Wirnik nośny: Różnice pomiędzy wersjami
| [wersja przejrzana] | [wersja przejrzana] |
Usunięta treść Dodana treść
m poprawiam przekierowania |
|||
Linia 1:
[[Plik:Aircraft.osprey.678pix.jpg|thumb|Statek powietrzny z przechylanymi wirnikami nośnymi]]
'''Wirnik nośny''' – zespół konstrukcyjny [[wiropłat]]u odpowiedzialny za:
* wytworzenie [[siła nośna|siły nośnej]] (podobnie jak [[Skrzydło (lotnictwo)|skrzydło samolotu]]),
* nadanie wiropłatowi prędkości postępowej (podobnie jak [[śmigło]]),
* wytworzenie momentów sterujących, do sterowania śmigłowcem. ([[Układ regulacji (automatyka)|sterowanie]]).
Wirnik nośny składa się z [[łopata (wirnika)|łopat]] ([[metal (materiałoznawstwo)|metalowych]], [[Drewno (technika)|drewnianych]] bądź [[Materiał kompozytowy|kompozytowych]]) oraz piasty osadzonej na [[
Napęd wirnika nośnego stanowi silnik (jeden lub więcej) [[Silnik tłokowy|tłokowy]] bądź [[Turbina|turbinowy]] o specjalnej konstrukcji. Powstały też śmigłowce, w których napęd wirnika nośnego stanowiły dysze bądź nawet całe silniki odrzutowe umieszczane na końcach łopat wirników. W przypadku konstrukcji o jednym wirniku napędzanym silnikiem poprzez wał napędowy w celu zrównoważenia momentu obrotowego konieczne jest stosowanie [[śmigło ogonowe|śmigła ogonowego]].
Linia 13 ⟶ 11:
Wirnik nośny jest podstawowym źródłem drgań i hałasu śmigłowca oraz stanowi zagrożenie dla otoczenia.
Cechą wirników nośnych ze zmiennym kątem natarcia łopat jest możliwość zapewnienia [[autorotacja|autorotacji]], czyli wiatrakowania wirnika w przypadku awarii zespołu napędowego. Do utrzymania obrotów wirnika wykorzystuje się wówczas energię przepływającego przez wirnik powietrza. Energię kinetyczną wirnika, dzięki dużemu momentowi bezwładności i dużej prędkości obrotowej, można wtedy wykorzystać do bezpiecznego wyhamowania wiropłatu przed przyziemieniem.
Śmigłowce najczęściej są budowane w tzw. układzie klasycznym: z jednym wirnikiem nośnym i śmigłem ogonowym. Bywają jednak śmigłowce z dwoma, a w przeszłości nawet z czterema i więcej wirnikami nośnymi (patrz: [[śmigłowiec#układy śmigłowców|śmigłowiec]]).
Linia 19 ⟶ 17:
== Wymagania stawiane wirnikom nośnym ==
'''Wymagania aerodynamiczne:'''
* Duża sprawność wirnika w locie silnikowym i w trakcie autorotacji
* Nieodrywanie się strug powietrza na końcowych odcinkach łopat
* [[Liczba Macha|Liczby Macha]] na końcach łopat mniejsze od wartości krytycznych (0,
* Minimalne odkształcenia profili łopat podczas lotu
* Małe momenty w przegubach głowicy
'''Wymagania dotyczące sztywności i trwałości:'''
* Brak [[rezonans
* Nieuleganie uszkodzeniom zmęczeniowym
* Brak występowania odkształceń trwałych
* Odpowiednia sztywność łopat na zginanie i skręcanie
'''Wymagania z zakresu produkcji:
* Prostota wykonania i powtarzalność geometrii
* Zamienność
* Łatwość wyważania.
Ponadto wirnik nośny powinien spełniać założenie lekkości przy jednoczesnym dużym momencie bezwładności wirnika względem osi obrotu koniecznym z uwagi na bezpieczeństwo podczas [[autorotacja|autorotacji]]. Wirnik nośny powinien być wyposażony w urządzenia tłumiące drgania i zabezpieczające przed kolizją z innymi częściami śmigłowca.
== Podział ==
Wirniki nośne możemy podzielić ze względu
* liczbę łopat,
* sposób sterowania skokiem,
* sposób łączenia łopat wirnika z głowicą.
Podane przykłady kategorii nie wykluczają się nawzajem.
Najważniejszym pod względem konstrukcyjnym jest podział wirników ze względu na sposób łączenia łopat z głowicą. Wyróżniamy wówczas wirniki:
* przegubowe,
* wahliwe,
* bezprzegubowe,
*
== Budowa wirnika nośnego ==
Linia 57 ⟶ 54:
Przekrój łopaty wirnika nośnego ma kształt [[profil lotniczy|profilu lotniczego]]. W początkowym okresie rozwoju wiropłatów na profile łopat wirników nośnych były stosowane profile symetryczne (np. NACA 0012, NACA 0015…). Obecnie, z uwagi na dążenie do uzyskania lepszych [[osiągi|osiągów]], na długości łopaty stosuje się różne ([[skręcenie aerodynamiczne]]), odpowiednio dobrane profile niesymetryczne. Najczęściej – z uwagi na technologię procesu produkcji – łopaty posiadają dwa profile, z których jeden na odcinku od nasady do ok. 0,7 długości promienia.
W rzucie z góry łopaty mają kształt prostokątny, przy czym mogą mieć różne końcówki:
* z eliptyczną owiewką,
* trapezową,
* ze skośnymi krawędziami natarcia i spływu,
* tzw. BERP (British Experimental Rotor Program)
Łopata wirnika nośnego posiada także [[skręcenie geometryczne]] polegające na tym, że nasada łopaty posiada inny (większy) kąt nastawienia niż jej końcówka.
Linia 70 ⟶ 67:
* głowica przegubowa
* głowica huśtawkowa
* głowica bezprzegubowa.
=== Wał wirnika nośnego ===
Wał wirnika nośnego ma postać grubościennej rury łączącej się za pomocą [[wielowypust]]u z piastą głowicy wirnika. W przypadku śmigłowców wał napędzany jest przez silnik, którego obroty są redukowane w przekładni głównej.
Wał wirnika w celu uzyskania lekkości jest drążony. Niekiedy wykorzystuje się tę własność w celu przeprowadzenia w środku wału dodatkowych instalacji (np. ogrzewania łopat np. [[Mi-2]], [[PZL W-3 Sokół|W-3 Sokół]], instalacji pomiarowych) lub nawet układu sterowania wirnikiem nośnym (śmigłowce współosiowe np. [[Ka-35]], [[Ka-52]], bezzałogowy Gyrodyne QH-50, niektóre śmigłowce w układzie klasycznym, np. Estrom 480).
== Aerodynamika wirnika ==
Linia 84 ⟶ 81:
=== Azymut łopaty ===
Kątem azymutu <math>\psi</math> łopaty nazywamy kąt mierzony zgodnie z kierunkiem obrotu wirnika od położenia łopaty, w którym zajmuje ona skrajne tylne położenie, czyli pokrywa się z belką ogonową
=== Rozkład prędkości na wirniku ===
* zawis
* lot śmigłowca.
* '''Lot śmigłowca'''<br/>Podczas lotu (w dowolnym kierunku) do prędkości powietrza wynikającej tylko z obrotu wirnika dodaje się wektorowo prędkość lotu śmigłowca. Stąd na łopacie nacierającej prędkość napływającego powietrza jest większa od prędkości powietrza na łopacie powracającej.▼
▲
== Liczby opisujące wirnik ==
Powszechnie opisuje się wirnik podając liczbę łopat oraz promień wirnika. Czasem podaje się także [[profil lotniczy#Wielkości geometryczne|cięciwę]] lub oznaczenie profilu (co pozwala na jednoznaczne określenie geometrii profilu) oraz prędkość obrotową <math>\omega.</math>
W celu porównywania różnych obiektów (nie tylko wirników, ale np. całych samolotów, samochodów i innych) wprowadza się bezwymiarowe liczby podobieństwa (np. [[liczba Reynoldsa]], [[liczba Strouchala]] …) oraz współczynniki (np. tarcia, siły nośnej...).
Najważniejszą liczbą bezwymiarową dla wirników nośnych jest '''liczba Locka''' wyrażona wzorem:
▲<math>\gamma = \frac{\rho a c R^{4}}{I_{y}}</math>
gdzie:
Wyraża ona podobieństwo ruchów łopaty jako ciała sztywnego, wykonującej wahania względem przegubu poziomego. Liczbę Locka wykorzystuje przy porównywaniu osiągów i charakterystyk dynamicznych wirników rzeczywistych śmigłowców różnych klas masowych oraz do porównywania tunelowych modeli wirników z wirnikami rzeczywistymi.
Do opisania wirnika nośnego używa się także '''współczynnika wypełnienia''':
:: <math>\sigma = \frac{n c}{\pi R},</math>▼
gdzie <math>n</math> to liczba łopat wirnika nośnego.▼
▲<math>\sigma = \frac{n c}{\pi R}</math>
Współczynnik wypełnienia określa stosunek łącznej powierzchni łopat do powierzchni tarczy wirnika.▼
▲gdzie n to liczba łopat wirnika nośnego
▲Współczynnik wypełnienia określa stosunek łącznej powierzchni łopat do powierzchni tarczy wirnika
Przy opisie aerodynamiki wirnika występuje '''współczynnik prędkości''':
Współczynnik prędkości jest stosunkiem prędkości napływającego powietrza <math>V</math> do prędkości liniowej końców łopat.▼
▲ν =<math>\frac{V}{\Omega R}</math>
▲Współczynnik prędkości jest stosunkiem prędkości napływającego powietrza V do prędkości liniowej końców łopat.
Dla konstruktora ważne są także:
* '''Kąt stożka''' – kąt określający umowny stożek tworzony poprzez wirujące łopaty wirnika. Podstawa tego stożka nazywana jest płaszczyzną wirowania.
* '''Kąt wyprzedzenia sterowania''' – służy do prawidłowego sprzężenia ruchów drążka z wychyleniami tarczy sterującej wirnika nośnego. Kąt wyprzedzenia powoduje takie nastawienie kąta natarcia łopaty, że kąt natarcia np. osiąga wartość minimalną na azymucie <math>\psi
== Bibliografia ==
{{Dopracować|więcej przypisów}}
* J.
* ''Ilustrowany
* K. Szabelski, B. Jancelewicz, W. Łucjanek: ''Wstęp do konstrukcji śmigłowców
* W. Łucjanek, K. Sibilski: ''Wstęp do dynamiki lotu śmigłowca
* G. Padfield: ''Dynamika lotu śmigłowców
[[Kategoria:Konstrukcja statków powietrznych]]
| |||