تمایل به چرخش در هواپیماهای تک موتوره

[rohamavation]

آیا همه هواپیماهای تک موتوره در طول چرخش برخاستن، گشتاوری را تجربه می‌کنند که باعث تمایل به چرخش می‌شود؟

با داشتن یک موتور توربوفن که در نزدیکی دم V نصب شده بود، انتظار داشتم حداقل یک سکان سمت راست نیاز باشد. با این حال، به نظر می رسد که در سراسر رول کاملاً تراز است.

چرا توربوفن از این نظر با هواپیمای ملخی تفاوت دارد؟

چهار دلیل وجود دارد که یک هواپیمای ملخی تمایل به چرخش به چپ را نشان می دهد: گشتاور، جریان لغزش مارپیچی، ضریب P، و حرکت ژیروسکوپی.
گشتاور به دلیل قانون سوم حرکت نیوتن است. همانطور که موتور پروانه را می چرخاند، ملخ هواپیما را در عکس العمل می چرخاند. از آنجایی که بیشتر ملخ ها از کابین خلبان در جهت عقربه های ساعت می چرخند، این منجر به گرایش به چرخش (و بنابراین چرخش) به سمت چپ می شود. برای موتورهای جت، چرخش تیغه ها توسط تیغه های استاتور که جریان هوا را به سمت دیگر هدایت می کنند، لغو می شود.
جریان لغزشی مارپیچی به دلیل این واقعیت است که پروانه در حال چرخش است و باعث می شود هوای که از آن عبور می کند نیز بچرخد. این مارپیچ در اطراف هواپیما جریان دارد و در نهایت به سکان برخورد می کند. چون دوباره موتور در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد، سکان را به سمت راست فشار می‌دهد و دماغه را مجبور به چپ می‌کند. جت‌ها از این رنج نمی‌برند، زیرا باز هم، استاتورهای داخلی از خطی بودن گازهای خروجی (بیشتر) مطمئن می‌شوند.
عامل P ناشی از این واقعیت است که هواپیما کاملاً تراز نیست. معمولاً زاویه کمی به سمت بالا بینی خواهد داشت. این به این معنی است که تیغه نزولی زاویه حمله بالاتری دارد و بنابراین نسبت به تیغه بالارونده «بالابر» (معروف به «تراست») بیشتری تولید می‌کند. از آنجایی که بیشتر موتورها همانطور که از کابین خلبان دیده می شود در جهت عقربه های ساعت می چرخند، این بدان معنی است که تیغه سمت راست آن چیزی است که نیروی رانش بیشتری تولید می کند. موتورهای جت این را ندارند زیرا جریان هوا در موتور بدون توجه به زاویه حمله واقعی هواپیما به موازات خط مرکزی موتور هدایت می شود.
تقدم ژیروسکوپی به نوعی پیچیده است، بنابراین من واقعا نمی توانم توضیح دهم که چرا این اتفاق می افتد بدون انحراف به یک دسته از فیزیک پیچیده. فقط بدانید که اگر لبه یک دیسک چرخان را فشار دهید، نیرویی 90 درجه جلوتر از نقطه ای که روی آن فشار می دهید ایجاد می کند. برای یک هواپیمای دم کش، بلند کردن دم مانند فشار دادن بالای دیسک پروانه است، بنابراین، پیشروی نیروی چرخش به چپ ایجاد می کند. اما پس از آن، هنگامی که هر یک از انواع هواپیماها برای بلند شدن بالا می‌آیند، در واقع باعث ایجاد نیروی چرخش به راست می‌شود. موتورهای جت از این نظر هیچ تفاوتی با پروانه ها ندارند و دقیقاً به همین شکل این نیروها را تولید خواهند کرد. فقط این است که تقدم ژیروسکوپی در یک هواپیمای معمولی بسیار بسیار کوچکتر از سایر نیروها است، بنابراین سازندگان X-plane احتمالاً فکر نمی کردند که ارزش برنامه ریزی چنین نیروی کوچکی را در بازی داشته باشد.
گشتاور به چپ" یا گرایش به چپ فقط روی هواپیماهای موتور پیستونی تأثیر می گذارد. برای اینکه بفهمید چرا این اتفاق برای هواپیماهای توربوفن نمی افتد، باید بدانید که چه چیزی باعث این تمایلات به چپ می شود.
در واقع چهار دلیل مختلف وجود دارد که چرا این اتفاق می افتد: گشتاور، ضریب P، جریان لغزش مارپیچی، و حرکت ژیروسکوپی. گشتاور واکنش هواپیما به چرخش پروانه است که در جهت عقربه‌های ساعت (از روی صندلی خلبان) می‌چرخد، هواپیما می‌خواهد برعکس بچرخد، یعنی به سمت چپ بچرخد. P-Factor به این دلیل است که ملخ در جهت عقربه های ساعت حرکت می کند بنابراین تیغه نزولی AOA بالاتری نسبت به صعودی خواهد داشت که نیروی رانش بیشتری از سمت راست ایجاد می کند که منجر به انحراف به چپ می شود. این بیشتر در هنگام صعود مشاهده می شود. جریان لغزش مارپیچی به این دلیل است که باد ایجاد شده توسط پروانه به دور هواپیما می چرخد ​​و به صفحه سمت چپ سکان برخورد می کند و منجر به انحراف سمت چپ می شود. تقدم ژیروسکوپی بسیار پیچیده است اما بر هواپیماهای دنده معمولی بیشتر از سه چرخه تأثیر می گذارد.
تمام این نیروها به جز تقدیم ژیروسکوپی که بسیار کم است، فقط بر هواپیماهای دارای ملخ تأثیر می گذارد. فاکتور P تاثیری نداره چون توربوفن ها پره دارن نه پروانه. همچنین، موتورهای توربوفن مجرای هستند، بنابراین جریان لغزش مارپیچی عاملی نخواهد بود. و گشتاور توسط توربین های پشت موتور خنثی می شود.

[rohamavation]

فرمول رانش موتور به عنوان تابعی از نسبت فشار موتور (EPR) چیست؟
اگر EPR کمتر از 1 باشد، آیا موتور نیروی رانش تولید می کند؟ به عنوان مثال در هنگام فرود، زمانی که موتورها در حالت بیکار هستند.
من در اینجا به شدت از "روش های عملکرد حمل و نقل جت" بوئینگ غافل هستم، پس روی صندلی خود بمانید...
F = m· (V2 - V1)
که m· نرخ جریان گاز، جرم در واحد زمان است
V1 سرعت اولیه گاز است
V2 سرعت نهایی گاز است
بیایید معادله 3 را به شکل کاملتر بازنویسی کنیم:
Fnet = [(m·core air + m·fuel) × Vcore exhaust] + (m·fan air × Vfan exhaust) - (m·air × Vairplane) توجه داشته باشید که اکنون این نیرو برای نیروی رانش خالص Fnet نامیده می شود. آن اصطلاحات داخل پرانتز چیست؟ اصطلاح (m·air × Vairplane) تکانه در واحد زمان هوای وارد شده به موتور است. اصطلاح [(m·core air + m·fuel) × Vjet اگزوز] تکانه در واحد زمان خروج گاز از هسته موتور است. توجه داشته باشید که ما اکنون این واقعیت را در نظر می گیریم که جریان جرمی اگزوز از جریان جرمی ورودی بیشتر است، زیرا سوخت به هوای ورودی اضافه شده است. در نهایت، اصطلاح (هوای m·فن × اگزوز Vfan) تکانه در واحد زمان خروج هوا از مرحله فن موتور است. نیروی خالص که نیروی رانش تولید شده توسط موتور است، مجموع جبری این سه جمله است که میزان تغییر تکانه گاز هنگام عبور از موتور است. اگر فقط دو عبارت اول یعنی جریان اگزوز را در نظر بگیریم، فقط نیروی ایجاد شده در فن و نازل اگزوز را مشاهده می کنیم. اما این تنها نیمی از ماجرا است، زیرا باید به یاد داشته باشیم که جریان هوای ورودی به موتور نیز دارای شتاب است و کار مفیدی که موتور انجام می دهد تفاوت بین این دو است.
توجه داشته باشید که m· «m-dot» است. نقطه باید روی حرف "m" باشد اما به خوبی از pdf اصلی کپی نشده است. بخش مربوط به نیروی ایجاد شده در فن و نازل اگزوز را به صورت متنی پررنگ نوشتم، زیرا فکر می کنم این همان چیزی است که شما با EPR اندازه می گیرید. باز هم از کتاب درسی این نشان دهنده نسبت فشار موتور است. این نسبت فشار کل جریان گاز است که در دو نقطه مشخص اندازه گیری می شود: در ورودی نازل اگزوز (ایستگاه 7) و در ورودی به فن و کمپرسور (ایستگاه 2). EPR به سادگی به این صورت تعریف می شود:
EPR = Pt7 / Pt2
که در آن Pt2 فشار کل اندازه گیری شده در ایستگاه 2 است Pt7 فشار کل اندازه گیری شده در ایستگاه 7 است

[rohamavation]

به نظر می رسد موتورهای محرک پروانه (پیستونی/توربوپراپ) همیشه خروجی خود را بر حسب اسب بخار یا کیلووات، که واحدهای قدرت هستند، فهرست می کنند.
من می خواهم به جای آن تراست موتور را بدانم.
چگونه این را محاسبه کنیم؟
من می دانم که رانش پروانه به سرعت هوا بستگی دارد. چیزی که من می خواهم معادله ای است که در آن قدرت موتور و سرعت هوا (و شاید پارامترهای دیگر) و رانش خروجی را وارد می کنیم.
ساده ترین معادله از بازده پروانه فرضی$\eta_{Prop}$ استفاده می کند که توان P را به رانش T مانند تبدیل می کند.
$T = \frac{P}{v}\cdot\eta_{Prop}$
جایی که v سرعت هوایی هواپیما است.
مشکل این است که$\eta_{Prop}$ را به درستی دریافت کنید. از 85% برای ملخ‌های کم بار استفاده کنید که در نقطه طراحی خود کار می‌کنند. و مطمئن شوید که برای راندن لوازم جانبی، توان خروجی از موتور را کم می‌کنید، بنابراین فقط از توان موثر در پروانه استفاده می‌کنید، نه از توان نامی موتور.
این معادله فقط در صورتی کار می کند که ملخ در حال حرکت باشد، بنابراین سرعت هوایی v صفر نیست.
∗بار روی پروانه را می توان با نسبت رانش به ناحیه دیسک پروانه بیان کرد که با تقسیم بر فشار دینامیکی ρ2⋅v2 بی بعد می شود. اگر T تراست و d قطر باشد، ضریب بارگذاری رانش بدون بعد cT برابر است با
$c_T = \frac{T}{\pi\cdot\frac{d^2}{8}\cdot\rho\cdot v^2}$
گاهی اوقات این ساده می شود
$c_T = \frac{T}{\pi\cdot\frac{d^2}{4}\cdot v^2}$
توجه داشته باشید که این تعریف نیاز به رانش پروانه با سرعت خاصی دارد. یک روش متفاوت برای بیان بارگذاری پروانه، که به استفاده از رانش استاتیکی آسان برای اندازه گیری کمک می کند، تقسیم رانش بر ناحیه دیسک و فشار دینامیکی نوک پروانه در حالت سکون است، با n به عنوان RPM پایه:
$c_T = \frac{T}{\frac{\rho}{2}\cdot\left(\frac{n\cdot\pi\cdot d}{60}\right)^2\cdot\pi\cdot\frac{d^2}{4}}$
و دوباره شکل ساده شده ای از این را می توان در ادبیات یافت:
$c_T = \frac{T}{\rho\cdot\left(\frac{n}{60}\right)^2\cdot d^4}$
به طور کلی، یک پایه با بارگذاری سبک دارای قطر زیادی است و با سرعت کم تا متوسط ​​پرواز می کند. در حالی که پرندگان جنگی جنگ جهانی دوم هنوز در قلمروی کم بار هستند، تمام توربوپراپ های بزرگ (C-130، P-3) کاملاً خارج از آن هستند.

[rohamavation]

اگر جهت جریان گاز را می دانید، می توانید جهت چرخش اجزای جریان محوری (مانند فن و توربین در مثال) را با زاویه حمله پره ها تعیین کنید. به طور شهودی به آن فکر کنید--اگر بخواهید هوا را در همان جهتی که در طول کار در موتور جریان می‌یابد دمیده شود، تیغه‌ها آسیاب بادی را به کدام سمت می‌برند؟ جهت آسیاب بادی مانند جهت کار با نیروی برق است، تا زمانی که جریان هوا در یک جهت باشد.
از آنجایی که زاویه حمله پره‌های فن هنگام مشاهده از جلو، جریان هوا را در خلاف جهت عقربه‌های ساعت به موتور منحرف می‌کند، به این معنی که وقتی از جلو نگاه می‌شود، فن در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد (یا از عقب به سمت جلو در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد، که روش معمولی است. بیان چرخش).
پنکه
برای این موتور خاص، تمام اجزای توربومکانیکی دیگر در جهت مخالف فن می چرخند، که نشان می دهد شفت کم فشار با استفاده از جعبه دنده ای که جهت چرخش را معکوس می کند به فن متصل شده است.
این توربین و شفت کم فشار است:
شفت و توربین کم فشار
کمپرسور در همان جهت توربین های فشار قوی و پایین می چرخد ​​و مستقیماً بدون گیربکس به محور توربین فشار قوی متصل می شود. توربین فشار قوی جریان محوری است و شبیه نسخه کوچکتر توربین فشار پایین است، اما کمپرسور جزء جریان محوری نیست، که تحلیل را کمی متفاوت می کند.
برخلاف اجزای جریان محوری، در اجزای جریان شعاعی مانند این کمپرسور (مترادف کمپرسور جریان شعاعی، کمپرسور گریز از مرکز است)، جریان هوا در جهت دیگری وارد و خارج می شود. جهت جریان نیز بین اجزای جاذب انرژی (توربین) و اتلاف کننده انرژی (کمپرسور) متفاوت است. گاز در لبه وارد توربین های جریان شعاعی می شود و به سمت داخل جریان می یابد و از مرکز خارج می شود. در کمپرسورهای جریان شعاعی گاز از مرکز وارد و از لبه خارج می شود. شما می توانید جهت چرخش را با تصور نیروهایی که هوا هنگام تغییر جهت اعمال می کند، شبیه به اجزای جریان محوری آسیاب بادی تعیین کنید: