Samoloty mają stałe koła zębate (jeśli w ogóle mają biegi)! Jednak w pewnym sensie śmigło o zmiennym skoku można uznać za analogiczne do przekładni w samochodzie, aw niektórych samolotach było to ręczne.

Moc przenoszona przez śmigło jest, w pewnym rozsądnym zakresie, proporcjonalna do jego prędkości obrotowej . I tak jest, znowu w rozsądnym zakresie, moc wytwarzana przez silnik. Tak więc w przypadku wolnych samolotów śmigło o stałym skoku z połączeniem ze stałym biegiem wykonuje przyzwoitą pracę. Gdy otwierasz przepustnicę, prędkość silnika rośnie, podobnie jak śmigło i właśnie to musi zrobić, aby przekazać moc. Prostsze samoloty nie mają żadnych biegów, a śmigło jest zamontowane bezpośrednio na wale silnika, silniki o większej mocy często mają przekładnię redukcyjną 2: 1, ponieważ obroty silnika byłyby zbyt wysokie dla śmigła.

Teraz przy większej prędkości pozorny skok śmigła jest zmniejszony, ponieważ powietrze już się porusza, więc obracałoby się ono coraz szybciej i ostatecznie zbyt szybko dla silnika. Aby temu przeciwdziałać, szybsze samoloty napędzane śmigłem mają śmigło o zmiennym skoku. Wraz ze wzrostem prędkości ustawia się większy kąt natarcia (grubszy), dzięki czemu dostarcza moc bez zwiększania obrotów.

Wczesne śmigła o zmiennym skoku miały ręcznie sterowany skok, ale dość szybko opracowano śmigła o stałej prędkości (wiele Samoloty z II wojny światowej już je miały), gdzie ciężar na sprężynie steruje skokiem śmigła, aby utrzymać stałą prędkość obrotową. Jednostki sterowane ręcznie wymagały dużo uwagi, a system stałej prędkości jest raczej prosty, więc ręczne sterowanie nachyleniem szybko zostało porzucone.

A to jest odpowiednikiem doskonałej przekładni bezstopniowej. Pilot nadal ma dźwignię przepustnicy i dźwignię skoku śmigła i niezależnie wybiera moc i obroty. Wyższe obroty pozwalają na większą moc, ale jej nie wymagają, więc lądowanie jest zwykle wykonywane z małą mocą, ale z maksymalną prędkością obrotową, dzięki czemu silnik szybko reaguje, jeśli zostanie dodana moc (nie ma potrzeby rozpędzania się). Podczas rejsu wybiera się bardziej umiarkowaną wartość (zgodnie z zaleceniami producenta), aby zmniejszyć zużycie silnika.

Silniki turbośmigłowe zawsze mają śmigła o stałej prędkości, ponieważ w silniku turbinowym różnica między prędkością obrotową turbiny na biegu jałowym a pełną mocą nie jest tak duża. Znowu obroty ograniczają maksymalną moc, więc lądowanie odbywa się z małą mocą, ale przy wysokich obrotach, a silnik szybko reaguje, gdy dodaje się moc.

Na koniec silniki turboodrzutowe / turbowentylatorowe po prostu obracają turbiny i sprężarki według potrzeb . Nie różni się zbytnio od stałego śmigła, chociaż silniki odrzutowe mają teraz zazwyczaj zmienne łopatki kierownicze w stojanie (które są po prostu połączone z obrotami).

Ponieważ większość silników lotniczych w ogóle nie ma przekładni zębatej:

^{Zdjęcie z wiki}

moc jest przekazywana bezpośrednio z turbiny do sprężarki za pomocą sztywnego wału.

Prawdą jest, że niektóre silniki ją posiadają, w szczególności silniki śmigłowe:

^{Zdjęcie z ATSB}

ale musisz zdać sobie sprawę, że jest to stałe przełożenie, bez zmiany biegów, a zatem , nie jest wymagana żadna ręczna ani automatyczna „skrzynia biegów”.

W silnikach ze śmigłami „starego typu” mogą być różne dźwignie / pokrętła dla ciśnienia w kolektorze / przepustnicy, skoku śruby i mieszanki.

Moment obrotowy

Podejrzewam, że prawdziwa odpowiedź dotyczy momentu obrotowego.

Obroty silnika przy nieruchomym pojeździe

Silniki samolotów nie mają lub nie wymagają wielu biegów, ponieważ silnik nie wprawia samolotu w ruch, przykładając moment obrotowy do kół. Zamiast tego silnik samolotu może pracować na pełnych obrotach, podczas gdy statek powietrzny jest nieruchomy na początku drogi startowej.

Jeśli wrzucisz swój samochód na najwyższy bieg (6.?), uruchomisz go na maksymalnych obrotach (8000?) i zwolnisz sprzęgło, coś się zepsuje - przynajmniej spalisz sprzęgło i czołgasz się powoli. Silniki lotnicze nie mają lub nie potrzebują sprzęgła, ostatecznie dlatego, że tłoczą powietrze, a nie obracają kołami na asfalcie.

Przekładnia o zmiennym przełożeniu w pojazdach drogowych (samochody, rowery itp.) jest wymagana, aby dopasować prędkość i moment obrotowy głównego napędu (silnik gazowy, siła ludzkich nóg itp.) do wymagań dotyczących prędkości i momentu obrotowego na drodze koła w różnych warunkach prędkości pojazdu, nachylenia drogi itp. Zasadniczo istnieje potrzeba (lub przynajmniej korzyści) zróżnicowania mechanicznej przewagi między głównym napędem a kołem (-ami) napędowym.

Główny napęd (silnik odrzutowy lub tłokowy, turbofan lub śmigło) w samolocie wytwarza ciąg w dużej mierze niezależny od prędkości lotu, więc w przypadku wielu statków powietrznych nie jest wymagana zmiana przełożeń. W przypadku śmigłowych statków powietrznych korzystne może być zróżnicowanie mechanicznej przewagi między zespołem napędowym a strumieniem powietrza. Odbywa się to nie przez zmianę przełożeń, ale przez zmianę skoku śruby napędowej. Po pierwsze, zmiana wysokości tonu może zmieniać przewagę mechaniczną w zakresie ciągłym, w którym skrzynia biegów jest ograniczona do kilku stałych stopni. Po drugie, przekładnie dodają dużo wagi. Zmiana biegów oznaczałaby odłączenie silnika od śruby napędowej po wybraniu innego przełożenia - to duży problem z niezawodnością / bezpieczeństwem, a dla silnika tłokowego nie może być nawet wykonalny. Silniki tłokowe nie mogą pracować bez koła zamachowego; w samolocie śmigło służy jako koło zamachowe.

Tak więc tam, gdzie korzyści wynikające ze zmiennej przewagi mechanicznej uzasadniają dodatkowy koszt, wagę i złożoność, montuje się śmigło o zmiennym skoku.

Niektóre systemy o zmiennym skoku zapewniają dźwignię, która bezpośrednio kontroluje pochylenie - pilot przesuwa dźwignię w zakresie od „drobnego” (silnik uzyskuje większą przewagę mechaniczną, nadającą się do startu) i „zgrubnego” ( silnik ma mniejszą przewagę mechaniczną, nadaje się do rejsu).

Inne systemy o zmiennym skoku zapewniają dźwignię, która wybiera docelową prędkość obrotową silnika. System kontroli skoku w sposób ciągły dostosowuje skok śmigła, starając się utrzymać wybrane obroty. Pilot wykorzystuje przepustnicę do zwiększania lub zmniejszania ciągu silnika, a sterowanie pochyleniem do optymalizacji obrotów silnika w zależności od warunków pracy (start, wznoszenie, przelot itp.). Na przykład w PA32-300 sterowanie nachyleniem byłoby całkowicie do przodu (maksymalne obroty) podczas kołowania, startu i początkowego wznoszenia, ale byłoby nieco cofnięte, aby zmniejszyć rejs obroty silnika (i zużycie paliwa).

Można by pomyśleć o systemach kontroli nachylenia, które opisałem, jako analogicznych odpowiednio do manualnej i automatycznej skrzyni biegów, ale analogia jest w najlepszym razie luźna.

Nieco inna odpowiedź niż ostatnia. Silniki napędzane powietrzem nie potrzebują dużego momentu obrotowego, aby przebić się przez lepkie tarcie, które przeciwdziała przesuwaniu się ostrza. Dlatego quadrotory działają, a jednocześnie są bardzo lekkie.

Proste porównanie, naciskaj na ścianę, a normalna siła odpycha. Teraz pomachaj ręką w powietrzu. Jedyna siła oporu jest funkcją prędkości ramienia. Jest malutki.

Ponieważ nie potrzebują redukcji biegów, aby zwiększyć moment obrotowy, jak w innych zastosowaniach, nie potrzebują przekładni zmieniającej bieg. W rzeczywistości efekt Bernoulliego działa na siłę ciągu od przepływu powietrza nad łopatką, więc chcesz, aby śmigła obracały się jak najwięcej razy, aby uzyskać maksymalne podniesienie. Na przykład silniki elektryczne do quadrotorów obracają się przy 10000 obr./min. Kontrolują prędkość obrotową silnika poprzez dławienie powietrza i paliwa w silnikach turbośmigłowych lub modulację szerokości impulsu w silnikach elektrycznych. Wydaje mi się, że turbiny to powietrze i paliwo, ale to nie moja wiedza.

Symulatory lotu nie mają przekładni zębatych, ponieważ prawdziwe samoloty nie mają przekładni zębatych. Najbliższą rzeczą, jaką miałby samolot, jest śmigło o zmiennym skoku.

W przypadku pojazdu z kołami prędkość obrotową silnika można łatwo obliczyć jako stosunek do prędkości jazdy i przełożenia. Nie ma czegoś takiego w przypadku samolotu.

Innym niewymienionym czynnikiem jest to, że w pojazdach lądowych biegi są używane do powolnej jazdy, więc silnik może pozostać w swoim zakresie roboczym. Ale samolot nie będzie latał poniżej pewnej minimalnej prędkości przeciągnięcia, więc biegi są dość bezcelowe. W typowym małym samolocie zakres prędkości lotu (powiedzmy 65-150 mil / h) odpowiada zakresowi prędkości obrotowej silnika w przybliżeniu 1700-2500 obr / min. Jeśli zwolnisz gaz z powrotem do biegu jałowego (lub silnik się wyłączy), po prostu musisz lecieć, zamieniając wysokość na prędkość potrzebną do utrzymania prędkości powyżej prędkości przeciągnięcia.

Wiele skomplikowanych odpowiedzi ... ale prosta prawda leży w samym określeniu - skrzynia biegów!

Moc musi być w jakiś sposób przekazywana z silnika na to, co popchnie pojazd do przodu - koła lub śmigło. Silniki spalinowe mają optymalny zakres prędkości obrotowych przenoszenia mocy - powyżej lub poniżej którego wydajność silnika drastycznie spada.

Różnica między pojazdami lądowymi a pojazdami powietrznymi lub morskimi polega, jak wspominali inni, że tarcie między kołem & land wymaga znacznie większego początkowego momentu obrotowego, aby koło się poruszało. Natomiast obracanie śmigła w powietrzu lub wodzie można wykonać znacznie łatwiej & i szybko.

W rzeczywistości wiąże się to również z tym, dlaczego tylko pojazdy lądowe mają (i mogą mieć) hamulce. Ani pojazdy powietrzne, ani morskie nie mogą mieć hamulców. Ponieważ hamowanie wiąże się z tym samym tarciem, które zostało pokonane, aby uruchomić pojazd. Ze względu na niższe współczynniki tarcia oba morskie statki powietrzne & nadal się poruszają, nawet jeśli silnik przestaje działać. Oczywiście pojazdy latające nigdy nie muszą być hamowane do całkowitego zatrzymania, gdy są jeszcze w powietrzu. Ale pojazdy wodne to robią i osiąga się to poprzez odwrócenie kierunku obrotu pędnika.

Ponieważ śmigła w wodzie i powietrzu wykorzystują tarcie do poruszania obiektu. A to tarcie jest znacznie mniejsze niż między asfaltem a oponami. W pewnym sensie gaz działa jak skrzynia biegów. Drugą stroną tej monety jest to, że trudno jest robić szybkie przyspieszenia od 0