Pytanie:
Dlaczego samoloty nie mają ręcznej skrzyni biegów?
Geeo
2014-08-11 11:15:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mam ograniczone doświadczenie z symulatorami lotu, ale nigdy nie zderzyłem się z samolotem z ręczną skrzynią biegów, a wręcz przeciwnie, jest to bardzo powszechne w przypadku innych środków transportu (takich jak samochody i motocykle), które wymagają silnika z jakąś formą przekładni kontrola.

Po pierwsze, chciałbym wiedzieć, czy to prawda, że ​​żaden samolot nie ma (ani nie miał) ręcznej skrzyni biegów, a po drugie, dlaczego tak jest.

Nawiasem mówiąc, większość pociągów i niektórych innych pojazdów [nie ma skrzyni biegów] (https://en.wikipedia.org/wiki/Diesel-electric_transmission) również z innych powodów, więc pytanie może zostać odwrócone (Dlaczego samochody i rowery masz?) [Wikipedia ma dość czytelny artykuł na ten temat] (https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_ (mechanika)).
Zawsze chciałem, żeby mój samolot miał sprzęt R (rajdowy) ...
Przeczytałem historię opowiedzianą dawno temu przez Douglassa Badera o rozbiciu swojego Hurricane'a podczas startu, ponieważ miał go na wysokim biegu, więc miał ręczną zmianę biegów.
@PatFromCanada:Y Źle zrozumiałeś. Samoloty z tamtej epoki miały dwie prędkości doładowania, które można było przełączać z niskiego do wysokiego doładowania, przy czym niski był używany na niższych wysokościach, a wysoki był wymagany do uzyskania maksymalnych osiągów na wysokości. To nie to samo, co zmiana obrotów śmigła.
@PlasmaHH R zwykle wskazuje bieg wsteczny w skrzyniach biegów. Teraz TO byłoby interesujące w samolocie ...
+1, ponieważ było to jedno z moich pierwszych pytań, zanim w ogóle latałem
@PlasmaHH Myślałem, że R oznacza Rocketbooster.
@PlasmaHH: W przypadku B727 tworzenie kopii zapasowej z bramki o własnej mocy było dość standardowe (sam to oglądałem dopiero w 2000 roku, prawdopodobnie w La Guardia).
Dziewięć odpowiedzi:
#1
+54
Jan Hudec
2014-08-11 11:42:31 UTC
view on stackexchange narkive permalink

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).

#2
+46
Federico
2014-08-11 11:29:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ponieważ większość silników lotniczych w ogóle nie ma przekładni zębatej:

enter image description here 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:

enter image description here

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.

Oprócz samolotów łodzie używają również stałych kół zębatych. Należy zdać sobie sprawę z tego, że zmiana przełożeń jest naprawdę konieczna tylko w pojazdach, które używają kół do zatrzymania silnika przed zgaśnięciem, gdy po raz pierwszy zaczynasz się poruszać, ponieważ obracanie kół oznacza konieczność zmiany ton ciężaru. Natomiast obracanie śruby napędowej, czy to w powietrzu, czy w wodzie, wymaga jedynie pokonania tarcia wału napędowego i niewielkiej ilości początkowego tarcia powietrze / woda. Jeśli podnosisz samochód i koła nie dotykają podłoża, założę się, że możesz obracać kołami bezpośrednio na 5 biegu bez przechodzenia przez biegi 1-4
Czy silniki turbinowe mają również koła zębate? Nie wyobrażam sobie, żeby kompresor i wentylator działały z tą samą prędkością; czy tak jest, czy jest jakiś inny mechanizm w grze?
Silniki odrzutowe @NickT nie mają kół zębatych, turbina i sprężarka mają ten sam wał. Możesz mieć [wiele wałów] (http://aerospaceengineeringblog.com/wp-content/uploads/2013/01/Turbofan_operation.png): 1 dla sprężarki / turbiny wysokiego ciśnienia i 1 dla turbiny / wentylatora niskiego ciśnienia. Niektórzy mają nawet 3.
@slebetman - To sprzęgło, a nie skrzynia biegów, jest wymagane do uruchomienia. W wielu pociągach odbywa się to za pomocą silników elektrycznych jako części przekładni, ponieważ mogą one dostarczać moment obrotowy bez żadnej prędkości obrotowej, podczas gdy silnik wysokoprężny zapewnia moc elektryczną do silników. Odpowiednikiem skrzyni biegów byłby skok śmigła, zmieniający wielkość ciągu dla ilości gazu i obrotów.
@Kickstart: Ach, ale nawet sprzęgło nie może uruchomić samochodu bezpośrednio na piątym biegu. Problem w tym, że przełożenie potrzebne do pokonania ogromnej bezwładności bardzo różni się od przełożenia, na którym chcesz jechać
@slebetman - często potrafi ruszyć ostrożnie na wysokich biegach. Problem polega na tym, że na (powiedzmy) 5 biegu prędkość biegu jałowego wynosi 20 mil na godzinę + na biegu jałowym, a przy niższych prędkościach silnik będzie niezwykle łatwy do zgaśnięcia, ponieważ (w porównaniu do pierwszego biegu) masz bardzo mały ciąg (tj. Od samego biegu, który zwykle masz tylko około 25% ciągu na górze w porównaniu z pierwszym plus straty spowodowane poślizgiem sprzęgła, plus ograniczony moment obrotowy przy niskich obrotach, do którego możesz liczyć na prawdopodobnie słabe umiejętności kierowcy ze sprzęgłem). W przypadku wydajnych silników ICE istnieje daleka od liniowej zależność między przepustnicą a mocą w miarę wzrostu obrotów.
Jeśli jesteśmy luźni w definicji, to C-130 miał bieg, trochę-sorta. Wolny bieg przy niskiej prędkości, używany do kontrolowania prędkości kołowania i "zapylenia" podczas operacji naziemnych z pracującymi silnikami, dramatycznie odcina paliwo do silników, powodując obracanie się śruby o około 60% w porównaniu do normalnie 100%. Nie ma fizycznej zmiany biegów, tylko przepływ paliwa. I nie, nie możesz zaangażować LSGI w lot!
Jest kilka dysz z biegami, więc wentylator obraca się od połowy do jednej trzeciej wolniej
@ptgflyer Nie wykluczyłem ich, są po prostu kolejnym przykładem stałego biegu, bez zmiany biegów.
Wygląda na to, że są samoloty ze skrzyniami biegów i sprzęgłami, czy masz jakieś informacje na ten temat? http://www.onnettomuustutkinta.fi/material/attachments/otkes/tutkintaselostukset/en/ilmailuonnettomuuksientutkinta/2007/c32007l_tutkintaselostus/c32007l_tutkintaselostus.pdf
@Masse wydaje mi się, że w odpowiedzi wspominam o gearboxach, prawda? a sprzęgła niekoniecznie oznaczają zmianę biegów / skrzynię biegów.
Zrozumiałem, że masz na myśli stałe koła zębate. Naprawdę nie znam technologii przekładni, ale założyłem, że sprzęgła oznaczają jakąś zmianę biegów, ręczną lub automatyczną.
#3
+23
RedGrittyBrick
2014-08-11 14:33:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

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.

Mając tylko najwyższy bieg w jadącym samochodzie, jazda po stromej drodze byłaby nadal niemożliwa. [Skrzynia biegów] (http://craig.backfire.ca/pages/autos/horsepower) jest potrzebna nie tylko do przezwyciężenia bezwładności samochodu, ale bardziej ogólnie do używania silnika w odpowiednim obszarze momentu obrotowego, od dużego momentu obrotowego / małego przemieszczenie (niski bieg), do dużej pojemności / niskiego momentu obrotowego (wysoki bieg). Ta sama zasada obowiązuje w przypadku [blok i sprzęt] (https://en.wikipedia.org/wiki/Block_and_tackle). Proszę mnie poprawić, jeśli się mylę, co może być bardzo możliwe.
@mins: Nie mylisz się i o tym myślałem, pisząc moją odpowiedź. Nawet z pędnikiem o stałym skoku, silnik lotniczy pracuje w swoim efektywnym obszarze momentu obrotowego bez potrzeby wybierania wielu przełożeń.
#4
+9
Anthony X
2014-08-17 08:37:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

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.

#5
+7
daemondave
2014-08-13 09:33:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

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.

#6
+6
David
2014-08-13 12:58:55 UTC
view on stackexchange narkive permalink

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.

Zgoda. Podpora o zmiennym skoku jest odpowiednikiem przekładni w samolocie.
#7
+5
James
2014-08-18 05:53:50 UTC
view on stackexchange narkive permalink

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.

#8
+4
Neeraj
2014-08-12 18:01:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

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.

w rzeczywistości samoloty mogą mieć hamulce aerodynamiczne (spojlery) i zdecydowanie mają hamulce kół. plus, ciąg wsteczny. Jasne, nie są one używane podczas lotu, ale mimo to istnieją.
@Federico: W rzeczywistości niektóre samoloty są certyfikowane do używania ciągu wstecznego w locie. Jedną z nich jest ponownie silnik DC-8 z silnikami turbowentylatorowymi, a są też inne.
@SkipMiller dzięki, nie wiedziałem.
#9
+4
Bj00
2014-08-13 03:32:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

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



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...