Um ventilador centrífugo é um dispositivo do tipo mecânico capaz de trabalhar com fluxos de ar ou gás com baixo nível de aumento de pressão. Um impulsor giratório garante o movimento das massas de ar. O sistema operacional é que a energia cinética aumenta a pressão do fluxo, o que neutraliza todos os dutos de ar e amortecedores.

Um ventilador centrífugo é muito mais potente que um ventilador axial e, ao mesmo tempo, tem um consumo econômico de energia.

Este dispositivo permite alterar a direção da massa de ar com uma inclinação de 90 graus. Ao mesmo tempo, os ventiladores não geram muito ruído durante a operação e, devido à sua confiabilidade, sua gama de condições de operação é bastante ampla.

Algumas funcionalidades

Gostaria de chamar a atenção para o fato de que o princípio de funcionamento de um ventilador centrífugo é projetado de forma que bombeia um volume constante de ar, e não de massa, o que permite registrar a vazão de ar. Além disso, esses modelos são muito mais econômicos que seus equivalentes axiais e seu design é mais simples.

Diagrama dos elementos do ventilador centrífugo: 1 – cubo, 2 – disco principal, 3 – pás do rotor, 4 – disco frontal, 5 – grade das pás, 6 – carcaça, 7 – polia, 8 – rolamentos, 9 – estrutura, 10, 11 – flanges.

A indústria automotiva utiliza esses ventiladores para resfriar motores de combustão interna, que transferem sua energia “para uso” para tal dispositivo. Este dispositivo de ventilação também é usado para movimentar misturas de gases e materiais em sistemas de ventilação.

Pode ser utilizado como um dos componentes de sistemas de aquecimento ou refrigeração. Esta técnica também é aplicável para limpeza e filtragem de sistemas industriais.

Para garantir o nível necessário de pressão e fluxo, normalmente é usada toda uma série de ventiladores. É claro que os modelos centrífugos têm maior potência, mas ao mesmo tempo permanecem econômicos (apenas 12% dos custos de eletricidade).

O dispositivo do ventilador centrífugo consiste em um impulsor equipado com várias fileiras de pás (nervuras). No centro há uma haste que percorre todo o corpo. As massas de ar entram pela borda onde as pás estão localizadas, depois, devido ao design, giram 90 graus e, graças à força centrífuga, aceleram ainda mais.

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Tipos de mecanismos de acionamento

O tipo de acionamento influencia em grande parte o funcionamento do ventilador, nomeadamente a rotação das pás. Hoje existem 3 deles:

1. Direto. Neste caso, o impulsor está conectado diretamente ao eixo do motor. A velocidade das lâminas também dependerá da velocidade de rotação do motor. As desvantagens deste modelo são as seguintes: se o motor não estiver com a rotação ajustada, o ventilador funcionará no mesmo modo. Mas se você considerar que o ar frio tem uma densidade maior, então o próprio ar condicionado funcionará mais rápido.
2. Cinto. Este tipo de dispositivo possui polias que ficam localizadas no eixo do motor e no impulsor. A relação dos diâmetros das polias de ambos os elementos afeta a velocidade de operação das lâminas.
3. Ajustável. Aqui o ajuste da velocidade ocorre devido à presença de uma embreagem hidráulica ou magnética. Sua localização é entre os eixos do motor e do impulsor. Para facilitar esse processo, esses ventiladores centrífugos possuem sistemas automatizados.

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Componentes de um ventilador centrífugo

Diagrama de impulsores de ventiladores centrífugos: a - tambor, b - anular, c, d - com discos de cobertura cônicos, e - disco único, f - sem disco.

Como qualquer outro equipamento, o ventilador funcionará corretamente somente com os elementos de design apropriados.

1. Rolamentos. Na maioria das vezes, esse tipo de dispositivo possui rolamentos de rolos cheios de óleo. Alguns modelos podem possuir sistema de refrigeração a água, mais utilizado em trabalhos com gases quentes, o que evita o superaquecimento dos mancais.
2. Lâminas e amortecedores. A principal função dos amortecedores é controlar os fluxos de gás na entrada e na saída. Alguns modelos de exaustores centrífugos podem tê-los em ambos os lados ou apenas em um lado – entrada ou saída. Os amortecedores de “entrada” controlam a quantidade de gás ou ar que entra, enquanto os amortecedores de “saída” resistem ao fluxo de ar que controla o gás. Os amortecedores localizados na entrada das pás ajudam a reduzir o consumo de energia.

As próprias placas estão localizadas no cubo da roda do ventilador centrípeto. Existem três arranjos de lâmina padrão:

• as lâminas estão dobradas para frente;
• as lâminas são curvadas para trás;
• as lâminas são retas.

Na primeira versão, as lâminas possuem lâminas com sentido de movimento da roda. Esses fãs “não gostam” de impurezas sólidas nos fluxos de transporte aéreo. Seu objetivo principal é alto fluxo com baixa pressão.

A segunda opção é equipada com lâminas curvas contra o movimento da roda. Desta forma, consegue-se um canal aerodinâmico e um design relativamente económico. Este método é utilizado quando se trabalha com fluxos de consistência gasosa de níveis baixos e moderados de saturação com componentes duros. Além disso, possuem proteção contra danos. É muito conveniente que esse ventilador centrífugo tenha uma ampla gama de ajustes de velocidade. Eles são muito mais eficientes que os modelos com lâminas curvadas ou retas para frente, embora estes últimos sejam mais baratos.

A terceira opção possui lâminas que se expandem imediatamente a partir do hub. Esses modelos têm sensibilidade mínima à deposição de partículas sólidas nas pás do ventilador, mas ao mesmo tempo fazem muito barulho durante a operação. Eles também apresentam um ritmo operacional rápido, baixos volumes e altos níveis de pressão. Frequentemente utilizado para fins de aspiração, em sistemas pneumáticos de transporte de materiais e em outras obras similares.

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Tipos de ventiladores centrífugos

Existem certos padrões pelos quais este equipamento é fabricado. Os seguintes tipos devem ser distinguidos:

1. 1. Asa aerodinâmica. Tais modelos são amplamente utilizados na área de trabalho contínuo, onde altas temperaturas estão constantemente presentes, na maioria das vezes são sistemas de injeção e exaustão. Tendo uma classificação de alto desempenho, eles ficam em silêncio.
   2. Lâminas curvadas para trás. Eles são altamente eficazes. O design destes ventiladores evita o acúmulo de poeira e pequenas partículas nas pás. Possui um design bastante robusto, o que permite sua utilização em áreas de alta opressão.
   3. Costelas curvadas na direção oposta. Projetado para grandes volumes de massas de ar com níveis de pressão relativamente baixos.
   4. Lâminas radiais. Bastante durável, pode fornecer alta pressão, mas com nível médio de eficiência. As guias do rotor possuem um revestimento especial que as protege da erosão. Além disso, esses modelos possuem dimensões bastante compactas.
   5. Costelas curvadas para frente. Projetado para aqueles casos onde é necessário trabalhar com grandes volumes de massas de ar e há alta pressão. Esses modelos também apresentam boa resistência à erosão. Ao contrário dos modelos do tipo “traseiro”, essas unidades são menores. Este tipo de impulsor possui o maior fluxo volumétrico.
   6. Roda de pás. Este dispositivo é uma roda aberta sem qualquer carcaça ou invólucro. Adequado para ambientes onde há muita poeira, mas, infelizmente, tais dispositivos não são altamente eficientes. Adequado para uso em altas temperaturas.

Tipos de geradores eólicos

As turbinas eólicas podem ser distinguidas por:
— número de lâminas;
— tipo de materiais da lâmina;
— localização vertical ou horizontal do eixo de instalação;
— versão escalonada das lâminas.

Por design, os geradores eólicos são divididos de acordo com o número de pás: simples, duas pás, três pás e múltiplas pás. A presença de um grande número de pás permite que girem com muito pouco vento. O desenho das pás pode ser dividido em rígidas e em vela. As turbinas eólicas à vela são mais baratas que outras, mas requerem reparos frequentes.

Um dos tipos de geradores eólicos é horizontal

Os geradores eólicos verticais começam a girar com ventos fracos. Eles não precisam de um cata-vento. No entanto, eles são inferiores em potência aos moinhos de vento com eixo horizontal. O passo das pás das turbinas eólicas pode ser fixo ou variável. O passo variável das lâminas permite aumentar a velocidade de rotação. Esses moinhos de vento são mais caros. Os projetos de turbinas eólicas de passo fixo são confiáveis ​​e simples.

Gerador vertical

A manutenção desses moinhos é mais barata porque são instalados em uma altura baixa. Eles também têm menos peças móveis e são mais fáceis de reparar e fabricar. Esta opção de instalação é fácil de fazer com as próprias mãos.

Gerador eólico vertical

Com pás ideais e um rotor exclusivo, proporciona alta eficiência e não depende da direção do vento. Os geradores eólicos de design vertical são silenciosos. O gerador eólico vertical possui vários tipos de design.

Geradores eólicos ortogonais

Gerador eólico ortogonal

Esses moinhos de vento possuem várias pás paralelas que são instaladas distantes do eixo vertical. A operação de moinhos ortogonais não é afetada pela direção do vento. São instalados ao nível do solo, o que facilita a instalação e operação da unidade.

Geradores eólicos baseados no rotor Savonius

As pás desta instalação são semicilindros especiais que criam alto torque. As desvantagens desses moinhos incluem alto consumo de material e baixa eficiência. Para obter alto torque, um rotor Darrieus também é instalado com o rotor Savonius.

Turbinas eólicas com rotor Daria

Junto com o rotor Darrieus, essas unidades possuem vários pares de pás com um design original para melhorar a aerodinâmica. A vantagem destas instalações é a possibilidade da sua instalação ao nível do solo.

Geradores eólicos helicoidais.

São uma modificação dos rotores ortogonais com uma configuração especial de pás, que proporciona rotação uniforme do rotor. Ao reduzir a carga nos elementos do rotor, sua vida útil aumenta.

Geradores eólicos baseados no rotor Daria

Turbinas eólicas multipás

Geradores eólicos multipás

As turbinas eólicas deste tipo são uma versão modificada dos rotores ortogonais. As lâminas nessas instalações são instaladas em várias fileiras. A primeira fila de pás fixas direciona o fluxo do vento para as pás.

Gerador eólico à vela

A principal vantagem desta instalação é a capacidade de trabalhar com ventos fracos de 0,5 m/s. O gerador eólico à vela pode ser instalado em qualquer lugar, em qualquer altura.

Gerador eólico à vela

As vantagens incluem: baixa velocidade do vento, resposta rápida ao vento, leveza de construção, disponibilidade de material, facilidade de manutenção, capacidade de fazer um moinho de vento com as próprias mãos. A desvantagem é a possibilidade de quebra com ventos fortes.

Gerador eólico horizontal

Gerador eólico horizontal

Estas instalações podem ter um número diferente de lâminas. Para que um gerador eólico funcione, é importante escolher a direção correta do vento. A eficiência da instalação é alcançada pelo pequeno ângulo de ataque das lâminas e pela possibilidade de seu ajuste. Esses geradores eólicos têm dimensões e peso pequenos.

Tem de basear-se em resultados experimentais ou em informações fragmentadas recolhidas de diversas fontes. Consideremos uma questão importante que surge ao criar um moinho de vento - o design das pás.

Como funciona um gerador eólico simples?

Existem dois tipos de geradores eólicos:

• horizontal
• vertical

A diferença está na localização do eixo de rotação. Os mais produtivos são considerados, lembrando um avião com uma hélice em seu formato. A hélice é o impulsor do moinho de vento, a cauda é um dispositivo de orientação do fluxo de vento que gira automaticamente o eixo na direção do movimento do ar.

Quando o vento atua sobre o impulsor, é gerado um torque que é transmitido ao eixo do gerador. Uma corrente elétrica é excitada em seus enrolamentos, que se carrega. Eles, por sua vez, carregam o inversor, que altera os parâmetros de corrente e alimenta os consumidores com tensão padrão de 220 V 50 Hz.

Existem sistemas mais simples onde os consumidores são alimentados diretamente pelo gerador, mas tal sistema não está de forma alguma protegido contra picos de tensão ou quedas de energia. A opção é utilizada apenas para iluminação ou acionamento de bombas que bombeiam água.

Qual formato de lâmina é ideal?

O principal elemento de um moinho de vento horizontal é o impulsor. Assemelha-se mais a uma hélice, embora desempenhe funções completamente opostas. aproveite a energia do fluxo de ar, convertendo-o em movimento rotacional. A eficiência do impulsor e de todo o conjunto depende diretamente de sua configuração.

Os dispositivos horizontais possuem impulsores equipados com um grande número de pás. Normalmente são mais de 3. Nesse quesito, existe uma dependência do número de lâminas com a produtividade. O fato é que à medida que o número de planos receptores aumenta, a potência do impulsor diminui e, à medida que o número diminui, também diminui a sensibilidade. Portanto, eles escolhem o “meio-termo”, tomando o número médio de lâminas.

Importante! Um grande número de pás aumenta a carga frontal no dispositivo, criando uma força de tombamento na base do mastro e uma forte pressão axial no impulsor, que destrói os mancais do gerador.

Na prática, foi criado um grande número de dispositivos diferentes que têm o formato de um impulsor, desde simples setores de círculo, levemente girados ao longo do eixo radial, até opções complexas com aerodinâmica cuidadosamente calculada, testadas em diferentes condições. Os resultados do teste mostraram que o formato ideal é um modelo próximo a uma hélice. Essa lâmina se expande um pouco a partir do centro (carenagem) do impulsor e afunila gradualmente em direção à extremidade.

A vantagem deste tipo é a distribuição uniforme das cargas no mancal de apoio, na superfície da pá e em todo o sistema do moinho de vento como um todo. O fluxo do vento afeta todas as áreas com a mesma força, mas se você expandir a pá até o final, obterá uma alavanca bastante longa que sobrecarrega o rolamento e quebra as pás. Daí veio este formulário que, com pequenas modificações, é utilizado em quase todos os moinhos de vento.

Selecionando uma visualização

Existem poucas opções ou tipos de pás para turbinas eólicas horizontais. A razão para isso está no design do próprio impulsor - simplesmente não há lugar para criar formas ou configurações complexas. No entanto, o desenvolvimento da opção mais bem sucedida está em curso hoje em dia, vários tipos podem ser distinguidos:

• impulsores de lâmina sólida

As lâminas sólidas são feitas de vários materiais em um formato específico, enquanto as lâminas das velas têm um design completamente diferente. A base é uma moldura sobre a qual é esticada uma tela grossa para que um dos lados não fique preso à moldura. O resultado é uma lâmina triangular com um lado (do centro para um dos vértices) não preso à base.

O fluxo do vento cria pressão na vela e dá-lhe a forma ideal para sair do avião, fazendo com que a roda comece a girar. A opção tem vantagem na massa e peso da roda, mas exige monitoramento constante do estado do tecido e do impulsor como um todo.

Para a autoprodução, geralmente são utilizados materiais de sucata. Dado o perfil complexo das pás, a utilização de tubos de chapa metálica ou plástico é uma boa opção.

Cálculo da lâmina

Na prática, poucas pessoas calculam os parâmetros da lâmina, pois isso requer treinamento e dados especiais. A maioria dos valores necessários para os cálculos devem ser encontrados primeiro; alguns deles só serão conhecidos após o lançamento do moinho de vento; Além disso, para a maioria das espécies ainda não existe um modelo matemático de rotação, o que torna os cálculos inúteis.

Na maioria das vezes, o diâmetro do impulsor é selecionado de acordo com a potência necessária, realizada conforme tabela:

Como opção, você pode usar uma calculadora online, que permite obter o resultado final em segundos, bastando inserir seus próprios dados nas janelas do programa.

Deve-se levar em consideração que os cálculos de um dispositivo como um impulsor não terão precisão suficiente devido ao grande número de efeitos sutis e quantidades desconhecidas, portanto, na maioria das vezes, recorrem à seleção experimental de forma e tamanho.

Materiais para produção

Antes que você comece trabalho de criação de impulsor, você precisa decidir sobre o material. A escolha é feita a partir do que está disponível ou de materiais mais familiares ao usuário e disponíveis para processamento. Requisitos de material para fabricação de lâminas:

• força
• peso leve
• facilidade de processamento
• a capacidade de dar a forma desejada ou a peça de trabalho possui
• disponibilidade

De todas as opções possíveis, várias das mais bem sucedidas foram identificadas experimentalmente. Vamos dar uma olhada neles.

Tubos de PVC

Uso de tubos de esgoto de PVC de grande diâmetro permite obter lâminas de alta qualidade de forma rápida e econômica. O plástico não é suscetível à umidade e é fácil de processar. A qualidade mais valiosa é que a peça tenha um formato de ranhura uniforme, resta apenas cortar corretamente todo o excesso;

A facilidade de fabricação e o baixo custo do material, aliados às propriedades de desempenho do plástico, fizeram dos tubos de PVC o material mais utilizado na fabricação de moinhos de vento caseiros. As desvantagens do material incluem sua fragilidade em baixas temperaturas.

Alumínio

As lâminas de alumínio são duráveis, fortes e não têm medo de influências externas. Ao mesmo tempo, são mais pesados ​​que os de plástico e exigem um equilíbrio cuidadoso da roda. Além disso, trabalhar com metal, mesmo maleável como o alumínio, requer habilidade e as ferramentas certas.

O formato do material também complica o trabalho - a chapa de alumínio é a mais utilizada, então não basta fazer as lâminas, é preciso dar-lhes o perfil adequado, para o qual será necessário fazer um gabarito especial. Alternativamente, você pode primeiro dobrar a folha ao longo do mandril e depois começar a marcar e cortar as peças. Em geral, o material é mais resistente ao estresse e não tem medo de temperaturas ou influências climáticas.

Fibra de vidro

Esta escolha é para especialistas. Trabalhar com fibra de vidro é complexo e requer habilidades e conhecimento de muitas sutilezas. O procedimento para criar uma lâmina inclui várias operações:

• fazer um molde de madeira, cobrindo sua superfície com cera, mástique ou outro material que repele a cola
• fazendo metade da lâmina. Uma camada de epóxi é aplicada na superfície do gabarito, sobre a qual a fibra de vidro é imediatamente colocada. Em seguida, aplica-se novamente o epóxi (sem esperar a secagem da camada anterior) e novamente a fibra de vidro. Isso cria metade da lâmina com a espessura necessária
• a segunda metade da lâmina é feita de maneira semelhante
• Após o endurecimento da cola, as metades são unidas com epóxi. As juntas são lixadas, uma luva é inserida na extremidade para conexão ao cubo

A tecnologia é complexa e requer tempo e habilidade para trabalhar com materiais. Além disso, a resina epóxi tem a desagradável propriedade de ferver em grandes volumes, o que cria uma ameaça constante de estragar toda a obra. Portanto, apenas usuários experientes e treinados devem escolher a fibra de vidro.

Madeira

Trabalhar com madeira é bastante familiar para a maioria dos usuários, mas criar lâminas é uma tarefa bastante complexa. Não só a forma do produto em si não é simples, mas também será necessário fazer com que várias amostras idênticas sejam indistinguíveis umas das outras.

Nem todos podem resolver esse problema. Além disso, os produtos acabados devem ser devidamente protegidos da umidade, impregnados com óleo secante ou óleo, pintados, etc.

A madeira tem muitas qualidades negativas- é propenso a deformar, rachar e apodrecer. Absorve e libera facilmente umidade, o que altera a massa e o equilíbrio do impulsor. Todas essas propriedades fazem com que o material não seja a melhor escolha para o artesão doméstico, já que ninguém precisa de complicações desnecessárias.

Criando lâminas passo a passo

Consideremos a opção mais comum para fabricação de lâminas. O material utilizado é um tubo de PVC com diâmetro de cerca de 110-160 mm:

• pedaços de tubo são cortados ao longo do comprimento das lâminas
• Uma linha é traçada ao longo do segmento, a partir da qual são medidos 22 mm em ambas as direções. O resultado é 44 mm - a largura de uma lâmina
• a mesma coisa é feita do lado oposto
• os pontos extremos de um lado da linha central são conectados em linha reta. No segundo lado é aplicado um desenho do formato da lâmina
• a lâmina é cortada, a extremidade livre é cuidadosamente arredondada, as bordas são processadas com lixa ou lima
• as lâminas estão presas ao cubo

O formato das lâminas possui a seguinte estrutura:

• as partes finais têm a mesma largura - 44 mm
• no meio a largura da lâmina é de 55 mm
• a uma distância de 0,15 comprimentos, a largura da lâmina é de 88 mm

A invenção refere-se à tecnologia da aviação, nomeadamente ao projeto e teste de voo de hélices instaladas em aeronaves. O método inclui um arranjo desigual de pás ao longo do disco, instaladas aos pares mantendo a simetria em relação aos eixos ortogonais da hélice, combinando tipos de hélices com um número par de pás de quatro ou mais, definindo um modelo matemático para cálculo do harmônico componentes de vetores de carga variáveis ​​​​para cada pá dependendo dos ângulos entre os eixos adjacentes aos pares de pás 1, somando os vetores de carga de cada pá no cubo da hélice ao longo dos três eixos OY 1, OX 1, OZ 1 do sistema de coordenadas rotativas com a origem no centro do cubo da hélice da aeronave, projetando então os vetores de carga resultantes nos eixos coordenados fixos da aeronave O n X n e O n Z n, realizando uma análise harmônica das projeções dos vetores de carga no longitudinal O n Eixos coordenados X n e transversais O n Z, construindo a dependência das amplitudes desses componentes harmônicos nos ângulos 1 e selecionando deles os valores dos ângulos calculados correspondentes ao nível mínimo de harmônicos de cargas variáveis. Um aumento na vida útil da estrutura da aeronave sob condições de resistência à fadiga é alcançado pela redução de cargas e vibrações. 1 salário voar, 4 doentes.

Desenhos para patente RF 2385262

A invenção refere-se à tecnologia aeronáutica, nomeadamente ao projeto e teste de voo de hélices instaladas em aeronaves, principalmente helicópteros, aviões e giroplanos, e pode ser utilizada para aumentar a vida útil da estrutura da aeronave em termos de resistência à fadiga (eixos de suporte, direção , puxando e empurrando hélices, caixas de câmbio principais, de direção e intermediárias, estruturas de subcaixas de câmbio, fuselagens, vigas de cauda e quilha).

Estado da arte

Sabe-se que as forças e momentos criados por cada uma das pás da hélice são determinados por cargas aerodinâmicas e forças e momentos inerciais que surgem durante suas vibrações. As cargas das pás são transferidas para o cubo da hélice e adicionadas a ele de acordo com certas regras, e então, transformadas de acordo com outras regras, são transferidas para a fuselagem (Mikheev R.A. Força dos helicópteros. M.: Mashinostroenie, 1984. p. 30).

Para facilitar a compreensão da apresentação posterior da essência da invenção, consideremos primeiro o processo de adição e transformação de harmônicos em uma hélice clássica, ou seja, em uma hélice com um arranjo uniforme de pás ao longo do disco (Mikheev R.A. Força dos helicópteros. M.: Mashinostroenie, 1984. p. 30). Ao derivar regras de soma, geralmente assume-se que as pás são idênticas em suas características aerodinâmicas, de massa e de rigidez. Sob esta condição, as leis das mudanças nas cargas nas lâminas individuais diferirão umas das outras apenas por uma mudança no tempo (fase). As amplitudes de qualquer um dos componentes harmônicos para todas as lâminas serão as mesmas. Para encontrar a resultante das forças no cubo, é conveniente considerar a soma dos mesmos harmônicos das cargas criadas em cada uma das pás. Neste caso, é necessário levar em consideração o sentido de ação das cargas nas diferentes lâminas. A carga proveniente de cada pá, número i, pode ser distribuída em três direções: na direção do eixo da hélice - estes são os vetores de empuxo e torque, e os outros dois estão localizados no plano de rotação perpendicular ao eixo da hélice. dobradiça horizontal e paralela a ela (perpendicular ao eixo da lâmina). Os vetores e de lâminas diferentes são paralelos entre si, e os vetores e de lâminas vizinhas são girados entre si em um ângulo , onde K l é o número de pás da hélice.

Para harmônicos de cargas cujos vetores são paralelos ao eixo de rotação da hélice, aplica-se a primeira regra de soma (Mikheev R.A. Força dos helicópteros. M.: Mashinostroenie, 1984, p. 30). De acordo com esta regra, harmônicos com números e múltiplos do número de lâminas:

e as amplitudes das cargas A n de diferentes pás se somam e dão uma resultante no cubo, tendo uma amplitude e a mesma frequência. Eles são transmitidos para a fuselagem sem alterar as amplitudes e frequências dos componentes harmônicos das forças. Tais harmônicos são chamados de harmônicos de passagem. Harmônicos com números que não são múltiplos do número de lâminas, ou seja, que não satisfazem a condição (1) para qualquer número inteiro m e, são mutuamente equilibrados na bucha e não são transmitidos para a fuselagem. Esses harmônicos são chamados de harmônicos não passantes.

Para forças harmônicas no cubo localizado no plano de rotação do rotor e girado entre si por um ângulo igual ao ângulo entre as pás, a segunda regra de soma é aplicada (Mikheev R.A. Força de helicópteros. M.: Mashinostroenie, 1984. pág. 37).

De acordo com esta regra, harmônicos com números que diferem em um dos números que são múltiplos do número de lâminas são harmônicos passantes:

e o primeiro harmônico, que corresponde ao valor m=0. A amplitude desta carga é igual à amplitude harmônica de uma pá multiplicada pela metade do número de pás. Esta regra é válida para hélices com número de pás K l 3.

Quando esses harmônicos são transferidos para um sistema de coordenadas não rotativo O n X n Z n, os harmônicos com números mК l ±1 são transformados em harmônicos da lâmina

No entanto, estas regras aplicam-se aos parafusos clássicos, ou seja, a tais hélices em que as pás estão espaçadas uniformemente ao longo do disco, o que não permite ao projetista, ao projetar as hélices, controlar as cargas e vibrações transmitidas das hélices para a estrutura.

São conhecidos os rotores de cauda do tipo X (design em tesoura) instalados nos helicópteros AN-64A Apache (EUA), Mi-28 e Mi-38 (Rússia).

A descrição do helicóptero Apache, compilada com base em materiais da imprensa estrangeira aberta (Helicóptero de combate McDonnell-Douglas AN-64A "Apache" (com base em materiais da imprensa estrangeira aberta). ONTI TsAGI, 1989. p. 23), fornece informação de que a utilização de arranjo desigual entre pares de pás (ângulo agudo X = 55°) levou à diminuição do nível do quarto harmônico do componente ruído.

No trabalho (Rozhdestvensky M.G., Samokhin V.F. Características aerodinâmicas e acústicas do parafuso do circuito “tesoura”. Aerodinâmica. Artigo nos Anais do Sexto Fórum de RosVO, 2004. p. I-103 I-117) é mostrado que o layout do parafuso do circuito “tesoura” apresenta vantagens em relação às características de uma hélice com pás ortogonais: o aumento do empuxo chega a 7%, e o aumento máximo da eficiência é de 10%.

Um rotor de cauda do tipo fenestron com dez pás espaçadas de forma desigual ao longo do disco é implementado nos helicópteros EC130 e EC135 da Eurocopter (Helicopter Industry Magazine, dezembro de 2007, p. 25). Segundo a empresa, em um helicóptero com hélice feito de acordo com esse conceito, foi possível reduzir significativamente o nível de ruído, a potência necessária e aumentar a qualidade aerodinâmica.

Existe uma conhecida patente RF nº 1826421 Rotor principal conversível de uma aeronave predominantemente combinada, contendo um cubo de hélice, quatro pás com perfil simétrico, instalado em um ângulo de 90° para vôo de helicóptero, e para modo avião a hélice em o plano torna-se em forma de X. No modo aeronave, os consoles são instalados com um ângulo de varredura menor em relação ao fluxo que se aproxima (ângulo de varredura X = 30°), o que melhora as propriedades de suporte de carga do sistema rotor-asa principal.

Porém, nesta patente não foram consideradas as questões de redução dos níveis de cargas e vibrações que atuam na estrutura da aeronave combinada.

O resultado técnico ao qual a invenção visa é aumentar a vida útil da estrutura da aeronave nas condições de resistência à fadiga, através da redução de cargas e vibrações.

Para alcançar o resultado técnico citado no método proposto, incluindo uma disposição desigual das pás em um disco, instaladas aos pares, mantendo a simetria em relação aos eixos ortogonais da hélice, de acordo com a invenção, tipos de hélices com número par de lâminas de quatro ou mais são combinadas da seguinte forma:

A hélice de 10 pás é combinada a partir de duas hélices em forma de X e uma de 2 pás.

Um modelo matemático é determinado para calcular os componentes harmônicos dos vetores de carga variáveis ​​para cada pá dependendo dos ângulos dos pares de pás 1. Os vetores de carga de cada pá no cubo da hélice são somados ao longo de três eixos OY 1, OX 1, OZ 1, um sistema de coordenadas rotativas com origem no centro do cubo da hélice da aeronave, então os vetores de carga resultantes são projetados no eixos coordenados fixos da aeronave O n X n e O n Z n. É realizada uma análise harmônica das projeções dos vetores de carga nos eixos coordenados longitudinais O n X n e transversais O n Z, são traçadas as dependências das amplitudes desses componentes harmônicos nos ângulos 1, a partir dos quais os valores dos ângulos correspondentes a o nível mínimo de harmônicos de cargas variáveis ​​é selecionado.

Para uma hélice de 10 pás, as combinações dos ângulos 1, 2 nos quais as cargas e vibrações que atuam na estrutura da aeronave são iguais a zero são determinadas analiticamente pelo método de aproximações sucessivas, onde 1 é o ângulo entre os eixos dos pares adjacentes de lâminas, e 2 é o ângulo entre os eixos de pares adjacentes de lâminas. Os ângulos selecionados são utilizados na montagem do parafuso.

O método proposto é ilustrado pelas seguintes figuras:

A Figura 1 mostra um diagrama de uma hélice multipás com um arranjo irregular de pás ao longo do disco, onde

1 - eixos coordenados de rotação do parafuso OX 1 e OZ 1;

2 - eixos das lâminas nº 1, 2, K l;

3 - bucha roscada;

4 - eixos O n X n e O n Z n em um sistema de coordenadas fixo O n X n Z n;

5 - ângulos entre lâminas adjacentes 1;

7 - eixo de coordenadas verticais O n Y n;

8 - posição azimutal do eixo da lâmina nº 1.

A Figura 2 mostra as dependências das amplitudes das projeções das cargas 10 nos eixos coordenados fixos dos ângulos 1 5 para o quarto e décimo segundo harmônicos, onde

9 - amplitudes das projeções dos vetores de carga no eixo de coordenadas verticais O n Y n 7;

11 - amplitudes das projeções dos vetores de carga nos eixos coordenados fixos 4: longitudinal O n Z n, transversal O n Z n.

A Figura 3 mostra combinações entre os ângulos 1 e 2, correspondentes ao nível zero da amplitude do quarto harmônico, onde

5 - ângulos entre os eixos das lâminas adjacentes 1;

6 - ângulos entre os eixos das lâminas adjacentes 2;

12 - ponto correspondente ao quarto harmônico zero, obtido por cálculo;

13 - polinômio de interpolação correspondente ao nível de carga zero para o quarto harmônico.

16 - frequência de oscilação, Hz.

O método é realizado da seguinte forma

No método proposto, que inclui um arranjo desigual de pás ao longo do disco, instaladas aos pares, mantendo a simetria em relação aos eixos ortogonais da hélice, tipos de hélices com número par de pás de quatro ou mais são combinados da seguinte forma:

Uma hélice de 4 pás (em forma de X) é formada por dois pares de pás;

Uma hélice de 6 pás é composta por uma hélice em forma de X e duas pás;

As hélices de 8 pás são formadas por: duas hélices clássicas de 4 pás; de hélices clássicas em formato de X e 4 pás; de dois parafusos em forma de X;

Uma hélice de 10 pás é combinada a partir de duas hélices em forma de X e uma de 2 pás.

Um modelo matemático é determinado para calcular os componentes harmônicos dos vetores de carga variáveis ​​para cada pá dependendo dos ângulos dos pares de pás 1. Os vetores de carga de cada pá no cubo da hélice são somados ao longo de três eixos OY 1, OX 1, OZ 1 do sistema de coordenadas rotativas com origem no centro do cubo da hélice da aeronave, então os vetores de carga resultantes são projetados no eixos coordenados fixos da aeronave O n X n e O n Z n . É realizada uma análise harmônica das projeções dos vetores de carga nos eixos coordenados longitudinais O n X n e transversais O n Z, são traçadas as dependências das amplitudes desses componentes harmônicos nos ângulos 1, a partir dos quais os valores dos ângulos correspondentes a o nível mínimo de harmônicos de cargas variáveis ​​é selecionado.

Para uma hélice de 10 pás, as combinações dos ângulos 1, 2 nos quais as cargas e vibrações que atuam na estrutura da aeronave são iguais a zero são determinadas analiticamente pelo método de aproximações sucessivas, onde 1 é o ângulo entre os eixos dos pares adjacentes de lâminas, e 2 é o ângulo entre os eixos de pares adjacentes de lâminas. Os ângulos selecionados são utilizados na montagem do parafuso.

Assim, os valores obtidos dos ângulos 1 e 2, correspondentes às componentes harmônicas mínima e zero, permitem reduzir significativamente o nível de cargas e vibrações que atuam na estrutura da aeronave.

A essência da invenção é ilustrada pelo diagrama de uma hélice de múltiplas pás mostrado na Fig. As pás são numeradas (por exemplo, em um helicóptero) à medida que passam sobre a cauda (direção negativa do eixo O n X n 4 em um sistema de coordenadas fixo). Ao escolher os eixos coordenados rotativos OX 1 Z 1, o eixo OX 1 1 é direcionado ao longo do eixo da lâmina nº 1. O eixo OZ 1 1 deve ser perpendicular ao eixo OX 1 e conduzi-lo.

Em um sistema de coordenadas fixas, o eixo longitudinal O n X n 4 é direcionado para frente, e o eixo transversal O n Z n 4 é direcionado para a direita para o rotor principal e para cima para o rotor de cauda.

Os eixos de coordenadas nos sistemas de coordenadas giratórios OY 1 e não rotativos O N Y N 7 são direcionados ao longo do eixo de rotação na direção do impulso da hélice (esses eixos coincidem).

Consideremos a mudança nos n-harmônicos de cargas variáveis ​​​​para cada pá i dependendo da posição azimutal 8 do eixo da pá nº 1 e dos ângulos entre as pás 1 5 e 2 6 (denotamos os dois últimos ângulos como j) :

Encontrando a resultante das forças do parafuso , chegando ao cubo da hélice de cada pá, para cada um dos harmônicos n, o número de pás K l é arbitrário e par:

Como resultado da adição dos harmônicos de mesmo nome, são obtidas as dependências das cargas resultantes no período de rotação da hélice em diferentes ângulos entre os pares de pás 1 5 e 2 6.

Através de cálculos analíticos e cálculos numéricos, pode-se mostrar que os harmônicos passantes das cargas, cujos vetores são paralelos ao eixo de rotação da hélice, são uma série de harmônicos com números pares, ou seja, n=2, 4, 6, ... N. Os autores da invenção chamaram esta regra de “a terceira regra para somar harmônicos”. O número máximo de harmônicos pares N é estabelecido a partir da experiência em testes de voo. Da mesma forma, pode-se provar que todos os harmônicos ímpares das cargas consideradas são não-passantes.

Vamos determinar os valores dos ângulos j nos quais as amplitudes dos harmônicos serão mínimas. Para resolver o problema de minimização de cargas, é aconselhável assumir que as pás da hélice são idênticas em suas características aerodinâmicas, de massa e rigidez, e as amplitudes dos diferentes harmônicos em todas as pás são iguais a uma carga unitária, ou seja, .

Por analogia com (1), escrevemos expressões para harmônicos no plano OX 1 Z 1 de cada pá i durante o período de rotação do rotor dependendo da posição azimutal do eixo da pá nº 1, levando em consideração os ângulos entre o eixos dos pares de lâminas j 5 e 6:

As projeções dos vetores de carga nos eixos coordenados rotativos serão iguais a E .

A origem das coordenadas O (por exemplo, para um helicóptero) estará localizada no centro do cubo da hélice. Azimute do eixo rotativo OX 1, ou seja, 8, contaremos a partir da direção negativa do eixo O n X n 4 Então as projeções dos harmônicos das cargas nos eixos coordenados fixos serão iguais a:

Consideremos quatro opções de hélices combinadas: 4 pás, 6 pás, 8 pás (três opções) e 10 pás. Os ângulos entre as pás nas três primeiras hélices podem ser expressos usando um ângulo 1 5, e em uma hélice de 10 pás - dois ângulos: entre as pás adjacentes 1 5 e adjacentes 2 6, ou seja, em seguida, após pares adjacentes de pás em rotação e contra a rotação da hélice, o que está claramente ilustrado na Fig.1.

Igualando a soma dos componentes harmônicos (2) e (3) para cada um dos harmônicos a zero, encontramos os ângulos j correspondentes aos valores de amplitude zero:

;

;

.

Vamos realizar análise harmônica de funções E em ângulos diferentes j.

Os autores da presente invenção calcularam as dependências das amplitudes das projeções de carga nos três eixos coordenados acima mencionados a partir do ângulo 1 para hélices de 4, 6 e 8 pás. Neste caso, todos os harmônicos pares na faixa n=2 32 são considerados. Para uma hélice de 10 pás, são calculadas combinações de ângulos adjacentes 1 e adjacentes 2, nos quais os harmônicos pares na mesma faixa de números n=2 32 são considerados. igual a zero.

Os resultados do cálculo são ilustrados pelos gráficos das Figuras 2 e 3, que mostram:

Fig.2 - dependências das amplitudes das projeções de carga 10 nos eixos coordenados vertical AprY n 9, longitudinal AprX n 10 e transversal AprZ n 10, hélice de 4 pás, harmônicos quatro e doze.

Dos dados apresentados na figura 2 conclui-se que os valores máximos das amplitudes das projeções de carga são iguais a: no eixo vertical - a soma das forças das pás individuais (no nosso caso - o número de pás da hélice ), e as amplitudes das projeções nos eixos longitudinal e transversal são iguais à metade do número de lâminas. Os gráficos da Fig. 2 mostram que grandes faixas são ocupadas por ângulos 1 nos quais as amplitudes de carga são menores do que nos parafusos clássicos.

Combinações de ângulos entre 1 5 pás adjacentes e 2 6 pás adjacentes em uma hélice de 10 pás são mostradas na Fig. 3 (quarto harmônico). Pode-se observar que as dependências entre os ângulos 1 e 2 são de natureza elíptica. Os pontos 12 dos gráficos foram obtidos por cálculo. Ao analisar os resultados dos cálculos, deve-se ter em mente que as dependências indicadas são curvas 13 traçadas através de pontos. O número de combinações dos ângulos 1 e 2 é infinitamente grande e aumenta à medida que o número harmônico n aumenta. Assim, ao projetar uma hélice de 10 pás, existem grandes oportunidades para reduzir ou anular uma série de componentes harmônicos de cargas variáveis.

A Figura 4 mostra o espectro de amplitude das vibrações 14 no quadro nº 2 da viga da quilha do helicóptero Mi-38 OP-1, onde

15 - amplitudes de sobrecargas vibratórias (em unidades de g) na viga da quilha (KB), quadro 2 (shp 2);

16 - frequência de oscilação, Hz.

O helicóptero Mi-38 está equipado com um rotor de cauda em forma de X de 4 pás com um ângulo entre os eixos das pás 1 = 38°.

Da dependência acima segue-se a confirmação das principais disposições da invenção proposta. Assim, no espectro de amplitude das sobrecargas vibratórias determinadas pelas cargas no rotor de cauda em forma de X, nota-se um segundo harmônico, que está ausente em uma hélice clássica de 4 pás. O quarto harmônico do espectro de amplitude (Fig. 4), que é uma pá passante em uma hélice clássica, neste caso é significativo em magnitude. Usando o método proposto pelos autores, poderia ser reduzido a quase zero. Para isso, é necessário que os ângulos entre os eixos das lâminas sejam iguais

O significado prático do método proposto é que ele permite criar hélices nas quais qualquer harmônico ou uma série de harmônicos de cargas e vibrações transmitidas da hélice para a estrutura da aeronave podem ser reduzidos a zero ou reduzidos ao mínimo. Em particular, na indústria de helicópteros, o problema de garantir a resistência à fadiga dos eixos do rotor principal e de cauda, ​​caixas de engrenagens principal, traseira e intermediária, caixas de engrenagens secundárias, partes intermediárias e traseiras da fuselagem e vigas da quilha (final) é relevante.

A utilização da invenção reduzirá o nível de carga e vibração nestas partes da estrutura e aumentará significativamente a sua vida útil em termos de resistência à fadiga.

Sabe-se (ver Bogdanov Yu.S. et al. Helicopter design. M.: Mashinostroenie, 1990. p. 70) que mesmo uma pequena mudança na amplitude de cargas variáveis ​​​​(tensões 1, nas quais as amplitudes das cargas são muito menos do que nos rotores clássicos. Portanto, é essencial não apenas zerar os harmônicos, mas também reduzi-los em comparação com as cargas nos parafusos clássicos.

Durante os testes de voo dos helicópteros Mi-28 e Mi-38, que possuem rotores de cauda em formato de X, foi revelado que mesmo harmônicos, a partir do segundo, foram notados nos registros de vibração transmitidos à fuselagem traseira. O método proposto explica facilmente o aparecimento de tais harmônicos “incomuns” para especialistas. Portanto, a invenção proposta também pode ser utilizada na análise de resultados de testes de resistência de voo de helicópteros, aviões e giroplanos com hélices fabricados de acordo com o conceito proposto.

ALEGAR

Método para redução de cargas e vibrações em aeronaves com hélices multipás com número par de pás, incluindo disposição irregular das pás no disco, instaladas aos pares, mantendo a simetria em relação aos eixos ortogonais da hélice, caracterizado por elas combinar tipos de hélices com um número par de pás de quatro ou mais , determinar um modelo matemático para calcular os componentes harmônicos de vetores de carga variáveis ​​​​para cada pá dependendo dos ângulos entre os eixos dos pares adjacentes de pás 1, somar os vetores de carga de cada pá no cubo da hélice ao longo de três eixos OY 1, OX 1, OZ 1 do sistema de coordenadas rotativas com a origem no centro do cubo da hélice da aeronave e, em seguida, projetar os vetores de carga resultantes nos eixos de coordenadas fixas da aeronave O n X n e O n Z n, realizam uma análise harmônica das projeções dos vetores de carga nos eixos coordenados longitudinais O n X n e transversais O n Z, constroem a dependência das amplitudes desses componentes harmônicos nos ângulos 1, a partir dos quais são selecionados os valores dos ângulos calculados que correspondem ao nível mínimo de harmônicos de cargas variáveis, e para uma hélice de 10 pás a combinação dos ângulos 2 é determinada analiticamente pelo método de aproximações sucessivas - o ângulo entre os eixos de pares adjacentes de pás, as hélices são dispostas no dispositivo da aeronave de acordo com os ângulos calculados selecionados entre os eixos dos pares de pás.

2. Método para redução de cargas e vibrações em uma aeronave com hélices multipás com número par de pás, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por combinarem tipos de hélices com número par de pás de quatro ou mais como segue: 4 -lâmina (em forma de X) a hélice é formada por dois pares de pás; Uma hélice de 6 pás é composta por uma hélice em forma de X e duas pás; As hélices de 8 pás são formadas a partir de duas hélices clássicas de 4 pás de uma hélice clássica em forma de X e de 4 pás ou de duas hélices em forma de X; Uma hélice de 10 pás é combinada a partir de duas hélices em forma de X e uma de 2 pás.

Recentemente, vários eventos significativos ocorreram no mundo da tecnologia de helicópteros. A empresa americana Kaman Aerospace anunciou sua intenção de retomar a produção de síncropters, a Airbus Helicopters prometeu desenvolver o primeiro helicóptero civil fly-by-wire e a alemã e-volo prometeu testar um multicóptero de 18 rotores e dois lugares. Para não nos confundirmos com toda essa diversidade, decidimos compilar um breve programa educacional sobre os diagramas básicos da tecnologia de helicópteros.

A ideia de uma aeronave com rotor principal surgiu por volta de 400 DC na China, mas não foi além da criação de um brinquedo infantil. Os engenheiros começaram a criar seriamente um helicóptero no final do século 19, e o primeiro voo vertical de um novo tipo de aeronave ocorreu em 1907, apenas quatro anos após o primeiro voo dos irmãos Wright. Em 1922, o projetista de aeronaves Georgy Botezat testou um helicóptero quadricóptero desenvolvido para o Exército dos EUA. Este foi o primeiro voo controlado de forma consistente deste tipo de equipamento na história. O quadricóptero de Botezat conseguiu voar a uma altura de cinco metros e passou vários minutos voando.

Desde então, a tecnologia dos helicópteros passou por muitas mudanças. Surgiu uma classe de aeronaves de asa rotativa, que hoje está dividida em cinco tipos: giroplano, helicóptero, helicóptero, tiltrotor e X-wing. Todos eles diferem em design, método de decolagem e vôo e controle do rotor. Neste material decidimos falar especificamente sobre helicópteros e seus principais tipos. Ao mesmo tempo, tomou-se como base a classificação baseada no layout e localização dos rotores, e não a tradicional - de acordo com o tipo de compensação do momento reativo do rotor.

Um helicóptero é uma aeronave de asa rotativa na qual as forças de sustentação e propulsão são criadas por um ou mais rotores. Essas hélices estão localizadas paralelamente ao solo e suas pás são instaladas em um determinado ângulo em relação ao plano de rotação, e o ângulo de instalação pode variar dentro de uma faixa bastante ampla - de zero a 30 graus. Definir as pás em zero grau é chamado de marcha lenta da hélice ou embandeiramento. Neste caso, o rotor principal não cria sustentação.

À medida que as pás giram, elas capturam o ar e o lançam na direção oposta ao movimento da hélice. Como resultado, uma zona de baixa pressão é criada na frente do parafuso e de alta pressão atrás dele. No caso de um helicóptero, isso cria sustentação, que é muito semelhante à sustentação gerada por uma asa fixa de um avião. Quanto maior o ângulo de instalação das pás, maior será a força de sustentação criada pelo rotor.

As características do rotor principal são determinadas por dois parâmetros principais - diâmetro e passo. O diâmetro da hélice determina as capacidades de decolagem e pouso do helicóptero, bem como, em parte, a quantidade de sustentação. O passo da hélice é a distância imaginária que uma hélice percorrerá em um meio incompressível em um determinado ângulo da pá em uma revolução. O último parâmetro afeta a velocidade de sustentação e rotação do rotor, que os pilotos tentam manter inalterada durante a maior parte do vôo, alterando apenas o ângulo das pás.

Quando um helicóptero voa para frente e o rotor principal gira no sentido horário, o fluxo de ar que entra tem um efeito mais forte nas pás do lado esquerdo, razão pela qual sua eficiência aumenta. Como resultado, a metade esquerda do círculo de rotação da hélice cria mais sustentação do que a direita e ocorre um momento de adornamento. Para compensar isso, os projetistas criaram um sistema especial que reduz o ângulo das pás à esquerda e aumenta à direita, equalizando assim a sustentação em ambos os lados da hélice.

Em geral, um helicóptero tem diversas vantagens e desvantagens em relação a um avião. As vantagens incluem a possibilidade de decolagem e pouso vertical em locais cujo diâmetro seja uma vez e meia maior que o diâmetro do rotor principal. Ao mesmo tempo, o helicóptero pode transportar cargas de grande porte em uma tipoia externa. Os helicópteros também se diferenciam pela melhor manobrabilidade, pois podem pendurar-se verticalmente, voar lateralmente ou para trás e virar no local.

As desvantagens incluem maior consumo de combustível do que os aviões, maior visibilidade infravermelha devido ao escapamento quente do motor ou motores e aumento do ruído. Além disso, um helicóptero em geral é mais difícil de controlar devido a uma série de características. Por exemplo, os pilotos de helicóptero estão familiarizados com os fenômenos de ressonância do solo, vibração, anel de vórtice e efeito de travamento do rotor. Esses fatores podem fazer com que a máquina quebre ou caia.

Equipamentos de helicóptero de qualquer tipo possuem modo de autorrotação. Refere-se aos modos de emergência. Isso significa que se, por exemplo, o motor falhar, o rotor principal ou as hélices são desconectados da transmissão por meio de uma embreagem de avanço e começam a girar livremente com o fluxo de ar que entra, retardando a queda da máquina de altura. No modo de autorrotação, é possível um pouso de emergência controlado de um helicóptero, e o rotor principal giratório continua a girar o rotor de cauda e o gerador através da caixa de engrenagens.

Esquema clássico

De todos os tipos de projetos de helicópteros atuais, o mais comum é o clássico. Com esse projeto, a máquina possui apenas um rotor principal, que pode ser acionado por um, dois ou até três motores. Este tipo, por exemplo, inclui o ataque AH-64E Guardian, AH-1Z Viper, Mi-28N, transporte-combate Mi-24 e Mi-35, transporte Mi-26, multiuso UH-60L Black Hawk e Mi- 17, luz Bell 407 e Robinson R22.

Quando o rotor principal gira em helicópteros clássicos, surge um torque reativo, devido ao qual o corpo da máquina começa a girar na direção oposta à rotação do rotor. Para compensar o momento, um dispositivo de direção é usado na cauda. Via de regra, é um rotor de cauda, ​​mas também pode ser um fenestron (uma hélice em uma carenagem circular) ou vários bicos de ar na lança de cauda.

Uma característica do esquema clássico são as conexões cruzadas nos canais de controle, devido ao fato do rotor de cauda e o rotor principal serem acionados pelo mesmo motor, bem como a presença de um swashplate e muitos outros subsistemas responsáveis ​​por controlar o usina e rotores. Acoplamento cruzado significa que se algum parâmetro de funcionamento da hélice mudar, todos os outros também mudarão. Por exemplo, à medida que a velocidade do rotor principal aumenta, a velocidade de direção também aumentará.

O controle de vôo é realizado inclinando o eixo de rotação do rotor: para frente - a máquina voará para frente, para trás - para trás, lateralmente - lateralmente. Quando o eixo de rotação é inclinado, surge uma força motriz e a força de elevação diminui. Por esse motivo, para manter a altitude de voo, o piloto também deve alterar o ângulo das pás. A direção do vôo é definida alterando o passo do rotor de cauda: quanto menor ele for, menos o torque de reação é compensado, e o helicóptero gira na direção oposta à rotação do rotor principal. E vice versa.

Nos helicópteros modernos, na maioria dos casos, o controle de vôo horizontal é realizado por meio de um swashplate. Por exemplo, para avançar, o piloto, por meio de uma máquina automática, reduz o ângulo das pás para a metade dianteira do plano de rotação da asa e aumenta-o para a traseira. Assim, a força de sustentação aumenta na parte traseira e diminui na frente, devido ao que a inclinação da hélice muda e surge uma força motriz. Este esquema de controle de vôo é usado em todos os helicópteros de quase todos os tipos, desde que possuam swashplate.

Esquema coaxial

O segundo projeto de helicóptero mais comum é o coaxial. Não possui rotor de cauda, ​​mas possui dois rotores principais - um superior e outro inferior. Eles estão localizados no mesmo eixo e giram sincronizadamente em direções opostas. Graças a esta solução, os parafusos compensam o torque reativo e a própria máquina revela-se um pouco mais estável em comparação com o design clássico. Além disso, os helicópteros coaxiais praticamente não possuem conexões cruzadas nos canais de controle.

O fabricante mais famoso de helicópteros coaxiais é a empresa russa Kamov. Produz helicópteros multiuso Ka-27, de ataque Ka-52 e de transporte Ka-226. Todos possuem dois parafusos localizados no mesmo eixo, um abaixo do outro. Máquinas de desenho coaxial, ao contrário dos helicópteros de desenho clássico, são capazes, por exemplo, de fazer um funil, ou seja, voar em torno de um alvo em círculo, permanecendo à mesma distância dele. Neste caso, o arco permanece sempre voltado para o alvo. O controle de guinada é realizado freando um dos rotores principais.

Em geral, os helicópteros coaxiais são um pouco mais fáceis de controlar do que os convencionais, especialmente no modo pairado. Mas também existem algumas peculiaridades. Por exemplo, ao realizar um loop em vôo, as pás dos rotores inferior e superior podem se sobrepor. Além disso, em design e produção, o design coaxial é mais complexo e caro que o design clássico. Em particular, devido à caixa de velocidades que transmite a rotação do eixo do motor às hélices, bem como ao swashplate, que define de forma síncrona o ângulo das pás nas hélices.

Diagramas longitudinais e transversais

O terceiro mais popular é o arranjo longitudinal dos rotores dos helicópteros. Nesse caso, as hélices estão localizadas paralelamente ao solo em eixos diferentes e espaçadas umas das outras - uma está localizada acima da proa do helicóptero e a outra acima da cauda. Um representante típico de máquinas deste tipo é o helicóptero americano de transporte pesado CH-47G Chinook e suas modificações. Se as hélices estiverem localizadas nas pontas das asas do helicóptero, esse arranjo é chamado de transversal.

Não há representantes seriais de helicópteros transversais hoje. Nas décadas de 1960-1970, o Mil Design Bureau desenvolveu o helicóptero de carga pesada V-12 (também conhecido como Mi-12, embora este índice esteja incorreto) com desenho transversal. Em agosto de 1969, o protótipo B-12 bateu recorde de capacidade de içamento entre helicópteros, elevando uma carga de 44,2 toneladas a uma altura de 2,2 mil metros. Para efeito de comparação, o helicóptero mais pesado do mundo, o Mi-26 (design clássico) pode levantar cargas de até 20 toneladas, e o americano CH-47F (design longitudinal) pode levantar cargas de até 12,7 toneladas.

Em helicópteros com desenho longitudinal, os rotores principais giram em direções opostas, mas isso compensa apenas parcialmente os momentos de reação, razão pela qual em vôo os pilotos devem levar em consideração a força lateral resultante que desvia a máquina do curso. O movimento lateral é determinado não apenas pela inclinação do eixo de rotação do rotor, mas também pelos diferentes ângulos de instalação das pás, e o controle de guinada é realizado alterando a velocidade do rotor. O rotor traseiro dos helicópteros longitudinais está sempre localizado um pouco mais alto que o rotor dianteiro. Isso é feito para eliminar a influência mútua de seus fluxos de ar.

Além disso, em certas velocidades de vôo de helicópteros longitudinais, às vezes podem ocorrer vibrações significativas. Finalmente, os helicópteros longitudinais são equipados com uma transmissão complexa. Por esta razão, esta disposição de parafusos não é muito comum. Mas helicópteros com design longitudinal são menos suscetíveis ao aparecimento de um anel de vórtice do que outras máquinas. Neste caso, durante a descida, as correntes de ar criadas pela hélice são refletidas para cima a partir do solo, atraídas pela hélice e direcionadas novamente para baixo. Neste caso, a força de sustentação do rotor principal é drasticamente reduzida e a alteração da velocidade do rotor ou o aumento do ângulo das pás praticamente não têm efeito.

Sincroptera

Hoje, os helicópteros construídos de acordo com o projeto do sincroptero podem ser classificados como as máquinas mais raras e interessantes do ponto de vista do projeto. Até 2003, sua produção era realizada apenas pela empresa americana Kaman Aerospace. Em 2017, a empresa planeja retomar a produção desses carros sob a designação K-Max. Os síncropteros podem ser classificados como helicópteros transversais, pois os eixos de seus dois rotores estão localizados nas laterais do corpo. No entanto, os eixos de rotação desses parafusos estão localizados em ângulo entre si e os planos de rotação se cruzam.

Os síncropteros, assim como os helicópteros com configurações coaxiais, longitudinais e transversais, não possuem rotor de cauda. Os rotores giram sincronizadamente em direções opostas e seus eixos são conectados entre si por um sistema mecânico rígido. Isto é garantido para evitar colisões de lâminas em diferentes modos e velocidades de vôo. Os sincropteros foram inventados pelos alemães durante a Segunda Guerra Mundial, mas a produção em massa foi realizada nos EUA desde 1945 pela empresa Kaman.

A direção de vôo do síncropter é controlada exclusivamente pela alteração do ângulo das pás da hélice. Neste caso, devido ao cruzamento dos planos de rotação das hélices e, portanto, ao acréscimo de forças de sustentação nos pontos de cruzamento, ocorre um momento de inclinação, ou seja, elevação da proa. Este momento é compensado pelo sistema de controle. Em geral, acredita-se que o sincroter seja mais fácil de controlar no modo pairado e em velocidades acima de 60 quilômetros por hora.

As vantagens de tais helicópteros incluem economia de combustível devido à eliminação do rotor de cauda e à possibilidade de colocação mais compacta das unidades. Além disso, os síncropters são caracterizados pela maioria das qualidades positivas dos helicópteros coaxiais. As desvantagens incluem a extraordinária complexidade da conexão mecânica rígida dos eixos dos parafusos e do sistema de controle da placa oscilante. Em geral, isso torna o helicóptero mais caro em comparação com o design clássico.

Multicóptero

O desenvolvimento dos multicópteros começou quase simultaneamente com os trabalhos no helicóptero. É por esta razão que o primeiro helicóptero a realizar decolagem e pouso controlado foi o quadricóptero Botezata em 1922. Multicópteros incluem máquinas que geralmente possuem um número par de rotores e devem haver mais de dois. Atualmente, nos helicópteros de produção, o design multicóptero não é usado, mas é extremamente popular entre os fabricantes de pequenos veículos não tripulados.

O fato é que os multicópteros utilizam hélices de passo constante, e cada uma delas é acionada por seu próprio motor. O torque reativo é compensado girando os parafusos em diferentes direções - metade gira no sentido horário e a outra metade, localizada na diagonal, na direção oposta. Isso permite abandonar o swashplate e, em geral, simplificar significativamente o controle do dispositivo.

Para decolar um multicóptero, a velocidade de rotação de todas as hélices aumenta igualmente; para voar para o lado, a rotação das hélices de uma metade do dispositivo acelera e, da outra, desacelera; O multicóptero é girado desacelerando a rotação, por exemplo, de parafusos girando no sentido horário ou vice-versa. Essa simplicidade de design e controle foi o principal impulso para a criação do quadricóptero Botezata, mas a invenção subsequente do rotor de cauda e do swashplate praticamente retardou o trabalho em multicópteros.

A razão pela qual hoje não existem multicópteros projetados para transportar pessoas é a segurança de voo. O fato é que, ao contrário de todos os outros helicópteros, máquinas com rotores múltiplos não podem realizar pousos de emergência em modo de autorrotação. Se todos os motores falharem, o multicóptero ficará incontrolável. No entanto, a probabilidade de tal evento é baixa, mas a falta do modo de autorrotação é o principal obstáculo para a aprovação na certificação de segurança de voo.

Porém, a empresa alemã e-volo está atualmente desenvolvendo um multicóptero com 18 rotores. Este helicóptero foi projetado para transportar dois passageiros. A expectativa é que ele faça seu primeiro voo nos próximos meses. Pelos cálculos dos projetistas, o protótipo do veículo não poderá ficar no ar por mais de meia hora, mas esse número está previsto para ser aumentado para pelo menos 60 minutos.

Ressalta-se também que além dos helicópteros com número par de hélices, também existem projetos multicópteros com três e cinco hélices. Possuem um dos motores localizado em uma plataforma que pode ser inclinada para os lados. Graças a isso, a direção do voo é controlada. Contudo, em tal esquema torna-se mais difícil suprimir o torque reativo, uma vez que dois em cada três ou três em cada cinco parafusos sempre giram na mesma direção. Para nivelar o torque de reação, algumas das hélices giram mais rápido e isso cria uma força lateral desnecessária.

Esquema de velocidade

Hoje, o mais promissor na tecnologia de helicópteros é o esquema de alta velocidade, que permite que os helicópteros voem a velocidades significativamente mais altas do que as máquinas modernas. Na maioria das vezes, esse esquema é chamado de helicóptero combinado. Máquinas deste tipo são construídas em design coaxial ou com uma única hélice, mas possuem uma pequena asa que cria sustentação adicional. Além disso, os helicópteros podem ser equipados com um rotor empurrador na cauda ou dois puxadores nas pontas das asas.

Helicópteros de ataque do design clássico AH-64E são capazes de atingir velocidades de até 293 quilômetros por hora, e helicópteros coaxiais Ka-52 - até 315 quilômetros por hora. Para efeito de comparação, o demonstrador de tecnologia combinada Airbus Helicopters X3 com duas hélices de tração pode acelerar até 472 quilômetros por hora, e seu concorrente americano com uma hélice empurradora, o Sikorksy X2, pode acelerar até 460 quilômetros por hora. O promissor helicóptero de reconhecimento de alta velocidade S-97 Raider será capaz de voar a velocidades de até 440 quilômetros por hora.

A rigor, helicópteros combinados não se referem a helicópteros, mas a outro tipo de aeronave de asa rotativa - helicópteros. O fato é que a força motriz de tais máquinas é criada não apenas e não tanto pelos rotores, mas por empurrá-los ou puxá-los. Além disso, tanto os rotores quanto a asa são responsáveis ​​pela criação de sustentação. E em altas velocidades de vôo, uma embreagem de avanço controlada desconecta os rotores da transmissão e o vôo continua no modo de autorrotação, no qual os rotores realmente funcionam como uma asa de avião.

Atualmente, vários países ao redor do mundo estão desenvolvendo helicópteros de alta velocidade, que no futuro serão capazes de atingir velocidades superiores a 600 quilômetros por hora. Além dos helicópteros Sikorsky e Airbus, esse trabalho está sendo realizado pela russa Kamov e pelo Mil Design Bureau (Ka-90/92 e Mi-X1, respectivamente), bem como pela americana Piacesky Aircraft. Os novos helicópteros híbridos serão capazes de combinar a velocidade de voo das aeronaves turboélice e as capacidades verticais de decolagem e pouso dos helicópteros convencionais.

Foto: Oficial dos EUA Página da Marinha / flickr.com