลาเดียวกัน แฟริ่งทรงกระบอกของโรเตอร์ด้านหลังไม่ได้ยื่นออกมาเกินผิวหนังลำตัว

การทดสอบห้องปฏิบัติการบินด้วยใบพัดดั้งเดิมเริ่มต้นขึ้นในปี พ.ศ. 2480 เดียวกัน สนามบินอิเพนเบิร์กกลายเป็นสถานที่สำหรับพวกเขา เปิดแล้ว ระยะแรกจากการตรวจสอบพบว่าใบพัดโคแอกเซียลที่มีใบพัดอัตราส่วนต่ำสามารถสร้างแรงผลักดันที่ต้องการได้อย่างแท้จริง ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา รถจึงสามารถขับแท็กซี่และวิ่งจ๊อกกิ้งได้ นอกจากนี้ในช่วงเวลาหนึ่งผู้ทดสอบพยายามยกรถขึ้นไปในอากาศ เป็นที่ทราบกันดีว่า Fokker C.I ที่มีประสบการณ์สามารถดำเนินการได้หลายวิธี แต่ไม่มีการพูดถึงการบินขึ้นเต็มรูปแบบ

มุมมองด้านหน้า. ภาพถ่าย Oldmachinepress.com

การทดสอบเครื่องบินต้นแบบเผยให้เห็นทั้งข้อดีและข้อเสีย โครงการเดิม- พบว่าใบพัดคู่หนึ่งที่หมุนทวนสามารถสร้างแรงผลักดันที่ต้องการได้อย่างแท้จริง ในเวลาเดียวกันชุดประกอบกลุ่มใบพัด - มอเตอร์มีความโดดเด่นด้วยขนาดที่ค่อนข้างเล็ก ข้อดีอีกประการหนึ่งของการออกแบบคือเสียงรบกวนที่ลดลงซึ่งเกิดจากเบลดที่มีอัตราส่วนภาพต่ำ

อย่างไรก็ตาม มันก็ไม่ได้ไร้ปัญหา ใบพัดอากาศ A.Ya. Dekker และกระปุกเกียร์ที่เขาต้องการแตกต่างจากตัวอย่างที่มีอยู่ เนื่องจากมีความซับซ้อนมากเกินไปในการผลิตและการบำรุงรักษา นอกจากนี้ ใบพัดทดลองที่ติดตั้งบน Fokker C.I มีลักษณะแรงขับไม่เพียงพอ ช่วยให้เครื่องบินเคลื่อนที่บนพื้นและพัฒนาความเร็วได้ค่อนข้างสูง แต่แรงขับไม่เพียงพอสำหรับการบิน

เห็นได้ชัดว่าการทดสอบดำเนินต่อไปจนถึงต้นทศวรรษที่สี่สิบ แต่พวกเขาไม่ได้นำไปสู่ผลลัพธ์ที่แท้จริงเป็นเวลาหลายปี การทำงานเพิ่มเติมถูกขัดขวางโดยสงคราม ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2483 นาซีเยอรมนีโจมตีเนเธอร์แลนด์ และเพียงไม่กี่วันต่อมา เครื่องบินทดลองที่มีใบพัดที่ไม่ธรรมดาก็กลายเป็นถ้วยรางวัลของผู้รุกราน ผู้เชี่ยวชาญชาวเยอรมันคาดว่าจะแสดงความสนใจในการพัฒนานี้ ในไม่ช้าห้องปฏิบัติการการบินก็ถูกส่งไปยังสนามบินแห่งหนึ่งใกล้กรุงเบอร์ลิน

เครื่องยนต์สตาร์ท ใบพัดเริ่มหมุน ยังมาจากหนังข่าวเลย

มีข้อมูลเกี่ยวกับการทดสอบบางอย่างที่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน แต่การทดสอบเหล่านี้จบลงอย่างรวดเร็ว ตามรายงานบางฉบับ ความพยายามครั้งแรกของชาวเยอรมันในการยกเครื่องบินขึ้นสู่อากาศจบลงด้วยอุบัติเหตุ รถไม่ได้รับการบูรณะ และนี่คือจุดที่เรื่องราวของโครงการอันกล้าหาญสิ้นสุดลง เครื่องบินเพียงลำเดียวที่ติดตั้งใบพัดที่มีความเร็วรอบต่ำไม่สามารถทำงานได้ดีด้วย ด้านที่ดีที่สุดและด้วยเหตุนี้จึงมาจาก ความคิดเดิมปฏิเสธ. ต่อจากนั้นมีการใช้ใบพัดแบบเดิมในปริมาณมากเท่านั้น

ตามแนวคิดที่เป็นรากฐานของการออกแบบดั้งเดิม "ใบพัดความเร็วต่ำ" แบบพิเศษควรจะเป็นทางเลือกที่ครบครันสำหรับระบบที่ออกแบบแบบดั้งเดิม แตกต่างจากสิ่งเหล่านี้ในความซับซ้อนบางประการ อาจมีข้อได้เปรียบในรูปแบบของขนาดที่เล็กลง ลดความเร็ว และลดเสียงรบกวน อย่างไรก็ตาม การแข่งขันไม่ได้ผล พัฒนาโดย A.Ya. Deckera ไม่สามารถทำการทดสอบให้เสร็จสิ้นทั้งหมดได้

บางทีอาจจะเป็น การพัฒนาต่อไปใบพัดดั้งเดิมสามารถแสดงคุณลักษณะที่ต้องการและค้นหาการใช้งานในโครงการเครื่องบินบางประเภทได้ อย่างไรก็ตาม ความต่อเนื่องของงานถูกชะลอลงเนื่องจากปัญหาและสถานการณ์ต่างๆ และในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2483 โครงการก็หยุดลงเนื่องจากการโจมตีของเยอรมัน หลังจากนั้น ความคิดที่ผิดปกติฉันถูกทิ้งให้ไร้อนาคตโดยสิ้นเชิง ในอนาคตใน ประเทศต่างๆการออกแบบใบพัดที่น่าหวังกำลังดำเนินการอยู่อีกครั้ง แต่ไม่มีการสร้างอะนาล็อกโดยตรงของระบบ Adriaan ของ Jan Dekker

ขึ้นอยู่กับวัสดุ:
https://oldmachinepress.com/
http://anyskin.tumblr.com/
http://hdekker.info/
http://strangernn.livejournal.com/
https://google.com/patents/US2186064

ในอดีต เครื่องบินใบพัดแบบจำลองของฉันมักจะจบการบินด้วยการดิ่งลงเหวฉุกเฉินเสมอ การออกแบบที่อธิบายไว้ที่นี่ช่วยแก้ปัญหานี้โดยใช้โครงกันลื่นน้ำหนักเบาซึ่งทำหน้าที่เหมือนกลไกการลงจอด การป้องกันนี้จะเหมาะสมก็ต่อเมื่อเครื่องบินถูกปล่อยที่ กลางแจ้งหรือในห้องที่ใหญ่และกว้างขวาง

แผนการเรียน:
ความยาก: 3.5/5
การเตรียมการ: 2/5
การประกอบ: 1/5
การทำความสะอาด: 1/5

งานเตรียมการ:
พับและตัดแผ่นกระดาษแข็งครึ่งหนึ่งตามยาว

บอกนักเรียนว่าพวกเขาจะสร้างเครื่องบินที่สามารถบินขึ้นจากพื้นหรือโต๊ะได้ บินได้ในระยะอย่างน้อย 5 เมตร และลงจอดอย่างราบรื่น เนื่องจากนี่เป็นโปรเจ็กต์ที่ค่อนข้างง่าย ฉันขอแนะนำให้สร้างโมเดลร่วมกับนักเรียนของคุณอย่างน้อยบางส่วน โดยแสดงให้พวกเขาเห็นขั้นตอนพื้นฐานของการประกอบในขณะที่คุณดำเนินการ มีหลายขั้นตอนในคลาสมาสเตอร์นี้ ดังนั้นพยายามเบี่ยงเบนไปจากแผนให้น้อยที่สุด งานพื้นฐานอธิบายไว้ในขั้นตอนที่ 2-6

วัตถุประสงค์ของการศึกษา:
ในระหว่างการบรรยายแบบปากเปล่า นักเรียนจะได้เรียนรู้แนวคิดพื้นฐานสี่ประการในการบิน: การยก แรงขับ ความมั่นคง และน้ำหนัก

ขณะที่นักเรียนทดสอบเครื่องบินของตนเองและวิเคราะห์ผลลัพธ์ พวกเขาจะสามารถหารือเกี่ยวกับข้อบกพร่องที่เป็นไปได้และวิธีแก้ไขกับครู นักเรียนจะสามารถเปลี่ยนแบบจำลองของตนเองและทำซ้ำขั้นตอนนี้ได้อีกครั้ง

เมื่อนักเรียนสามารถสร้างโมเดลเครื่องบินค้ำยันที่ลอยได้อย่างสวยงามแล้ว พวกเขาก็จะสามารถเพิ่มรูปแบบการบินที่ซับซ้อนมากขึ้นได้โดยการเลี้ยวหรือวนซ้ำ

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุ

2 แท่ง
- ครึ่งแท่ง 2 อัน
- หลอดดื่ม 2 อัน
- ยางยืดเส้นเล็ก 2 เส้น
- กระดาษแข็ง 1 แผ่น
- คลิปหนีบกระดาษ 1 อัน
- ใบพัด 1 อัน
- เทปกาว
- ดินสอหรือปากกามาร์กเกอร์สำหรับระบายสี

ใบพัดสามารถซื้อได้ทางออนไลน์

ขั้นตอนที่ 2: เพลาใบพัด

อธิบายแง่มุมการออกแบบที่สำคัญให้นักเรียนฟังไปพร้อมๆ กัน โดยให้ตัวอย่างงานของคุณเองโดยตรงแก่พวกเขา เพลาสกรูเพียงรองรับและยืดแถบยางที่จะใช้เป็นแหล่งพลังงาน ยึดคลิปหนีบกระดาษให้แน่นด้วยเทปพันสายไฟ!

ทันทีที่คุณรัดยางรัดไว้ เพลาใบพัดจะส่งแรงตามแนวแกนให้กับเครื่องบิน โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือสิ่งที่ผลักดันเครื่องบินไปข้างหน้า ลองจินตนาการว่าคุณกำลังนั่งอยู่บนเก้าอี้ที่มีล้อ หากคุณดันกำแพงด้วยเท้า คุณจะนั่งเก้าอี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นที่นี่ ขณะที่ใบพัดหมุน มันจะบังคับอากาศเข้าหาเครื่องบินและดันอากาศไปทางด้านหลังของเครื่องบิน ด้วยการดันอากาศไปข้างหลัง ใบพัดจะสร้างฟันเฟืองที่ทำให้เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

ขั้นตอนที่ 3: ปีก หาง และตัวกันโคลง

สิ่งที่สำคัญที่สุดที่เครื่องบินต้องมีในการบินคือการยก การยกจะเกิดขึ้นเมื่อมีการกดอากาศที่ด้านล่างของปีก ยิ่งปีกใหญ่ก็ยิ่งมีแรงยกมากขึ้น กระดาษพับครึ่งแล้วตัดเป็นมุมเพราะเราต้องการให้ปีกมีขนาดใหญ่ขึ้นตรงกลางระนาบที่หนักที่สุด หากคุณทำให้ปีกเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า เครื่องบินอาจบินสูงเกินไปในด้านใดด้านหนึ่งของปีก ซึ่งในที่สุดจะนำไปสู่การชนได้

พับกระดาษที่เหลือครึ่งหนึ่งแล้วตัดออก ชิ้นส่วนเหล่านี้สามารถใช้เป็นส่วนท้ายและโคลงได้

ขั้นตอนที่ 4: ติดปีก หาง และโคลง

ใช้เทปพันสายไฟยาวๆ ทั่วทั้งด้ามเพื่อยึดปีกให้แน่น

กาวชิ้นสามเหลี่ยมสองชิ้นเข้าด้วยกันเป็นหาง หางติดกาวกับก้านในลักษณะเดียวกับปีก

ครึ่งหนึ่งของโคลงจะติดกาวไว้ที่หาง จากนั้นทั้งสองซีกจะติดกาวเข้าด้วยกันตรงกลาง

จับหาง กลับเครื่องบิน "ลอย" ขณะขึ้นเครื่อง อุปกรณ์กันโคลงก็มีความสำคัญเช่นกันเพราะช่วยให้เครื่องบินรักษาระดับได้โดยไม่เบี่ยงเบนหรือพลิกคว่ำ

ฉันชอบอธิบายความสำคัญของวัสดุกันลื่นด้วยวิธีนี้: ถือกระดาษแผ่นหนึ่ง (เช่น กระดาษแข็งครึ่งแผ่น) ไว้ข้างหน้าคุณ เป่าลมให้ทั่วขอบแผ่น จะเห็นว่ากระดาษแทบไม่ขยับเลย เนื่องจากอากาศไหลเวียนรอบๆ แผ่นกระดาษได้ง่าย เนื่องจากมีความเรียบและบาง ตอนนี้ถือกระดาษแผ่นหนึ่งที่ปลายด้านหนึ่งแล้วเป่า กระดาษจะเริ่มพัฒนาไปในทิศทางต่างๆ โดยจะงอตามความกดดันของอากาศ เนื่องจากอากาศไม่สามารถผ่านแผ่นได้ง่าย จะง่ายกว่ามากสำหรับอากาศที่จะดันใบไม้ออกไปจนกว่าจะอยู่ในแนวเดียวกับกระแสลม

โคลงทำงานบนหลักการเดียวกัน เมื่อเครื่องบินเคลื่อนที่ในแนวตรง อากาศจะไหลไปรอบๆ ตัวกันโคลงได้ง่าย แต่หากเครื่องบินเริ่มหมุน ด้านข้างของโคลงจะต้านทานการไหลของอากาศ อากาศจะกดบนโคลงจนกระทั่งเครื่องบินได้ระดับออกมา ช่วยให้เครื่องบินสามารถรักษาทิศทางได้อย่างมั่นคง

ในการออกแบบนี้ โคลงจะมีรูปทรงสามเหลี่ยม กระดาษแผ่นเรียบแผ่นเดียวไม่มั่นคงเกินไปเนื่องจากวัสดุกันลื่นจะทำให้การไหลของอากาศโค้งงอ ก่อนติดเหล็กกันโคลง ให้ยึดหนังยางเข้ากับระนาบ

ขั้นตอนที่ 5: แชสซีแบบลื่นไถล

อุปกรณ์ลงจอดแบบลื่นไถลช่วยให้เครื่องบินสามารถปล่อยเครื่องบินจากพื้นผิวเรียบได้เนื่องจากใบพัดจะยกสูงพอที่จะไม่สัมผัสพื้น นอกจากนี้อุปกรณ์ลงจอดยังทำหน้าที่สำคัญอีกประการหนึ่ง: เพิ่มน้ำหนักที่ด้านล่างของเครื่องบิน

ทำไมมันถึงสำคัญ? คำตอบไม่ชัดเจนในทันที หากคุณบิดแถบยางแล้วปล่อยเพื่อปล่อยเครื่องบิน แถบยางจะคลายออกทั้งสองด้าน ปลายด้านหนึ่งของหนังยางหมุนใบพัด ในขณะที่อีกด้านพยายามหมุนส่วนที่เหลือของเครื่องบิน! แน่นอนว่าเครื่องบินนั้นหมุนยากกว่ามากเพราะมันใหญ่กว่าและหนักกว่า แต่คุณยังสามารถสัมผัสได้ถึงแรงจำนวนหนึ่งที่หนังยางทำ และหากมีแรงมากเกินไป เครื่องบินก็จะเอียงไปด้านใดด้านหนึ่ง สูญเสียการทรงตัวและล้มได้

ในทางกลับกันน้ำหนักจากล้อลงจอดจะเพิ่มน้ำหนักให้กับเครื่องบินและส่งผลให้มีเสถียรภาพ ส่วนล่างของเครื่องบินจะหนักกว่าส่วนบนมาก และเครื่องบินจะต้านทานการเอียงหรือพลิกคว่ำได้ดีกว่ามาก

ขั้นตอนที่ 6: บิน!

ในการถอดออก ให้ใช้มือจับเพลาไว้ใกล้กับใบพัด เริ่มหมุนใบพัดตามเข็มนาฬิกา ตรวจสอบให้แน่ใจว่านักเรียนหันใบพัดออกจากตัวเองเพื่อให้เครื่องบินบินไปในทิศทางตรงกันข้ามจากพวกเขา มิฉะนั้น หากคุณปล่อยใบพัดโดยไม่ตั้งใจ คุณอาจได้รับบาดเจ็บได้

ทดลองด้วยจำนวนกำลังที่แตกต่างกัน และค้นหาจำนวนรอบการหมุนของใบพัดที่เหมาะสมที่สุด เพื่อให้ได้ระยะทางและคุณภาพการบินที่คุณต้องการ

ในการปล่อยเครื่องบิน ให้วางไว้บนพื้นผิวเรียบโดยให้ใบพัดหันออกจากตัวคุณ จับเพลาด้วยมือข้างหนึ่งอย่างนุ่มนวลแต่มั่นคง และถือใบพัดด้วยมืออีกข้างหนึ่ง ขั้นแรกให้ปล่อยใบพัด จากนั้นเพียงเสี้ยววินาทีจึงปล่อยเพลา เวลาเป็นสิ่งสำคัญและต้องใช้เวลาฝึกฝนเล็กน้อย เวลาระหว่างการปล่อยใบพัดและใบพัดจะเท่ากับระยะเวลาโดยประมาณหากคุณพูดว่า "ติ๊กต๊อก" นี่เป็นวิธีที่สะดวกในการอธิบายประเด็นนี้ให้นักเรียนทราบ ในขณะที่คุณพูดว่า "ติ๊ก" คุณจะต้องปล่อยใบพัด และเมื่อคุณพูดว่า "ต็อก" คุณจะต้องปล่อยใบพัด

เมื่อนักเรียนได้เรียนรู้เทคนิคการบินขั้นพื้นฐานแล้ว พวกเขาสามารถเริ่มทดลองกับเอฟเฟ็กต์ต่างๆ ได้ เช่น วนซ้ำ หมุนตัว หรือม้วนตัว!

ขั้นตอนที่ 7: ความปลอดภัย เคล็ดลับ และการแก้ไขปัญหา

โครงการนี้อาจเป็นอันตรายได้ด้วยเหตุผลสองประการ! 1. ใบพัดสามารถหมุนได้เร็วมากจนทำให้เกิดบาดแผลที่ผิวหนังได้ 2. ใบพัดอาจเข้าไปพัวพันได้ ผมยาว- ตรวจสอบให้แน่ใจว่านักเรียนจับใบพัดด้วยความระมัดระวังและเอาใจใส่ สำหรับเที่ยวบิน ให้เลือกเฉพาะพื้นที่เปิดโล่งขนาดใหญ่เพื่อไม่ให้เครื่องบินเจอสิ่งกีดขวางด้านหน้าหรือด้านข้าง

พื้นฐานของการเคลื่อนที่ในอากาศตามหลักอากาศพลศาสตร์คือการมีแรงที่ต้านแรงต้านของอากาศในการบินและแรงโน้มถ่วง ที่ทันสมัยทั้งหมด อากาศยานยกเว้นเครื่องร่อน มีเครื่องยนต์ที่แปลงกำลังเป็นพลังนี้ กลไกที่แปลงการหมุนของเพลา โรงไฟฟ้าแรงขับคือใบพัดเครื่องบิน

คำอธิบายของใบพัด

ใบพัดเครื่องบินเป็นอุปกรณ์เชิงกลที่มีใบพัดซึ่งหมุนด้วยเพลาเครื่องยนต์และสร้างแรงขับเพื่อขับเคลื่อนเครื่องบินในอากาศ ใบพัดจะดันอากาศกลับโดยการเอียงใบพัด ทำให้เกิดบริเวณด้านหน้าที่มีแรงดันต่ำและมีแรงดันสูงอยู่ด้านหลัง เกือบทุกคนบนโลกมีโอกาสได้เห็นอุปกรณ์นี้อย่างน้อยหนึ่งครั้งในชีวิต ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้คำจำกัดความทางวิทยาศาสตร์มากมาย ใบพัดประกอบด้วยใบพัด ดุมที่เชื่อมต่อกับเครื่องยนต์ผ่านหน้าแปลนพิเศษ น้ำหนักที่สมดุลบนดุม กลไกในการเปลี่ยนระยะพิทช์ของใบพัด และแฟริ่งที่หุ้มดุม

ชื่ออื่น

ใบพัดเครื่องบินมีอีกชื่อหนึ่งว่าอะไร? ในอดีตมีชื่อหลักอยู่สองชื่อ: ตัวใบพัดเองและใบพัด อย่างไรก็ตาม ต่อมามีชื่ออื่นๆ ปรากฏขึ้น โดยเน้นที่คุณสมบัติการออกแบบหรือ ฟังก์ชั่นเพิ่มเติมที่ได้รับมอบหมายให้หน่วยนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง:

• เฟเนสตรอน. ใบพัดสอดเข้าไปในช่องพิเศษที่ส่วนท้ายของเฮลิคอปเตอร์
• ใบพัด สกรูที่อยู่ในวงแหวนพิเศษ
• พัดลมใบพัด. เหล่านี้เป็นสกรูรูปลูกศรหรือรูปดาบในสองแถวโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางลดลง
• พัดลม. ระบบสำรองฉุกเฉินสำหรับจ่ายไฟจากการไหลของอากาศที่เข้ามา
• โรเตอร์ บางครั้งเรียกว่าโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์และอื่นๆ

ทฤษฎีสกรู

โดยแก่นของใบพัดเครื่องบิน ใบพัดเครื่องบินใดๆ ก็ตามเป็นปีกที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ในขนาดจิ๋ว ซึ่งดำเนินชีวิตตามกฎอากาศพลศาสตร์แบบเดียวกับปีก นั่นคือการเคลื่อนที่ในสภาพแวดล้อมของชั้นบรรยากาศ ใบพัดเนื่องจากโปรไฟล์และความเอียงของพวกมันจึงสร้างการไหลของอากาศที่ แรงผลักดันอากาศยาน. ความแข็งแรงของการไหลนี้ นอกเหนือจากโปรไฟล์เฉพาะแล้ว ยังขึ้นอยู่กับเส้นผ่านศูนย์กลางและความเร็วของการหมุนของสกรูอีกด้วย ในเวลาเดียวกันการพึ่งพาแรงผลักดันในการปฏิวัตินั้นเป็นกำลังสองและมีเส้นผ่านศูนย์กลาง - แม้จะยกกำลังที่ 4 สูตรแรงขับทั่วไปมีดังนี้: P = α * ρ * n 2 * D 4 โดยที่:

• α คือค่าสัมประสิทธิ์แรงขับของใบพัด (ขึ้นอยู่กับการออกแบบและโปรไฟล์ของใบพัด)
• ρ - ความหนาแน่นของอากาศ
• n - จำนวนรอบการหมุนของสกรู
• D - เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู

เป็นเรื่องน่าสนใจที่จะเปรียบเทียบกับสูตรที่กำหนดอีกสูตรหนึ่งที่ได้มาจากทฤษฎีเดียวกันของสกรู นี่คือกำลังที่จำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการหมุน: T = Β * ρ * n 3 * D 5 โดยที่ Β คือตัวประกอบกำลังที่คำนวณได้ของใบพัด

จากการเปรียบเทียบทั้งสองสูตรนี้ เห็นได้ชัดว่าการเพิ่มความเร็วของใบพัดเครื่องบินและการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด จะทำให้กำลังเครื่องยนต์ที่ต้องการเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ หากระดับแรงขับเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของการปฏิวัติและกำลังที่ 4 ของเส้นผ่านศูนย์กลาง กำลังของเครื่องยนต์ที่ต้องการจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของกำลังสองของการปฏิวัติและกำลังที่ 5 ของเส้นผ่านศูนย์กลางใบพัด เมื่อกำลังเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น น้ำหนักก็เพิ่มตามไปด้วย ซึ่งต้องใช้แรงฉุดลากมากขึ้น อีกหนึ่งวงจรอุบาทว์ในอุตสาหกรรมการบิน

ลักษณะของใบพัด

ใบพัดใดๆ ที่ติดตั้งบนเครื่องบินมีลักษณะชุดหนึ่งดังต่อไปนี้:

• เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู
• จังหวะเรขาคณิต (ขั้น) คำนี้หมายถึงระยะทางที่ใบพัดจะเคลื่อนที่เมื่อตัดเข้าสู่พื้นผิวแข็งตามทฤษฎีในการปฏิวัติครั้งเดียว
• การเดินคือระยะทางจริงที่ใบพัดเคลื่อนที่ในการหมุนหนึ่งครั้ง แน่นอนว่าค่านี้ขึ้นอยู่กับความเร็วและความเร็วในการหมุน
• มุมใบพัดคือมุมระหว่างระนาบและความเอียงที่แท้จริงของใบพัด
• รูปร่างใบมีด - ใบมีดที่ทันสมัยที่สุดจะมีรูปทรงโค้งมนคล้ายดาบ
• โปรไฟล์ใบมีด - ส่วนตัดขวางของใบมีดแต่ละใบตามกฎแล้วจะมีรูปทรงปีก
• คอร์ดเฉลี่ยของใบมีดคือระยะห่างทางเรขาคณิตระหว่างขอบนำหน้าและต่อท้าย

โดยที่ ลักษณะหลักสิ่งที่เหลืออยู่ของใบพัดเครื่องบินคือแรงผลักดัน ซึ่งก็คือสิ่งที่จำเป็นตั้งแต่แรก

ข้อดี

เครื่องบินที่ใช้ใบพัดเป็นตัวขับเคลื่อนนั้นประหยัดกว่า "พี่น้อง" เทอร์โบเจ็ทมาก ค่าสัมประสิทธิ์ การกระทำที่เป็นประโยชน์สูงถึง 86% ซึ่งเป็นมูลค่าที่ไม่สามารถบรรลุได้สำหรับการบินด้วยเครื่องบินไอพ่น นี่คือข้อได้เปรียบหลักของพวกเขาซึ่งนำพวกเขากลับมาให้บริการอีกครั้งในช่วงวิกฤตน้ำมันในยุค 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา ในการบินระยะทางสั้นๆ ความเร็วไม่สำคัญเมื่อเทียบกับประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องบินการบินในภูมิภาคส่วนใหญ่จึงขับเคลื่อนด้วยใบพัด

ข้อบกพร่อง

เครื่องบินที่มีใบพัดก็มีข้อเสียเช่นกัน ประการแรก นี่เป็นข้อเสีย "จลนศาสตร์" ล้วนๆ ในระหว่างการหมุน ใบพัดเครื่องบินซึ่งมีมวลของตัวเองจะส่งผลกระทบต่อตัวเครื่องบิน ตัวอย่างเช่น หากใบพัดหมุนตามเข็มนาฬิกา ร่างกายก็จะมีแนวโน้มที่จะหมุนตามลำดับทวนเข็มนาฬิกา ลมหมุนที่สร้างขึ้นโดยใบพัดจะโต้ตอบกับปีกและหางของเครื่องบิน ทำให้เกิดกระแสน้ำที่แตกต่างกันไปทางขวาและซ้าย ส่งผลให้เส้นทางการบินไม่มั่นคง

และสุดท้าย ใบพัดที่หมุนได้นั้นเป็นไจโรสโคปชนิดหนึ่ง กล่าวคือ มีแนวโน้มที่จะรักษาตำแหน่งไว้ ซึ่งทำให้เครื่องบินเปลี่ยนเส้นทางการบินได้ยาก ข้อเสียของใบพัดเครื่องบินเหล่านี้เป็นที่ทราบกันมานานแล้ว และนักออกแบบได้เรียนรู้ที่จะต่อสู้กับพวกมันโดยการนำความไม่สมดุลในการออกแบบตัวเรือหรือพื้นผิวการควบคุม (หางเสือ สปอยเลอร์ ฯลฯ ) เพื่อความเป็นธรรม ควรสังเกตว่าเครื่องยนต์ไอพ่นก็มีข้อเสีย "จลนศาสตร์" ที่คล้ายกัน แต่มีขอบเขตน้อยกว่าเล็กน้อย

ข้อเสียรวมถึงสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์การล็อคเมื่อการเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางและความเร็วของการหมุนของใบพัดเครื่องบินจนถึงขีด จำกัด บางอย่างหยุดสร้างผลกระทบในรูปแบบของแรงผลักดันที่เพิ่มขึ้น ผลกระทบนี้สัมพันธ์กับลักษณะที่ปรากฏในบางพื้นที่ของใบพัดอากาศที่ไหลด้วยความเร็วใกล้หรือความเร็วเหนือเสียงซึ่งก่อให้เกิดวิกฤตคลื่นนั่นคือการก่อตัวของคลื่นกระแทก สภาพแวดล้อมทางอากาศ- โดยพื้นฐานแล้ว พวกเขากำลังทำลายขอบเขตของเสียง ทั้งนี้ความเร็วสูงสุดของเครื่องบินแบบมีใบพัดจะต้องไม่เกิน 650-700 กม./ชม.

บางทีข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือเครื่องบินทิ้งระเบิด Tu-95 ซึ่งมีความเร็วสูงสุด 950 กม./ชม. ซึ่งก็คือความเร็วเกือบเสียง เครื่องยนต์แต่ละเครื่องมีใบพัดโคแอกเซียลสองตัวที่หมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ปัญหาสุดท้ายของเครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยใบพัดคือเสียงรบกวน ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่หน่วยงานการบินเข้มงวดมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง

การจัดหมวดหมู่

มีหลายทางเลือกในการจำแนกใบพัดเครื่องบิน แบ่งออกเป็นกลุ่มขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำรูปร่างของใบมีดเส้นผ่านศูนย์กลางปริมาณรวมถึงคุณสมบัติอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการจำแนกประเภทตามเกณฑ์สองประการ:

• ประการแรก ใบพัดจะมีระยะพิทช์แปรผันและพิทช์คงที่
• ประการที่สองคือการดึงและดันสกรู

อันแรกติดตั้งที่ส่วนหน้าของเครื่องบินและอันที่สองตามลำดับที่ส่วนหลัง เครื่องบินที่มีใบพัดดันปรากฏขึ้นก่อนหน้านี้ แต่จากนั้นก็ถูกลืมไประยะหนึ่งและเพิ่งปรากฏขึ้นอีกครั้งบนท้องฟ้าเมื่อไม่นานมานี้ ปัจจุบันข้อตกลงนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องบินขนาดเล็ก มีตัวเลือกที่ค่อนข้างแปลกใหม่พร้อมทั้งการดึงและการดันใบมีดในเวลาเดียวกัน เครื่องบินที่มีใบพัดอยู่ด้านหลังมีข้อดีหลายประการ โดยข้อดีหลักๆ คือ คุณภาพอากาศพลศาสตร์ที่สูงกว่า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากขาดการไหลเวียนของอากาศเพิ่มเติมจากใบพัดไปยังปีก จึงมีลักษณะการบินขึ้นและลงที่แย่กว่า

ใบพัดปรับระดับได้

เครื่องบินขนาดกลางและใหญ่สมัยใหม่เกือบทั้งหมดติดตั้งใบพัดแบบปรับระยะพิทช์ได้ ด้วยระยะพิทช์ที่ใหญ่ของใบพัด แรงขับก็จะมากขึ้น แต่ถ้าความเร็วของเครื่องยนต์ค่อนข้างต่ำ ความเร็วที่เพิ่มขึ้นจะช้ามาก สิ่งนี้คล้ายกับสถานการณ์ของรถยนต์มากเมื่อคุณพยายามออกเกียร์ให้สูงขึ้น

ความเร็วสูงและระยะพิทช์ของใบพัดเล็กทำให้เกิดอันตรายจากการไหลหยุดชะงักและแรงขับลดลงเหลือศูนย์ ดังนั้นในระหว่างการบิน ระดับเสียงจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ตอนนี้สิ่งนี้เสร็จสิ้นโดยอัตโนมัติ แต่ก่อนหน้านี้นักบินจะต้องตรวจสอบสิ่งนี้อย่างต่อเนื่องและปรับมุมเอียงด้วยตนเอง กลไกในการเปลี่ยนระยะพิทช์ของใบพัดประกอบด้วยบูชพิเศษพร้อมกลไกขับเคลื่อนที่หมุนใบพัดสัมพันธ์กับแกนหมุนตามระดับที่ต้องการ

การพัฒนาสมัยใหม่ในรัสเซีย

การปรับปรุงอุปกรณ์ไม่เคยหยุดนิ่ง ขณะนี้อยู่ระหว่างการทดสอบใบพัดใหม่สำหรับเครื่องบิน AB-112 มันจะใช้กับเครื่องบินขนส่งทหารเบา Il-112V เป็นใบพัด 6 ใบ ประสิทธิภาพ 87% เส้นผ่านศูนย์กลาง 3.9 เมตร ความเร็วรอบการหมุน 1200 รอบต่อนาที และระยะพิทช์แปรผันของใบพัด โปรไฟล์ใบมีดใหม่ได้รับการพัฒนาและดีไซน์ให้มีน้ำหนักเบาลง

ฉันคิดว่าคุณรู้อยู่แล้วว่าการหมุนของใบพัดส่งผลต่อตำแหน่งของเครื่องบินในอวกาศ ซึ่งอิทธิพลนี้มักจะไม่เป็นที่พึงปรารถนาและจำเป็นต้องทำอะไรบางอย่างเกี่ยวกับเรื่องนี้ โดยปกติแล้วสาเหตุของผลกระทบนี้เรียกว่า "แรงบิดของใบพัด" แต่มักจะเพิ่มบางอย่างเกี่ยวกับ "การเป่าหาง" บางครั้งมีการกล่าวถึง "กฎของ gimlet" ด้วย - แม้ว่าในความคิดของฉันสิ่งนี้จะอยู่เหนือความดีและความชั่วโดยสิ้นเชิง :) และนักเรียนนายร้อยก็มักจะพยักหน้าและแสร้งทำเป็นว่าพวกเขาเข้าใจทุกอย่าง

หากคุณเป็นคนหนึ่งที่เข้าใจทุกอย่างแล้ว อย่ารอช้าอยู่ในหน้านี้ สำหรับส่วนที่เหลือฉันจะพยายามอธิบายเรื่องนี้ให้ชัดเจนยิ่งขึ้นในแง่ของคนธรรมดา

สิ่งสำคัญ: ใบพัดจะหมุนทันที สี่ผลกระทบจากธรรมชาติที่แตกต่างกันส่งผลต่อตำแหน่งของเครื่องบินในอวกาศ สองอันมองเห็นได้ชัดเจนกว่าบนพื้นดิน และอีกสองอันมองเห็นได้ชัดเจนกว่าในอากาศ พวกเขาอยู่ที่นี่:

1. แรงบิดของสกรู
2. เป่าหางแนวตั้ง
3. ความไม่สมดุลของแรงขับของใบพัด
4. โมเมนต์ไจโรสโคปิก (precession)

แรงบิดของสกรู (Torque)- นี่คือปฏิกิริยาของเครื่องบินต่อการหมุนของใบพัดของมันเอง กฎข้อที่สามของนิวตันที่ใช้งานจริง เราคลายเกลียวสกรูในทิศทางเดียวและเพื่อเป็นการตอบโต้สกรูจะ "หมุน" เราไปในทิศทางตรงกันข้าม โชคดีที่เราหนักกว่าและชนะเสมอ แต่เรายังคงเอียงเล็กน้อย

ไม่ใช่เรื่องยากสำหรับผู้ที่ต้องรับมือกับเครื่องยนต์ของรถยนต์ที่จะจำไว้ว่าเมื่อมีการจ่ายแก๊สอย่างกะทันหัน เครื่องยนต์ซึ่งก่อนหน้านี้ไม่ได้ใช้งานจะเบี่ยงเบนไปด้านข้างอย่างเห็นได้ชัดด้วยเบาะยืดหยุ่น เครื่องยนต์ของเครื่องบินที่ได้รับโหมดการบินขึ้นจะทำสิ่งเดียวกัน และปฏิกิริยาของเครื่องบินจะถูกส่งไปยังลำตัวเครื่องบิน เฉพาะในเครื่องบินเท่านั้น เอฟเฟกต์นี้จะเพิ่มขึ้นทั้งจากมวลของใบพัดและจากความต้านทานที่สำคัญของอากาศที่ถูกรบกวน

ข้าว. 1: แรงบิดของสกรู (แรงบิด)

แล้วอันนี้ละ? แรงบิดปฏิกิริยาส่งผลต่อทิศทางการเคลื่อนที่ของเครื่องบินหรือไม่? ที่สำคัญที่สุดคืออิทธิพลของมันไม่ได้สังเกตเห็นได้ชัดเจนในอากาศ แต่อยู่บนพื้นในขณะที่กำลังบินขึ้น เครื่องบินหมุนเล็กน้อยซึ่งนำไปสู่การบีบอัดยางที่ไม่สม่ำเสมอ และในทางกลับกัน ก็มีส่วนช่วยในการดึงไปยังล้อที่รับน้ำหนักมากขึ้น นั่นคือทั้งหมดที่

เป่าหางแนวตั้ง (สลิปสตรีม)- นี่เป็นเหตุผลที่สองและสำคัญกว่ามากที่ทำให้เครื่องบินถูกดึงไปด้านข้างระหว่างการวิ่งขึ้น - ลง นั่นคือเหตุผลว่าทำไม "เมื่อเครื่องขึ้น - ลง Cessna จะดึงไปทางซ้าย" (หนึ่งในของจริง คำค้นหานำใครบางคนมาที่ไซต์ของฉัน) จามรีรัสเซียถูกดึงไปทางขวาเพราะว่า ใบพัดหมุนไปในทิศทางอื่น

ทำไมสิ่งนี้ถึงเกิดขึ้น? ใช่ ทุกอย่างง่ายมาก คุณอาจสังเกตเห็นว่าเครื่องบินโดยรวมนั้นค่อนข้างสมมาตรใช่ไหม ลำตัวสมมาตร ปีกสองข้างที่เหมือนกัน และอุปกรณ์กันโคลงแนวนอนแบบสมมาตร แต่มีองค์ประกอบหนึ่งที่โดดเด่นในเรื่องความไม่สมมาตร - นี่คือโคลงแนวตั้งที่ยื่นออกมาด้านบนเท่านั้น จริงๆ แล้ว มันอาจจะสมมาตร: สิ่งนี้ไม่เป็นอันตรายต่ออากาศพลศาสตร์ แต่ลักษณะการบินขึ้นและลงจอดแย่ลง เครื่องบินดังกล่าวจะแตะพื้นด้วยหางระหว่างการบินขึ้นและลง เห็นได้ชัดว่าสิ่งนี้ไม่ดี ดังนั้นจึงมีตัวกันโคลงแนวตั้งเพียงอันเดียว (พร้อมหางเสือ) อยู่ด้านบนเสมอ

ในเวลาเดียวกัน อากาศที่ใบพัดโยนกลับไปทางหางจะไม่เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง แต่ถูกบิดอย่างแรง โดยหมุนไปรอบๆ เครื่องบิน ส่วนหนึ่งของอากาศนี้จะ "กด" บนอุปกรณ์กันโคลงแนวตั้ง โดยเบนหางไปทางด้านข้าง และอีกส่วนหนึ่งจะบินอย่างอิสระใต้หางจากด้านล่าง ความแตกต่างของแรงดันบนโคลงแนวตั้งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าเครื่องบินจะเคลื่อนที่ไปด้านข้าง

ข้าว. 2: เป่าหางแนวตั้ง (Slipstream)

เป็นไปโดยไม่ได้บอกว่ายิ่งเครื่องยนต์มีแรงขับมากเท่าไร อากาศก็ยิ่งถูกโยนกลับมากขึ้นเท่านั้น และจะส่งผลต่อระบบกันโคลงแนวตั้งมากขึ้นด้วย นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการบินขึ้นอย่างแน่นอน เมื่อแรงขับอยู่ที่ระดับสูงสุด แย่กว่านั้นอีกที่ความเร็วลมต่ำในช่วงแรกของการบินขึ้น ประสิทธิภาพของหางเสือยังค่อนข้างน้อย และเพื่อแก้ไขการดริฟท์ของเครื่องบิน คุณต้องเหยียบแป้นเกือบจนสุด เมื่อความเร็วในการออกตัวเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพการบังคับเลี้ยวจะเพิ่มขึ้น และแรงกดแป้นเหยียบจะค่อยๆ ลดลง

สิ่งสำคัญคือต้องลดแรงกดบนแป้นเหยียบในอีกกรณีหนึ่ง: เมื่อเครื่องบินยังคงปรับระดับในอากาศและการปรับคันเร่งให้ต่ำจะทำให้ผลกระทบของการเป่าบนตัวกันโคลงแนวตั้งหายไปอย่างกะทันหัน หากไม่เสร็จสิ้น เครื่องบินจะหักเลี้ยวไปด้านข้างในช่วงเวลาที่ไม่เหมาะสมอย่างยิ่ง บางครั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อลงจอดโดยมีลมพัดขวาง คุณยังต้องวางเท้าอีกข้างลงเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้อุปกรณ์ลงจอดกระทบกับรันเวย์ แต่สิ่งนี้ไม่สามารถทำได้โดยใช้กลไกล้วนๆ การเหยียบคันเร่งควรจะเพียงพอพอดีเพื่อให้แกนของเครื่องบินขนานกับแกนของทางวิ่ง - และไม่มีอะไรเพิ่มเติม

เนื่องจากอิทธิพลของกระแสลมส่วนหางในแนวตั้งรวมกับอิทธิพลของแรงบิดของใบพัด (ดูด้านบน) ผลกระทบเหล่านี้จึงมักสับสนหรือกล่าวถึงเพียงสิ่งเดียวเท่านั้น: "กระแสลม" หรือ "ช่วงเวลา" อย่างไรก็ตาม ในทางเทคนิคแล้ว สิ่งเหล่านี้มีเอฟเฟกต์ที่แตกต่างกันสองประการ

ความไม่สมดุลของแรงขับของใบพัดเอฟเฟกต์นี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นเมื่อมีมุมขว้างของเครื่องบินมากขึ้น ปีนขึ้นไปหลังจากเครื่องขึ้น – ตัวอย่างที่ดีที่สุดสถานการณ์ดังกล่าว ในกรณีนี้ ความไม่สมดุลของแรงขับมักจะทำให้เครื่องบินหลุดอย่างแรง และต้องอาศัยความสนใจและการต่อต้านจากนักบินเพิ่มมากขึ้น

เหตุใดผลกระทบนี้จึงเกิดขึ้น? ท้ายที่สุดแล้วใบพัดมีความสมมาตรใช่ไหม? ที่นี่ฉันอาจต้องขจัดความเข้าใจผิดของใครบางคนเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของเครื่องบินในการปีน ผู้คนมักจะลืมไปว่า “ลมสัมพัทธ์” ไม่ได้ขนานกับแกนตามยาวของเครื่องบินเสมอไป ในความเป็นจริง เมื่อปีนเขา เครื่องบินไม่ได้บิน "จมูกไปข้างหน้า" แต่บิน "พุงไปข้างหน้า" สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากมุมการโจมตีที่กว้างด้วยความเร็วลมต่ำ และเนื่องจากเวกเตอร์แรงขับในชุดจะชี้ขึ้นด้านบนเล็กน้อยเสมอเพื่อดึงเครื่องบิน "ขึ้นเนิน"

ข้าว. 3. สาเหตุของความไม่สมดุลของแรงขับของใบพัด

ในกรณีนี้ ปรากฎเสมอว่าใบพัดด้านล่างมีมุมการโจมตีมากกว่าใบพัดด้านบน ถ้ามันยากสำหรับคุณที่จะจินตนาการ ก็แค่เชื่อว่ามันเป็นเช่นนั้น

เนื่องจากมุมการโจมตีของใบมีดแตกต่างกัน แรงผลักดันที่พัฒนาโดยใบมีดจึงแตกต่างกันเช่นกัน เป็นผลให้เครื่องบินหันเหไปทางด้านข้างหรือค่อนข้างจะเลื่อนและบินไปด้านข้างซึ่งอาจเป็นอันตรายเมื่อทำมุมสูงของการโจมตีในการปีน ที่นี่คุณต้องใส่ใจและเหยียบคันเร่ง - ไม่มีทางอื่นอีกแล้ว

เมื่อเปลี่ยนไปใช้การบินในแนวนอน จะต้องลดแรงกดบนแป้นเนื่องจากความไม่สมดุลของแรงขับของใบพัดในโหมดนี้จะลดลงอย่างมาก มันอาจหายไปโดยสิ้นเชิงหากแกนหมุนของใบพัดเกิดขึ้นพร้อมกันกับทิศทางของลมสัมพัทธ์อย่างสมบูรณ์ อย่างหลังค่อนข้างเป็นไปได้ในการบินจริงเพราะว่า โดยปกติปีกจะติดตั้งที่มุมหนึ่งกับแกนตามยาวของลำตัว เหล่านั้น. เครื่องบินสามารถบินในแนวนอนได้อย่างแน่นอน (และด้วยแรงขับที่สมมาตร) และมุมการโจมตีของปีกจะอยู่ที่ 3 องศาซึ่งเพียงพอที่จะรักษาการบินในแนวนอนได้

ข้าว. 4: แรงขับที่สมมาตรอย่างแน่นอนเป็นกรณีพิเศษ

โมเมนต์ไจโรสโคปิกหรือพรีเซสชั่น- อาจเป็นสิ่งที่เข้าใจยากที่สุด แต่ก็เป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่น่าสนใจที่สุด โดยพื้นฐานแล้ว ใบพัดคือไจโรสโคปที่ใหญ่ที่สุดที่ติดตั้งบนเครื่องบิน กฎหมายทั้งหมดที่ไจโรสโคปปฏิบัติตามนั้นมีผลบังคับใช้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสมัยก่อน ทุกครั้งที่คุณพยายามเบี่ยงเบนแกนไจโรสโคปในระนาบใดๆ ไจโรสโคปจะมีแนวโน้มที่จะเบนทิศทางอย่างอิสระในระนาบอื่นที่ตั้งฉากกับระนาบแรก ปัญหาคือเป็นไปไม่ได้เลยที่จะจำได้ว่าไจโรสโคปพยายามเบี่ยงเบนไปในทิศทางใดในระนาบที่สอง -

เพื่อให้เข้าใจสาระสำคัญของกระบวนการจากคำอธิบายที่ให้ไว้ใน "อากาศพลศาสตร์เชิงปฏิบัติ" ของสหภาพโซเวียต ฉันต้องอ่านสิบครั้ง แต่เนื่องจากฉันยังคงไม่สามารถเขียนคำอธิบายที่ดีไปกว่านี้ได้ ฉันจะอธิบายให้ครบถ้วน จำไว้ว่า:

ข้าว. 5: ต่อการอธิบายการกระทำไจโรสโคปิกของใบพัดหมุนซ้ายบนเครื่องบิน Yak-52 และ Yak-55

“ให้เราสมมติว่ามวลของใบพัดหมุนด้านซ้ายของเครื่องบิน Yak-52 และ Yak-55 มีความเข้มข้นในสองน้ำหนัก 1 และ 2 (รูปที่ 5)

ในขณะที่ใบพัดอยู่ในแนวตั้ง นักบินเอียงคันควบคุมเข้าหาตัวเอง ซึ่งทำให้ฝาครอบเครื่องบินถูกยกขึ้นสัมพันธ์กับขอบฟ้า การยกฝากระโปรงเครื่องบินขึ้นจะทำให้เกิดความเร็วของน้ำหนักบรรทุกและสัมพันธ์กับแกน Z ตามขวาง นอกเหนือจากความเร็วรอบนอกที่มีอยู่แล้วซึ่งสัมพันธ์กับแกน X ตามยาว

เมื่อโหลดอยู่ในตำแหน่งแนวนอน โดยความเฉื่อย พวกเขามีแนวโน้มที่จะรักษาความเร็วที่ได้รับแม้ว่าจะยกฝากระโปรงขึ้นสัมพันธ์กับขอบฟ้าก็ตาม อันเป็นผลมาจากการกระทำของความเร็วโหลดเหล่านี้ (มุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม - โหลด 1′ ถอยหลัง, โหลด 2′ ไปข้างหน้า) ช่วงเวลาหนึ่งเกิดขึ้นเรียกว่า โมเมนต์ไจโรสโคปิกของใบพัด Mu.gyr ภายใต้อิทธิพลของมัน เครื่องบินเริ่มเลี้ยวไปทางซ้าย (ด้วยใบพัดหมุนทางซ้าย)”

สิ่งที่ดีเกี่ยวกับโรงเรียนตะวันตกก็คือสามารถอธิบายให้ทุกคนฟังได้อย่างง่ายดายและง่ายดาย แม้กระทั่งคนโง่เขลา สิ่งต่าง ๆ ที่ทำให้รัสเซียสับสนห่างไกลจากนักเรียนโง่ ๆ ของสถาบันการบินมอสโก นี่คือภาพชนชั้นกลางที่จะช่วยคุณ:

ข้าว. 6: เอฟเฟกต์ไจโรสโคปิกของใบพัดเครื่องบิน

แต่โรงเรียนโซเวียตมักจะเข้าถึงรายละเอียดที่เล็กที่สุดเสมอ - และนี่คือ! แผนภาพที่ยอดเยี่ยม (มุมมองจากห้องนักบิน) เพื่อช่วยให้นักบินจดจำได้อย่างแม่นยำว่าเอฟเฟกต์ไจโรสโคปิกจะทำหน้าที่ในทิศทางใดเมื่อตำแหน่งครอบเปลี่ยน:

ข้าว. 7: การกระทำแบบไจโรสโคปิกของใบพัดหมุนซ้ายบนเครื่องบิน Yak-52 และ Yak-55

“ปฏิกิริยาของเครื่องบินที่เกิดขึ้นเมื่อหางเสือถูกเบี่ยงเบนเนื่องจากการกระทำของโมเมนต์ไจโรสโคปิกของใบพัดนั้นขึ้นอยู่กับทิศทางการเคลื่อนที่ของฝาครอบเครื่องบิน (รูปที่ 7)

ดังนั้น ทิศทางการเคลื่อนที่ของฝาครอบเครื่องบินที่สัมพันธ์กับขอบฟ้าภายใต้การกระทำของโมเมนต์ไจโรสโคปิกของใบพัดจึงถูกค้นพบได้โดยการขยับ 90° รอบแกนของใบพัดในทิศทางการหมุน”

อันที่จริงมันคือปัญญาทั้งหมด เพียงจำไว้ว่า แผนภาพด้านบนเป็นมุมมองจากห้องนักบิน ไม่ใช่มุมมองด้านหน้าของเครื่องบิน และโปรดจำไว้ว่าในเซสนาและเครื่องบินตะวันตกอื่นๆ ใบพัดจะหมุนไปในทิศทางอื่น ซึ่งหมายความว่าเครื่องบินจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม “ในทิศทางการหมุน”

โมเมนต์ไจโรสโคปิกรวมถึงความไม่สมดุลของแรงขับของใบพัดเป็นสิ่งที่ค่อนข้างไม่พึงประสงค์ เป็นปัญหาโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเลี้ยวเมื่อแกนหมุนของใบพัดเบี่ยงเบนอย่างต่อเนื่องเป็นเวลานาน ตัวอย่างเช่นบน Yak-18T เมื่อเลี้ยวขวาเครื่องบินจะพุ่งสูงขึ้น 20 เมตรเสมอและเมื่อเลี้ยวซ้ายเครื่องบินจะสูญเสียระดับความสูงเสมอ นอกจากนี้ โมเมนต์ไจโรสโคปิกยังเห็นได้ชัดเจนมากบนเครื่องบินที่มีล้อหาง ซึ่งในระหว่างการวิ่งขึ้นบิน จำเป็นต้องยกหางขึ้นจากพื้นก่อนโดยเลื่อนวงล้อควบคุมออกจากตัวคุณ แกนการหมุนของใบพัดเบี่ยงเบนไปในมุมที่กว้างมากและนี่คือจุดที่เครื่องบินโยกไปด้านข้าง ไม่ใช่ช่วงเวลาที่ดีที่สุดก็ควรสังเกต โชคดีที่เครื่องบินที่มีส่วนเสริมจมูกไม่มีคุณสมบัตินี้ อย่างไรก็ตาม ในอากาศ การเปลี่ยนแปลงระดับเสียงกะทันหันอาจทำให้ลื่นไถลได้ - ระวัง!

เอาล่ะ... ฉันหวังว่าเราจะได้ทราบถึงอิทธิพลของใบพัดที่มีต่อพฤติกรรมของเครื่องบินเครื่องยนต์เดี่ยวแล้ว ฉันจะบอกคุณแยกกันเกี่ยวกับคุณสมบัติของเครื่องบินหลายเครื่องยนต์เมื่อเวลาผ่านไป