Jakas reklama 

 

Statek powietrzny z przechylanymi wirnikami nośnymi

Wirnik nośny - jest to zespół konstrukcyjny wiropłata odpowiedzialny za:


Wirnik nośny składa się z łopat (metalowych, drewnianych bądź kompozytowych) oraz głowicy (czasem nazywanej piastą) osadzonej na wale napędowym wirnika nośnego. W śmigłowcach wał napędowy połączony jest poprzez przekładnię główną z silnikiem. W wiatrakowcach wał pełni funkcję łożyskowanej osi obrotu dla wirnika. Sterowanie wirnikiem nośnym umożliwia tarcza sterująca.

Napęd wirnika nośnego stanowi silnik (jeden lub więcej) tłokowy bądź turbinowy o specjalnej konstrukcji. Powstały też śmigłowce, w których napęd wirnika nośnego stanowiły dysze bądź nawet całe silniki odrzutowe umieszczane na końcach łopat wirników. W przypadku konstrukcji o jednym wirniku napędzanym silnikiem poprzez wał napędowy w celu zrównoważenia momentu obrotowego konieczne jest stosowanie śmigła ogonowego.

Wirnik nośny jest podstawowym producentem drgań i hałasu śmigłowca oraz stanowi zagrożenie dla otoczenia.

Cechą wirników nośnych jest możliwość zapewnienia autorotacji wiropłata w wyniku awarii zespołu napędowego. Do uzyskania obrotu wirnika wykorzystuje się wówczas energię kinetyczną uzyskaną dzięki dużemu momentowi bezwładności i dużej prędkości obrotowej wirnika.

Śmigłowce najczęściej są budowane w tzw. układzie klasycznym: z jednym wirnikiem nośnym i śmigłem ogonowym. Bywają jednak śmigłowce z dwoma, a w przeszłości nawet z czterema i więcej wirnikami nośnymi (patrz: śmigłowiec).


Spis treści

edytuj Wymagania stawiane wirnikom nośnym

Wymagania aerodynamiczne:

Wymagania dotyczące sztywności i trwałości:

Wymagania z zakresu produkcji:

Ponadto wirnik nośny powinien spełniać założenie lekkości przy jednoczesnym dużym momencie bezwładności wirnika względem osi obrotu koniecznym z uwagi na bezpieczeństwo podczas autorotacji. Wirnik nośny powinien być wyposażony w urządzenia tłumiące drgania i zabezpieczające przed kolizją z innymi częściami śmigłowca.

edytuj Podział

Wirniki nośne możemy podzielić ze względu na np.:

Podane przykłady kategorii nie wykluczają się nawzajem.


Najważniejszym pod względem konstrukcyjnym jest podział wirników ze względu na sposób łączenia łopat z głowicą. Wyróżniamy wówczas wirniki:


edytuj Budowa wirnika nośnego

edytuj Łopata wirnika nośnego

Łopata wirnika nośnego posiada kształt smukłego płata, który obracając się z dużą prędkością wytwarza siłę nośną i umożliwia sterowanie śmigłowcem.

Przekrój łopaty wirnika nośnego ma kształt profilu lotniczego. W początkowym okresie rozwoju wiropłatów na profile łopat wirników nośnych były stosowane profile symetryczne (np. NACA 0012, NACA 0015…). Obecnie, z uwagi na dążenie do uzyskania lepszych osiągów, na długości łopaty stosuje się różne (skręcenie aerodynamiczne), odpowiednio dobrane profile niesymetryczne. Najczęściej – z uwagi na technologię procesu produkcji – łopaty posiadają dwa profile, z których jeden na odcinku od nasady do ok. 0,7 długości promienia. W rzucie z góry łopaty mają kształt prostokątny, przy czym mogą mieć różne końcówki:

Łopata wirnika nośnego posiada także skręcenie geometryczne polegające na tym, że nasada łopaty posiada inny (większy) kąt nastawienia niż jej końcówka.

edytuj Głowica wirnika nośnego

Zadaniem głowicy wirnika nośnego jest przeniesienie, a właściwie zamknięcie w głowicy powstających w wyniku obrotu wirnika sił aerodynamicznych i odśrodkowych.

Budowa i typy głowic


edytuj Wał wirnika nośnego

Wał wirnika nośnego ma postać grubościennej rury łączącej się za pomocą wielowypustu z piastą głowicy wirnika. W przypadku śmigłowców wał napędzany jest przez silnik, którego obroty są redukowane w przekładni głównej.

Wał wirnika w celu uzyskania lekkości jest drążony. Niekiedy wykorzystuje się tą własność w celu przeprowadzenia w środku wału dodatkowych instalacji (np. ogrzewania łopat np. Mi-2, W-3 Sokół, instalacji pomiarowych) lub nawet układu sterowania wirnikiem nośnym (śmigłowce współosiowe np. Ka-35, Ka-52, bezzałogowy Gyrodyne QH-50, niektóre śmigłowce w układzie klasycznym, np. Estrom 480)

edytuj Aerodynamika wirnika

Głównym zadaniem wirnika nośnego jest wytworzenie siły nośnej. Obliczając siły aerodynamiczne wytwarzane przez pojedynczą łopatę w pierwszym przybliżeniu można korzystać ze wzorów znanych w aerodynamice samolotów traktując łopatę jako wirujący płat.

W rzeczywistości rozkład prędkości i wyznaczanie obciążeń łopaty jest o wiele bardziej skomplikowane, niż skrzydła samolotu.

edytuj Azymut łopaty

Kątem azymutu ψ łopaty nazywamy kąt mierzony zgodnie z kierunkiem obrotu wirnika od położenia łopaty, w którym zajmuje ona skrajne tylne położenie, czyli pokrywa się z belką ogonową (ψ = 0°). Łopatą nacierającą nazywamy łopatę znajdującą się na azymucie ψ = 0° – 180°, zaś łopatą powracającą – łopatę na azymucie ψ = 180° - 360°.

edytuj Rozkład prędkości na wirniku

edytuj Liczby opisujące wirnik

Powszechnie opisuje się wirnik podając liczbę łopat oraz promień wirnika. Czasem podaje się także cięciwę lub oznaczenie profilu (co pozwala na jednoznaczne określenie geometrii profilu) oraz prędkość obrotową ω.

W celu porównywania różnych obiektów (nie tylko wirników, ale np. całych samolotów, samochodów i innych) wprowadza się bezwymiarowe liczby podobieństwa (np. liczba Reynoldsa, liczba Strouchala…) oraz współczynniki (np. tarcia, siły nośnej...).

Najważniejszą liczbą bezwymiarową dla wirników nośnych jest liczba Locka wyrażona wzorem:

\gamma = \frac{\rho a c R^{4}}{I_{y}} gdzie:

Wyraża ona podobieństwo ruchów łopaty jako ciała sztywnego, wykonującej wahania względem przegubu poziomego. Liczbę Locka wykorzystuje przy porównywaniu osiągów i charakterystyk dynamicznych wirników rzeczywistych śmigłowców różnych klas masowych oraz do porównywania tunelowych modeli wirników z wirnikami rzeczywistymi.

Do opisania wirnika nośnego używa się także współczynnika wypełnienia:

\sigma = \frac{n c}{\pi R}

gdzie n to liczba łopat wirnika nośnego

Współczynnik wypełnienia określa stosunek łącznej powierzchni łopat do powierzchni tarczy wirnika

Przy opisie aerodynamiki wirnika występuje współczynnik prędkości:

ν =\frac{V}{\Omega R}

Współczynnik prędkości jest stosunkiem prędkości napływającego powietrza V do prędkości liniowej końców łopat.

Dla konstruktora ważne są także:


edytuj Literatura

niezarejestrowana strona niezarejestrowana strona sprawdz strone no host 906