Bazele elicei de avion

Jul 9, 2020

Scopul elicei este de a oferi o metodă de propulsie pentru ca avionul să se poată deplasa înainte în aer. Elicea în sine este formată din două sau mai multe pale conectate între ele printr-un butuc central care le atașează lamele la arborele motorului. Lamele elicei au o formă asemănătoare cu cea a unei aripi a unei aeronave, folosind puterea de rotație a unui motor care rotește palele elicei produce portanță (această portanță este denumită împingere) care deplasează aeronava înainte.

Cum funcționează elicele

Principiile fundamentale care stau la baza funcționării elicelor sunt legate de teoriile fizice ale mișcării dezvoltate cu peste două sute de ani în urmă de Sir Isaac Newton. Mai exact, a treia sa lege, și anume că pentru fiecare acțiune există o reacție egală și opusă (Sir Isaac Newton, 1687).

Păstrând această teorie în minte, elicea unei aeronave este folosită pentru a transforma puterea de rotație a unui motor în forță de împingere înainte. Elicea funcționează prin deplasarea aerului trăgându-l în spatele ei (acțiunea), această mișcare a aerului are ca rezultat împingerea aeronavei înainte datorită diferenței de presiune rezultată (reacția opusă). Cu cât mai mult aer este tras în spatele elicei, cu atât mai multă forță de împingere sau propulsie înainte este generată.

Elicele pot fi alcătuite de la o singură lamă până la șase sau mai multe lame, în funcție de nevoile de eficiență ale diferitelor aeronave. Cerințele de performanță ale aeronavei și puterea motorului sunt principalii factori determinanți în ceea ce privește numărul de palete ale elicei. Pe măsură ce puterea motorului crește, sunt necesare palete suplimentare pentru a utiliza în mod eficient nivelul crescut de putere. Unghiul paletelor unei elice și dimensiunea și forma generală a acesteia (împreună cu puterea motorului) influențează cantitatea de împingere generată.

Teoria elicei – Forțele care acționează asupra unei elice

Palele elicei sunt construite într-un mod similar cu o aripă, ca atare sunt supuse unora dintre aceleași forțe aerodinamice, cum ar fi rezistența și portanța (în cazul aripilor, aceasta este portanța, în cazul elicei se numește împingere). Diferența constă în faptul că o elice are forțele suplimentare ale vitezei de rotație și ale impulsului care acționează înainte.

• Forțe centrifuge. Forța centrifugă este forța resimțită de paletele elicei atunci când se rotesc cu viteză. Această forță le îndepărtează efectiv de aeronavă.
• Forța centrifugă și de torsiune aerodinamică. Orice obiect care se rotește asimetric generează o forță de răsucire centrifugă, elicea nu este diferită, forța acțiunii sale de rotație răsucind paletele la un pas fin.
• Vibrații. Vibrația paletelor elicei este cauzată de perturbații este aerodinamica elicei în timp ce trece prin aer și în apropierea aripilor și fuselajului, precum și de variațiile motorului.
• Îndoirea cuplului. Forțele de încovoiere a cuplului sunt rezistența naturală a aerului care produce rezistență împotriva paletelor în timp ce acestea se rotesc și tendința rezultată a paletelor elicei de a dori să se îndoaie în direcția opusă rotației.
• Încovoiere de împingere. Forța cu care elicea împinge aerul înapoi se numește împingere, aceasta plasează palele elicei sub presiune și îndoaie palele înainte.

Proiectarea elicei de avion

Ingineria de bază din spatele modului de funcționare a paletelor de elice nu s-a schimbat foarte mult de-a lungul anilor, însă au existat o serie de modificări semnificative în ceea ce privește materialele folosite pentru a construi elicele și modificări ale utilizării lor, în concordanță cu creșterile în ceea ce privește puterea și tehnologia motoarelor, ceea ce a dus la o mai mare eficiență.

• Pale de lemn. Lemnul a fost principalul material utilizat la fabricarea elicelor pentru aeronave înainte de cel de-al doilea război mondial. În prezent, acestea sunt de obicei văzute doar la aeronavele hobby sau de epocă, în concordanță cu epoca de restaurare. Procesul de construcție a elicei din lemn constă în mai multe straturi (5-9) de lemn lipite între ele pentru a o face mai puternică, mai rezistentă și mai puțin predispusă la deformare. Tipurile comune de lemn utilizate sunt mesteacănul galben, cireșul negru, arțarul de zahăr și nucul negru
• Lamele din aliaj de aluminiu. Introducerea unor motoare de avion mai puternice a făcut ca utilizarea elicelor din lemn să fie aproape depășită la avioanele mari. Palele din aliaj de aluminiu sunt mai rezistente, mai ușoare și mai ușor de reparat, precum și cu viteze de rotație mai mari, ceea ce le face să fie o alegere mai populară.
• Pale din materiale compozite. Palele de elice din compozit sunt fabricate din fibră de carbon, aceste pale oferă o greutate redusă, mai puțin zgomot și vibrații mai mici și sunt mai durabile și mai ușor de reparat decât alte tipuri de elice.

Tipuri de elice de avion

Există trei tipuri de bază de elice de avion, fiecare cu propriile sale variații – elice cu pas fix, elice cu viteză constantă sau elice reglabilă la sol.

• Elice cu pas fix. Aceste elice sunt realizate cu unghiul (pasul) încorporat în elice, acesta nu poate fi modificat. Ele sunt proiectate pentru o funcționare optimă în condiții optime, ceea ce înseamnă că performanța aeronavei va fi afectată în condiții variabile. Elicele cu pas fix sunt adesea întâlnite la aeronavele monomotor care zboară la viteze mici, cu rază de acțiune sau altitudine limitată.
• Elicele cu viteză constantă. Numite uneori elice cu pas variabil, aceste elice sunt proiectate cu un pas (unghi) variabil care poate fi modificat în timpul zborului, în timp ce elicea se rotește. Aceasta înseamnă că elicea poate fi reglată în timpul zborului pentru a se adapta mai bine la condițiile în schimbare.
• Elice reglabile la sol. După cum sugerează și numele, aceste elice pot fi reglate doar în timp ce se află la sol, când elicea nu este utilizată. Unghiul sau pasul palei este modificat manual, aceste elice nu sunt des întâlnite la aeronavele moderne de astăzi.

Bazele elicei

În timp ce au existat multe ajustări în proiectarea elicei în ultimul secol, elementele fundamentale ale acestei părți relativ simple a unei aeronave rămân în mare parte neschimbate. Iată care sunt termenii de bază asociați cu funcționarea elicelor de avion.

• Linia de coardă. Linia de coardă a unei elice este o linie imaginară trasată prin centrul palei, de la marginea de atac (la butuc) până la marginea de fugă (vârf).
• Pas. Palele unei elice nu sunt drepte, ele sunt pe un unghi asemănător cu cel al unui șurub. Pasul este, de fapt, o măsură a distanței pe care elicea s-ar deplasa înainte într-o revoluție. Pasul este utilizat pentru a controla viteza aerului care părăsește partea din spate a elicei. Pasul unei pale de elice se modifică pe măsură ce vă deplasați de-a lungul suprafeței sale de la un capăt la altul. Cel mai abrupt sau cel mai scurt este la butucul central și cel mai puțin adânc la vârful exterior. Pasul se calculează cu ajutorul formulei: Pas = 2,36 înălțimea/lățimea diametrului.
• Unghiul palei. Acesta este unghiul dintre linia de coardă și planul de rotație și se măsoară (în grade) într-un anumit punct de-a lungul lungimii palei. Deși termenii „pas” și „unghi” sunt adesea utilizați în mod interschimbabil, pasul nu este, din punct de vedere tehnic, unghiul palei elicei. Cu toate acestea, pasul este determinat în mare măsură de unghiul palei, iar cei doi termeni sunt adesea utilizați în mod interschimbabil. O creștere sau o scădere a unuia dintre ei este de obicei asociată cu o creștere sau o scădere a celuilalt.
• Unghiul de atac. Acesta este definit ca fiind unghiul la care aerul lovește paleta elicei. În termeni simpli, unghiul de atac poate fi descris ca fiind diferența dintre direcția în care o aripă este îndreptată și direcția în care se îndreaptă. Creșterea unghiului de atac are ca rezultat o creștere atât a portanței, cât și a rezistenței induse, până la punctul de pierdere de viteză. Răsucirea unei pale de elice este utilizată pentru a menține un unghi de atac mai constant de-a lungul lungimii palei, pentru a contracara diferențele de viteză a palei la butucul și la vârful elicei.

Pentru mai multe informații despre forțele aerodinamice în timpul zborului, învățarea zborului în Noua Zeelandă, efectele vântului asupra unei aeronave sau multe alte subiecte legate de zbor, consultați blogul Southern Wings.

.