Lentokoneiden potkureiden perusteet, eri tyypit ja niiden toiminta - Hangar.Flights (2023)

Siitä lähtien, kun Wrightin veljekset nousivat taivaalle ilmaa raskaammalla lentävällä koneella, ihmiset ovat kiehtoneet lennon voimaa. Yksi onnistuneen lentokoneen avainkomponenteista on sen propulsiojärjestelmä, ja sen ydin on potkuri (paitsipurjelentokoneitatietysti). Potkureita on erilaisia ​​muotoja, kokoja, materiaaleja ja tyyppejä, joista jokaisella on omat ainutlaatuiset ominaisuudet, edut ja haitat.

Vaikka lentokoneen potkureiden aerodynaaminen käsite voi olla melko monimutkainen, yritämme selittää niiden toiminnan perusteet ja eri tyypit, joita saatat kohdata. Käsittelemme myös muutamia tärkeitä perusasioita, jotka liittyvät lentokoneiden rekvisiitta.

Kuinka lentokoneen potkurit toimivat?

Ennen kuin käsittelemme erilaisia ​​lentokoneiden potkureita, on tärkeää ymmärtää, mitä ne ovat ja mitä ne tekevät.

Lyhyesti sanottuna lentokoneen potkurit ovat pyöriviä siipimäisiä siipiä, jotka luovat työntövoimaa työntämällä konetta ilman läpi. Kaksi tai useampi terä pyörii keskinavan ympärillä, joka on kiinnitetty moottorin akseliin.

Potkurin toimintaperiaate on suhteellisen yksinkertainen. Lentokoneiden potkureiden perusasiat perustuvat enimmäkseenSir Isaac Newtonin kolmas laki:

"Jokaiselle toiminnalle on yhtäläinen ja päinvastainen reaktio.”

Jotta potkuri työntää lentokonetta eteenpäin, siipien on ensin työnnettävä ilmaa taaksepäin (toiminto). Tämä aiheuttaa vastakkaisen voiman, joka työntää konetta eteenpäin (reaktio).

Mitä suurempi määrä ilmaa työnnetään potkurin taakse, sitä enemmän työntövoimaa tai eteenpäin työntövoimaa ne tuottavat.

Potkurin perusteet

Kuten juuri mainittiin, potkurit ovat yksi ilmailun aerodynaamisesti monimutkaisimmista konsepteista. Jotta ymmärtäisit paremmin, kuinka ne toimivat, on tärkeää tarkastella joitain lentokoneiden rekvisiittaukseen liittyviä peruskäsitteitä.

Sointulinja

Paineviiva on kuvitteellinen viiva, joka on vedetty terän keskustan läpi sen etureunasta (juuresta tai navasta) sen takareunaan (kärkeen). Etureuna, kuten siivessä, on siiven paksuin reuna, joka kohtaa ilman potkurin pyöriessä.

Terän kulma

Potkurin lavat eivät ole suoria; pikemminkin ne ovat vinossa kuin ruuvi.

Terän kulma on kulma asteina jännelinjan ja pyörimistason välillä, ja se mitataan tietystä kohdasta terän pituudella.

Miksi lentokoneen potkuri on vääntynyt?

Syy, miksi potkurin rakenne on "kiertynyt", on se, että sen siipien ulkoosat, kuten kaikki keskipisteen ympäri kääntyvät kohteet, liikkuvat nopeammin kuin sisäalueet. Kun siipien geometrinen nousu oli vakio koko pituudeltaan, napaa lähellä olevilla osilla olisi negatiivinen hyökkäyskulma ja potkurin kärjet pysähtyivät matkanopeuksilla.

Piki

Sävelkorkeus määritellään "etäisyys, jonka potkuri liikkuisi yhdessä kierrossa, jos se liikkuisi pehmeän kiinteän aineen läpi, kuten ruuvi puun läpi".

Potkurin lavan nousu muuttuu, kun se siirtyy navasta kärkeen. Terän kulma on yleensä jyrkin tai lyhin tyvestä ja pienenee kärkeä kohti.

Tämä johtuu siitä, että potkurin lavat ovat jonkin verran kantosiiven muotoisia, jolloin ne voivat "purrata" ilmavirtaan ja tuottaa enemmän työntövoimaa.

Nousu on jyrkin (lyhyin) keskinapassa ja matalin potkurin ulkokärjessä.

Vaikka niitä käytetään usein vaihdettavasti teräkulman kanssa, molemmat ovat eri käsitteitä. Vaikka siiven kulma on mitattu fyysinen kulma ilmaistuna asteina, nousu on toisaalta etäisyys tuumina, jonka potkurin osa etenee yhdellä kierroksella.

Yleensä kuitenkin yhden lisääntyminen tai lasku liittyy yleensä samanlaiseen nousuun tai laskuun toisessa.

Hyökkäyskulma

Attack-kulma on yleinen käsite ilmailussa ja aerodynamiikassa.

Se on kulma, joka mitataan siiven jännelinjan ja sen ympärillä olevan ilmavirran välillä. Kun puhutaan lentokoneen potkureista, hyökkäyskulma on kulma, jossa ilmavirta osuu potkurin lapoihin.

Kuten siipien kohdalla, hyökkäyskulman lisääminen lisää nostovoimaa ja indusoitua vastusta pysähdyskohtaan saakka.

Kuten edellä mainittiin, potkurin lavan kierre on suunniteltu pitämään hyökkäyskulma lavan pituudella vakiona.

Kuinka monta terää lentokoneen potkureissa on?

Useimmissa lentokoneen potkureissa on kahdesta kuuteen lapaa. Potkurissa olevien siipien lukumäärä vaikuttaa sen tuottamaan työntövoimaan sekä siihen, kuinka tehokkaasti se liikkuu ilmassa.

Potkurin synnyttämän työntövoiman määrää sen siipien lukumäärä ja kulma sekä koko ja muoto sekä moottorin teho.

Potkurin lapojen lukumäärä määräytyy jälleen lentokonetyypin ja sen lentosuorituskykyvaatimusten sekä moottorin tehon mukaan.

Potkurin levypinta-alan tulisi kasvaa yhdessä moottorin tehon kanssa. Tätä kasvua rajoittaa kuitenkin terien kärkien nopeus. Kun virtausnopeus muuttuu tässä pisteessä yliääninopeudeksi, se saa sen terän osan vastuksen nousemaan ilman vastaavaa työntövoiman lisäystä.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi seuraavaksi paras vaihtoehto on nostaa potkurin lujuussuhdetta, joka tunnetaan myös nimelläaktiivisuussuhde. Tämä voidaan saavuttaa joko pidentämällä siiven pituutta tai lisäämällä ylimääräisiä potkurin lapoja.

On kuitenkin tärkeää huomata, että itse asiassaenemmän teriä on todella huono tehokkuus. Ihanteellisessa lentokoneen potkurissa on vain yksi lapa. Potkurin tietystä rakenteesta riippuen jokainen lisäsiipi voi aiheuttaa häiriöitä, jotka vaikuttavat muiden lapojen virtaukseen.

Tehokkuus on yleensä käänteinen terien lukumäärään nähden.Mitä vähemmän teriä tarvitset noston (tai työntövoiman) luomiseen, sitä parempi.

Jos moottorin tehoa on kuitenkin käytettävissä riittävästi, terien lisääminen on tehokkain tapa muuttaa moottorin teho työntövoimaksi.

Myös potkurit on tasapainotettava, mikä tarjoaa melkoisesti haasteita yksilapaista potkuria käytettäessä. Aerodynamiikka on myös melko monimutkaisempi kuin selitämme tässä. Jos haluat oppia lisää tästä konseptista, suosittelemme tutustumistatämä mielenkiintoinen keskustelu Aviation Stack Exchangestaja muut keskustelussa mainitut artikkelit.

2-lapaiset lentokonepotkurit

Yksittäisten lapojen käytännöllisestä monimutkaisuudesta johtuen yleisilmailulentokoneiden yleisin näky on kaksilapainen potkuri.

Kahden lavan etuna on, että potkuri on helpompi tasapainottaa, eikä aerodynaaminen rakenne ole niin monimutkainen kuin yksilapaisella potkurilla.

Toinen kaksilapaisten tukien etu on, että ne voidaan valmistaa kevyemmistä ja halvemmista materiaaleista, mikä pienentää potkurin valmistuskustannusten kokonaispainoa.

Niissä on kuitenkin rajoitettu ilmamäärä, jonka ne voivat syrjäyttää, ja siten myös eteenpäin suuntautuva työntövoima. Siksi niitä ei yleensä nähdä suuremmissa tai tehokkaammissa lentokoneissa.

4-lapaiset lentokonepotkurit

Nelilapaiset potkurit ovat suosittuja myös pienissä lentokoneissa, yleensä sellaisissa, joissa moottoriteho on suurempi. Vaikka ne ovat huomattavasti kalliimpia, ne tarjoavat useita etuja kaksilapaisiin potkureihin verrattuna.

Nelilapainen rekvisiitta tuottaa enemmän työntövoimaa kuin vastaava kaksiteräinen malli, mikä on hyödyllistä lentäessäsi suorituskykyistä lentokonetta. Tietyistä potkurin ominaisuuksista riippuen ne voivat myös tarjota pehmeämmän toiminnan ja vähentää tärinää, mikä tekee lennosta mukavampaa.

6-lapaiset lentokonepotkurit

Kuusilapaisia ​​potkureita käytetään tyypillisesti vain lentokoneissa, joissa on erittäin suuri moottoriteho, kuten suurissa kaupallisissa lentokoneissa tai muissa tehokkaissa potkuriturbiinikoneissa, kuten sotilaslentokoneissa tai yksimoottorisissa koneissa, kutenTBM-900.

Mistä lentokoneen potkurit on tehty?

Potkurit valmistetaan erilaisista materiaaleista sovelluksesta riippuen. Esimerkiksi pienten yleisilmailun lentokoneiden potkurit valmistetaan tyypillisesti alumiinista tai puusta, kun taas suuremmissa potkuriturbiinissa voidaan käyttää komposiitteja ja useimmat suihkumoottorien siivet on valmistettu kalliista titaanista.

Puiset lentokoneen potkurit

Useiden vuosikymmenten ajan suurin osa potkureista oli valmistettu puusta. Vielä nykyäänkin monet perinteiset ja vanhat lentokoneet käyttävät puisia potkureita.

Puu on suhteellisen halpa ja helposti työstettävä materiaali, joten se sopii ihanteellisesti pieniin yleisilmailukoneisiin. Se on myös melko kevyt materiaali, joka auttaa vähentämään lentokoneen kokonaispainoa.

Puiset potkurit valmistetaan kerrostelemalla puukaistaleita, yleensä keltaista koivua, mustakirsikkaa, sokerivaahteraa tai mustapähkinäpuuta, ja liimaamalla ne yhteen liimalla. Sitten potkuri muotoillaan ja tasapainotetaan ennen kuin se päällystetään tiivistekerroksella suojaamaan sitä elementeiltä.

Lentokoneiden moottoreiden tehon kasvaessa ja tehokkaampien potkureiden tarpeen kasvaessa puiset potkurit korvattiin vähitellen alumiinipotkureilla.

Alumiiniset lentokoneen potkurit

Alumiiniseoksesta valmistetut potkurin lavat otettiin käyttöön, ja niistä tuli nopeasti yleisilmailulentokoneiden standardi.

Alumiini on vahva mutta kevyt materiaali, mikä tekee siitä ihanteellisen potkureille. Se on myös suhteellisen helppo korjata, mikä on toinen suuri etu yleisilmailussa.

Komposiittiset lentokonepotkurit

Nykyään monet korkealuokkaiset yleisilmailut ja monimutkaiset lentokoneet käyttävät komposiittimateriaaleja potkureihinsa.

Komposiittipotkurit tarjoavat useita etuja perinteisiin alumiinipotkureihin verrattuna. Ne ovat tyypillisesti kevyempiä, hiljaisempia, tehokkaampia ja aiheuttavat vähemmän tärinää. Komposiittiterät on myös helpompi korjata muihin materiaaleihin verrattuna.

Lentokoneen 5 tärkeintä potkurityyppiä

Katsotaanpa nyt lopuksi erilaisia ​​lentokoneen potkureita, joita saatat kohdata.

#1. Kiinteäkulmaiset potkurit

Kiinteäpituiset potkurit ovat yksinkertaisin potkurityyppi. Kuten nimestä voi päätellä, niillä on valmistuksen aikana määritetty kiinteä nousu, jota ei voi muuttaa maassa tai lennon aikana.

Tämän tyyppisten potkureiden kiinteä nousu määritettiin optimaaliseksi nousuksi tietyissä olosuhteissa. Tämä tarkoittaa, että kun olosuhteet ja olosuhteet muuttuvat, tämän potkurin esiasetettu nousu ei välttämättä pysy optimaalisena.

Tämän tyyppisiä potkureita löytyy enimmäkseen yksimoottorisista yleisilmailulentokoneista, koska ne ovat vähiten monimutkaisin ja edullisin vaihtoehto. Yksimoottoriset GA-koneet lentävät yleensä alemmilla korkeuksilla ja alemmalla suhteellisen vakiollailmanopeudet, joten muuttuvaa sävelkorkeutta ei yleensä tarvita.

#2. Muuttuvan nousun potkurit

Kuten nimestä voi päätellä, muuttuvan nousun potkureissa ei ole kiinteää nousua ja ne tarjoavat lentäjälle mahdollisuuden muuttaa potkurin nousua lennon aikana, mikä mahdollistaa optimaalisen tehokkuuden eri olosuhteissa.

Suurin osa yleisilmailun kaksimoottorisista ja joissakin tehokkaammissa yksimoottorisista lentokoneista käyttää muuttuvan nousun potkureita. Tämä johtuu siitä, että ne lentävät yleensä muuttuvilla nopeuksilla ja korkeuksilla, mikä edellyttää erilaista potkurin nousuasetusta eri lento-olosuhteita varten.

Mitä tulee muuttuvan nousun potkureihin, voimme yleensä erottaa kaksi tyyppiä:vakionopeuksiset potkuritjasäädettävän nopeuden potkurit.

Vakionopeuspotkurit on suunniteltu säädettävällä siiven nousulla, joka säätyy automaattisesti optimaaliseksi erilaisissa lento-olosuhteissa ja suorituskykyvaatimuksissa. Pilotti vain asettaa halutun moottorin kierrosluvun ja siiven nousua ohjataan automaattisesti niin, että pyörimisnopeus pysyy vakiona. Tästä johtuu termi "vakionopeuspotkuri". Automaattiset säädöt suorittaa laite, jota kutsutaan potkurin säätimeksi tai vakionopeusyksiköksi (CSU).

Säädettävän nopeuden potkurit tarjoavat toisaalta saman joustavuuden, mutta niiden avulla ohjaaja voi asettaa halutun nousun manuaalisesti. Tämä tehdään tunnistettavalla sinisellä vivulla, joka sijaitsee yleensä kaasu- ja sekoitusvivun välissä mäntäkäyttöisissä lentokoneissa tai kaasuvivun vieressä potkuriturbiini- tai dieselkäyttöisissä mäntäkoneissa.

Vaikka se ei ole virallisesti erityyppinen potkuri, saatat myös törmätä termiinKäännettävä potkuri.Nämä ovat muuttuvan nousun potkureita, joissa nousu voidaan asettaa negatiivisiksi arvoiksi. Tämä luo käänteisen työntövoiman jarrutusta tai taaksepäin rullausta varten ilman, että akselin pyörimissuuntaa tarvitsee muuttaa.

Tämän tyyppisiä potkureita löytyy usein suurista sotilaallisista potkuriturbiinikuljetuskoneista, kuten C-130 Herculesista.

#3. Maassa säädettävät potkurit

Jotkut pienemmät lentokoneet, kuten ultrakevyet ja mikrokevyet, on varustettu ns. maahan säädettävillä potkurilla. Näitä ei pidetä muuttuvan nousun potkureina, mutta ne tarjoavat mahdollisuuden säätää potkurin nousua maassa lentojen välillä.

Lisäkustannusten ja vähäisen lisämukavuuden tai toiminnallisen suorituskyvyn lisäyksen vuoksi tämän tyyppistä potkuria ei enää usein löydy.

Lentokoneen potkurit koristeena

Koska lentokoneiden potkurit ovat yksi ilmailun ikonisimmista symboleista, ei ole yllätys, että ne ovat loistava koristelu.

Etsitpä sitten täydellistä sisustusta olohuoneesi sisustamiseen tai haluat hauskan keskustelun aloittajan eteiseen, koristeelliset lentokonepotkurit ovat juuri sitä, mitä tarvitset. Itse asiassa lentokoneiden potkurit ovat niin suosittuja kodin sisustamiseen, koska ne eivät ole vain esteettisesti miellyttäviä, vaan myös muistuttavat meitä kaikkia siitä, kuinka uskomatonta lentotekniikkaa on tullut ajan myötä.

Jos etsit täydellistä viimeistelyä ilmailuaiheiseen kotiin, tutustu toiseen artikkeliimme, jossa on 12 upeaa koristeellista lentokonepotkuria:

Koska mikään ei symboloi ilmailuhistoriaa yksinkertaisemmin ja mieleenpainuvammin kuin potkurit.

Johtopäätös

Toivomme, että yllä oleva artikkeli on antanut sinulle käsityksen lentokoneiden potkureiden perusteista, potkureiden materiaaleista, kokoista ja tietysti erilaisista tyypeistä, joita saatat kohdata lentokentillä nykyään.

Haluatko oppia lisää erilaisista lentokoneisiin liittyvistä aerodynaamisista käsitteistä?

Tutustu Rod Machadon laajaan aerodynamiikkaa käsittelevään sähköiseen oppimiskurssiin. Se on erinomainen kurssi kaikille urheilu-, virkistys- tai yksityislentäjän todistusta hakeville. Se on myös erinomainen kurssi auttaa lennonopettajahakijoita kehittämään opetusstrategiaansa ja -tyyliään.