Pytanie:
Czy silniki turbinowe w samolotach wielosilnikowych obracają się w przeciwnych kierunkach, aby zrównoważyć moment obrotowy?
cfx
2014-01-08 06:13:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nie jestem lotnikiem, myślę, że nazwałbym siebie entuzjastą. Jestem też wariatem fizyki. Zawsze się nad tym zastanawiałem, ale równie martwiłem się, że moje pytanie zadane załodze komercyjnej linii lotniczej wyląduje w Homeland Security Suites.

W helikopterach moment obrotowy wzdłuż osi pionowej jest przeciwdziałany przez mniejsze śmigło ogonowe (lub podwójny główny wirnik obracający się w przeciwnym kierunku).

Moje pytanie dotyczy tego, czy turbiny / wentylatory wielosilnikowego samolotu odrzutowego obracają się w tym samym kierunku. To znaczy, czy silnik na lewej burcie i silnik na prawej burcie obracają się równomiernie zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do ruchu wskazówek zegara?

Wydaje się, że gdyby tak było, konserwacja mogłaby być łatwiejsza, ale spowodowałaby pewną niestabilność wzdłuż osi podłużnej płatowca ze względu na moment obrotowy i ramiona momentu.

Kontynuacja: wydaje mi się, że ten jednosilnikowy śmigłowiec wykorzystuje ustawienia wstępne trymowania, aby skompensować wzdłużny moment obrotowy generowany przez śmigło - prawda?

Cztery odpowiedzi:
#1
+37
Peter Kämpf
2014-06-21 16:10:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Moment obrotowy jest mniejszym problemem ze względu na skuteczne tłumienie przechyłu skrzydła, ale efekty żyroskopowe i mycie śmigieł są ważne. Efekty żyroskopowe po raz pierwszy stały się problemem w silnikach rotacyjnych w I wojnie światowej. Silnik rotacyjny ma wał korbowy przymocowany do samolotu, a zarówno blok cylindrów, jak i śmigło obracają się. Zapewnia to lepsze chłodzenie przy niskiej prędkości i daje efekt koła zamachowego, dzięki czemu silnik pracuje płynniej. Ale kiedy odchylasz, efekt żyroskopu podnosi samolot w górę lub w dół, więc precyzyjne manewrowanie staje się bardzo trudne.

Wraz ze wzrostem mocy silnika w 1916 i 1917, efekt ten stał się tak poważny, że opracowano silniki z przekładnią gdzie cylindry obracają się w jednym kierunku, a śmigło w przeciwnym. W konsekwencji śruba napędowa miała tylko połowę obrotów na minutę w powietrzu, tak jak w przypadku bloku cylindrów. Dało to dużą sprawność śmigła, ale także duże średnice śmigieł, więc samoloty z tymi silnikami wymagały wysokiego podwozia. Poniżej znajduje się zdjęcie Rolanda D XVI z przeciwbieżnym silnikiem wirującym Siemens & Halske III z 1918 roku ( źródło). Jak na tamte czasy był to doskonały myśliwiec prawie bez sprzęgu żyroskopowego.

Roland D XVI

Obecnie samoloty śmigłowe dużej mocy używają zwykle identycznych silników, ale lewo- i praworęcznych skrzynie biegów, aby śmigła pracowały w obu kierunkach. Jest to mniej spowodowane efektami żyroskopowymi, a przede wszystkim łagodnymi właściwościami przeciągnięcia. Mycie śmigła zwiększa lokalny kąt natarcia skrzydła z jednej strony i zmniejsza go z drugiej strony, tak że skrzydło przeciągnie się jako pierwsze po stronie o większym kącie natarcia. Jeśli ta strona jest zawsze po prawej stronie śmigieł, samolot będzie się toczyć w prawo w przeciągnięcie. W okresie II wojny światowej wiele samolotów wielosilnikowych wykorzystywało lewostronne i prawostronne silniki w celu przerwania płukania śmigła.

W przypadku dysz obrotowe bezwładności są znacznie mniejsze, ponieważ średnice są mniejsze. Ale jest jeden wyjątek: silnik Bristol-Siddeley Pegasus w odrzutowcach Kestrel, Harrier i AV-8B musi mieć niskociśnieniową szpulę poruszającą się w przeciwnym kierunku niż szpula wysokiego ciśnienia, aby zrównoważyć żyroskop efekty. Gdyby tak nie było, ruch odchylający spowodowałby ruch pochylający i odwrotnie. Kiedy siedzisz na odrzutowcu, którego ciąg jest równoważny twojej masie, przechylenie tego odrzutowca tylko nieznacznie do przodu lub do tyłu spowoduje szybkie przesunięcie twojego położenia, więc wszelkie manewry w zawisie staną się niezwykle trudne.

USMC AV-8B Harrier in hover

USMC AV-8B Harrier w najeździe (zdjęcie źródło)

Niezła perspektywa historyczna i dodatkowe uznanie za dyskusję o rzemiośle VTOL.
#2
+31
xpda
2014-01-08 07:24:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Silniki samolotów pasażerskich skręcają w tym samym kierunku. Moment obrotowy nie jest tak istotny w przypadku odrzutowców, jak w przypadku śmigieł.

Wiele śmigłowców z wieloma silnikami ma śmigła, które obracają się w przeciwnych kierunkach. W silnikach turbinowych można to zrobić w skrzyni biegów, aby umożliwić używanie tego samego silnika po obu stronach.

Niektóre silniki turbinowe, takie jak PT6, mają dwie turbiny obracające się w przeciwnych kierunkach, ale śmigło tarcia wytwarza dodatkowy moment obrotowy w jednym kierunku.

Samoloty z jednym silnikiem czasami mają silnik zamontowany pod niewielkim kątem, aby zmniejszyć efekt płukania propanem (i może moment obrotowy?). Propwash powoduje brak równowagi przy niskiej prędkości i dużej mocy, gdy opadająca łopatka ma tendencję do wypychania powietrza w dół nad skrzydłem po tej stronie i odwrotnie w przypadku wznoszącej się łopaty.

Bezpośrednio po starcie ster jednosilnikowy samolot jest zwykle do pewnego stopnia obniżony, aby zrekompensować nierównomierny moment obrotowy i spłukiwanie. Można to zrobić ręcznie, z ustawieniami trymerów lub obydwoma.

Przy wyższych prędkościach efekt momentu obrotowego śruby napędowej nie jest tak zauważalny, ponieważ skrzydła są utrzymywane „mocniej” przez przepływ powietrza.

Pozdrawiam, dzięki za rozszerzone wyjaśnienie. „Moment obrotowy nie jest tak istotny w przypadku odrzutowców, jak w przypadku śmigieł”… czy to z powodu większej masy (w przypadku samolotu pasażerskiego), na którą działa moment obrotowy?
Niezła odpowiedź! Lubię, nawet nie poprawiać cię, ale może w pewnym momencie to trochę uprościć. Na koniec napisałeś, że efekt nie jest zauważalny lub mniej zauważalny przy wyższych prędkościach. Dzieje się tak po prostu dlatego, że samolot znajduje się w zaprojektowanym optymalnym zakresie prędkości, dla którego został zbudowany i wyważony. Zobacz na przykład dodatkowo przymocowane stałe zaczepy trymowania na steru - te zmiany są normalne podczas testów w locie, gdy zauważą, że ich konstrukcja nie jest tak dobra, jak oczekiwali;)
Myślę, że jest to raczej kwestia tarcia obrotowego powietrza niż masy. Masa miałaby znaczenie tylko podczas przyspieszania. Łopaty śmigieł mają większy promień (na rozmiar płaszczyzny), a więc większy moment obrotowy z powietrza dla danej mocy. Ponadto za wentylatorami sprężarki dyszy znajdują się łopatki prostujące strumień powietrza podłużnie, powodując wydostawanie się powietrza ze strumienia przy mniejszych obrotach. Zmniejszyłoby to moment obrotowy z powietrza.
Słuszna uwaga, @falk.
Falk, działa tu jeszcze jeden czynnik. Kiedy prędkości są małe, śmigłowiec ma duży kąt pokładu (kąt między kierunkiem lotu a podłogą samolotu. Innymi słowy, leci wysoko. Jeśli to prawda, opadająca łopatka ma znacznie większy kąt ataku niż wznosząca się płetwa. Dlatego opadająca płetwa wytwarza większy ciąg. To ma tendencję do obracania dziobu samolotu w lewo (w większości samolotów), co wymaga prawego steru do utrzymania prostego lotu. Wraz ze wzrostem prędkości i spadkiem kąta ciągłe równomierne ciągnięcie po obu stronach podpory
tak, aby można było zmniejszyć nacisk na pedał steru.
#3
+11
Falk
2014-01-08 10:42:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dajmy krótką i zgrabną odpowiedź dotyczącą odrzutowców: najważniejsza jest wydajność.

Jeśli część silnika jest uszkodzona, silnik najprawdopodobniej zostanie wymieniony i naprawiony podczas lotu samolotu z innym silnik. Silnik obracający się zgodnie z ruchem wskazówek zegara i silnik obracający się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara to dwa różne silniki. Zróbmy teraz prostą ekonomię: czy bardziej wydajne jest mieć tylko jeden dodatkowy silnik, którego można używać niezależnie od tego, który silnik uległ awarii, czy też potrzebujesz dodatkowego silnika dla każdej strony? Najwyraźniej najbardziej ekonomicznym rozwiązaniem konserwacyjnym jest zapewnienie, że oba odrzutowce, niezależnie od strony płatowca, do którego są przymocowane, są identyczne, a zatem wymienne.

Mówiąc jak ktoś, kto nie jest naukowcem, efekt momentu obrotowego w silnikach odrzutowych rzeczywiście jest znikoma.

A co z rekwizytami? Największym czynnikiem wpływającym na podpory jest to, że wznosząca się łopatka zapewnia mniejszą siłę nośną (w kierunku do przodu) niż opadająca łopatka. Jeśli teraz wybierzesz dwa silniki obracające się w tym samym kierunku i przymocujesz je do skrzydeł samolotu, jedna strona ma opuszczające się ostrze na zewnątrz, a po drugiej stronie będzie do wewnątrz - teraz masz silnik krytyczny. Jeśli silnik, w którym opadająca łopatka jest wbudowana (silnik krytyczny) ulegnie awarii, spowoduje to większe odchylenie niż w przypadku awarii drugiego silnika. Teraz musisz ocenić, czy bezpieczeństwo i projekt konstrukcji pozwalają na posiadanie dwóch silników obracających się w tym samym kierunku.

Fuj. Czy możesz wrócić do swojego drugiego akapitu? Czy naprawdę chcesz zasugerować, że odrzutowiec zostanie zastąpiony „podczas lotu”?
Cóż, byłaby to niesamowicie dobra praca konserwacyjna, ale prawdopodobnie nie do wykonania. Myślę, że każdy może zrozumieć, co chciałem powiedzieć, ale jeśli masz lepsze słowa, aby to opisać, nie krępuj się edytować mojej odpowiedzi.
#4
+1
Jeff Fichten
2016-01-07 02:46:09 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Wszystkie silniki turbinowe z tej samej rodziny obracają się w tym samym kierunku. Wyobraź sobie, że musisz zbudować silnik turbinowy, który obraca się przeciwnie. Koszt byłby przesadzony. Linie lotnicze będą inwentaryzować zduplikowane części zamienne do silników.



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...