Palele rotorului principal ale elicopterului trebuie să fie construite astfel încât, creând forța de ridicare necesară, să poată rezista tuturor sarcinilor care le sunt puse. Și nu doar ar rezista, ci ar avea și o marjă de siguranță pentru tot felul de cazuri neprevăzute care pot apărea în zbor și în timpul întreținerii elicopterului la sol (de exemplu, o rafală ascuțită de vânt, un flux de aer ascendent, un aer ascuțit manevra, givrarea palelor, rotirea inepta a elicei dupa lansarea motorului etc.).
Unul dintre modurile de proiectare pentru selectarea rotorului principal al elicopterului este modul de urcare verticală la orice înălțime aleasă pentru calcul. În acest mod, din cauza lipsei vitezei de translație în planul de rotație al elicei, puterea necesară este mai mare.
Cunoscând aproximativ greutatea elicopterului proiectat și specificând dimensiunea sarcinii utile pe care elicopterul va trebui să o ridice, aceștia încep să selecteze elicea. Alegerea unei elice se reduce la alegerea diametrului elicei și a numărului de rotații pe minut la care sarcina de proiectare ar putea fi ridicată vertical de către elice cu cea mai mică cheltuială de putere.
Se știe că tracțiunea rotorului principal este proporțională cu puterea a patra a diametrului său și doar cu puterea a doua a numărului de rotații, adică tracțiunea dezvoltată de rotorul principal este mai dependentă de diametru decât de număr. a revoluţiilor. Prin urmare, este mai ușor să obțineți o anumită tracțiune prin creșterea diametrului decât prin creșterea numărului de rotații. Deci, de exemplu, prin creșterea diametrului de 2 ori, obținem o tracțiune de 24 = 16 ori mai mare, iar prin dublarea numărului de rotații obținem o tracțiune de doar 22 = 4 ori mai mare.
Cunoscând puterea motorului care va fi instalat pe elicopter pentru a conduce rotorul, mai întâi selectați diametrul rotorului. Pentru aceasta, se utilizează următorul raport:
Paleta rotorului funcționează în condiții foarte dificile. Acesta este acționat de forțele aerodinamice care îl îndoaie, îl răsucesc, îl rup și tind să rupă pielea de pe ea. Pentru a „rezista” unor astfel de forțe aerodinamice, lama trebuie să fie suficient de puternică.
Când zbori pe ploaie, zăpadă sau nori cu condiții propice pentru înghețare, funcționarea lamei devine și mai dificilă. Picăturile de ploaie care lovesc lama la viteze enorme distrug vopseaua. Când se formează gheață pe lame, se formează excrescențe de gheață, care îi distorsionează profilul, interferează cu mișcarea de balansare și o fac mai grea. Când depozitați un elicopter la sol, schimbările bruște de temperatură, umiditate și lumina soarelui au un efect distructiv asupra lamei.
Aceasta înseamnă că lama nu trebuie doar să fie puternică, dar trebuie să fie și imună la influența mediului extern. Dar dacă numai asta! Apoi lama ar putea fi realizată integral din metal, acoperind-o cu un strat anticoroziv, iar problema ar fi rezolvată.
Dar mai există o cerință: lama, pe lângă aceasta, trebuie să fie și ușoară. Prin urmare, este făcută goală.Designul lamei se bazează pe un spate metalic, cel mai adesea o țeavă de oțel cu secțiune transversală variabilă, a cărei zonă scade treptat sau treptat de la partea rădăcină până la capătul lamei. .
Spațiul, ca element principal de forță longitudinală al lamei, absoarbe forțele de forfecare și momentul încovoietor. În această privință, funcționarea unui spate de lame este similară cu cea a unei aripi de avion. Cu toate acestea, spatele paletei este, de asemenea, supusă forțelor centrifuge ca urmare a rotației rotorului, ceea ce nu este cazul unui spate de aripă de avion. Sub influența acestor forțe, spatele lamei este supusă tensiunii.
Flanșele de oțel sunt sudate sau nituite pe spate pentru a atașa setul de forță transversală - nervurile lamei. Fiecare nervură, care poate fi din metal sau lemn, este formată din pereți și rafturi. Învelișul metalic este lipit sau sudat pe rafturi metalice, învelișul din placaj este lipit sau sudat pe rafturi din lemn sau învelișul din placaj este lipit de vârf și învelișul de pânză este cusut la coadă, așa cum se arată. În partea de prora a profilului, flanșele nervurilor sunt atașate la stringerul din față, iar în partea de coadă - la stringerul din spate. Stringers servesc ca elemente auxiliare de rezistență longitudinală.
Pielea care acoperă flanșele nervurilor formează profilul lamei în orice secțiune. Cea mai ușoară este acoperirea din in. Totuși, pentru a evita deformarea profilului ca urmare a deformarii învelișului textil în zonele dintre nervuri, nervurile lamei trebuie amplasate foarte des, la aproximativ 5-6 cm una de alta, ceea ce face ca lama mai grea. Suprafața unei lame cu acoperire din țesătură slab întinsă arată striată și are calități aerodinamice scăzute, deoarece rezistența sa este mare. În timpul unei revoluții, profilul unei astfel de lame se modifică, ceea ce contribuie la apariția unei vibrații suplimentare a elicopterului. Prin urmare, învelișul din țesătură este impregnat cu droguri, care, pe măsură ce se usucă, întinde puternic materialul.
La realizarea cojilor de placaj, rigiditatea lamei crește, iar distanța dintre nervuri poate fi mărită de 2,5 ori față de lamele acoperite cu material textil. Pentru a reduce rezistența, suprafața placajului este ușor prelucrată și lustruită.
Forme aerodinamice bune și rezistență mare pot fi obținute prin realizarea unei lame goale integral din metal. Dificultatea în producerea sa constă în fabricarea unui spat de secțiune transversală variabilă, care formează arcul profilului. Partea de coadă a profilului lamei este realizată dintr-o carcasă din tablă, ale cărei margini de față sunt sudate la nivel de spate, iar marginile de fugă sunt nituite împreună.
Profilul lamei rotorului elicopterului este selectat în așa fel încât, pe măsură ce unghiul de atac crește, blocarea fluxului are loc la cele mai înalte unghiuri de atac posibile. Acest lucru este necesar pentru a evita blocarea fluxului pe lama care se retrage, unde unghiurile de atac sunt deosebit de mari. În plus, pentru a evita vibrațiile, profilul trebuie selectat în așa fel încât poziția centrului de presiune să nu se modifice la schimbarea unghiului de atac.
Un factor foarte important pentru rezistența și performanța lamei este poziția relativă a centrului de presiune și a centrului de greutate al profilului. Faptul este că sub acțiunea combinată de îndoire și torsiune, lama este supusă unei vibrații autoexcitate, adică vibrații cu o amplitudine din ce în ce mai mare (flutter). Pentru a evita vibrațiile, lama trebuie să fie echilibrată în raport cu coardă, adică poziția centrului de greutate pe coardă trebuie să fie asigurată într-un mod care să prevină vibrațiile auto-creșterii. Sarcina de echilibrare se rezumă la a se asigura că centrul de greutate al profilului lamei construite se află în fața centrului de presiune.
Continuând să luăm în considerare condițiile dure de funcționare ale palei rotorului, trebuie remarcat faptul că deteriorarea pielii de lemn a palei de către picăturile de ploaie poate fi prevenită prin întărirea marginii tablei de-a lungul muchiei sale de atac.
Combaterea givrajului lamei este o sarcină mai dificilă. Dacă astfel de tipuri de gheață în zbor, cum ar fi înghețul și bruma, nu reprezintă un mare pericol pentru elicopter, atunci gheața sticloasă, treptat și imperceptibil, dar care crește foarte ferm pe lamă, duce la ponderarea lamei, la distorsiunea profilului și, în cele din urmă, la o scădere a forței de ridicare, ceea ce duce la o pierdere bruscă a controlabilității și stabilității elicopterului.
Teoria care exista la un moment dat, conform căreia gheața s-ar desprinde în zbor din cauza mișcării de clătire a lamelor s-a dovedit a fi nefondată. Glazura lamei începe mai întâi de la partea rădăcină, unde îndoirea lamei în timpul mișcării sale de clătire este mică. Ulterior, stratul de gheață începe să se întindă din ce în ce mai mult spre capătul lamei, dispărând treptat. Există cazuri cunoscute când grosimea gheții la partea rădăcină a ajuns la 6 mm, iar la capătul lamei - 2 mm.
Există două moduri de a preveni înghețarea.
Prima cale- este un studiu atent al prognozei meteo in zona de zbor, evitand norii intalniti pe parcurs si modificarea altitudinii de zbor pentru a iesi din conditiile de inghetare, oprirea zborului etc.
A doua cale- dotarea lamelor cu dispozitive antigivrare.
O întreagă gamă a acestor dispozitive este cunoscută pentru palele elicopterelor. Pentru a îndepărta gheața de pe paletele rotorului, puteți
Trebuie folosit un dezghețator cu alcool, care pulverizează alcool pe marginea anterioară a elicei. Acesta din urmă, atunci când este amestecat cu apă, își scade punctul de îngheț și previne formarea gheții.
Gheața poate fi ciobită de pe paletele rotorului prin aer, care este pompată într-o cameră de cauciuc așezată de-a lungul marginii de față a rotorului. Camera de umflare sparge crusta de gheață, dintre care bucăți individuale sunt apoi îndepărtate de lamele elicei de fluxul de aer care se apropie.
Dacă marginea anterioară a palei rotorului este realizată din metal, atunci aceasta poate fi încălzită fie cu energie electrică, fie prin aer cald trecut printr-o conductă așezată de-a lungul muchiei anterioare a rotorului.
Viitorul va arăta care dintre aceste metode va găsi o aplicare mai largă.
Pentru caracteristicile aerodinamice ale rotorului principal, numărul palelor rotorului principal și sarcina specifică pe zona măturată de rotor sunt de mare importanță. Teoretic, numărul palelor rotorului poate fi oricare, de la unul la un număr infinit de mare, atât de mare încât acestea se îmbină în cele din urmă într-o suprafață spirală, așa cum se presupunea în proiectul lui Leonardo da Vinci sau în elicopterul-bicicletă a lui I. Bykov .
Cu toate acestea, există un anumit număr de lame care este cel mai avantajos. Numărul de pale nu trebuie să fie mai mic de trei, deoarece cu două pale apar forțe mari dezechilibrate și fluctuații ale forței elicei. Este prezentată modificarea forței rotorului principal în jurul valorii sale medii în timpul unei rotații a rotorului pentru elicele cu o singură paletă și cu două pale. Elicea cu trei pale menține practic valoarea medie de tracțiune pe toată durata revoluției.
Numărul paletelor rotorului nu ar trebui să fie, de asemenea, foarte mare, deoarece în acest caz fiecare paletă funcționează într-un flux perturbat de paleta anterioară, ceea ce reduce eficiența rotorului principal.
Cu cât sunt mai multe pale de elice, cu atât ocupă o parte mai mare a suprafeței discului măturat. Conceptul de factor de umplere o a fost introdus în teoria rotorului elicopterului, care este calculat ca raport dintre suprafața totală
Pentru modul de funcționare proiectat al unui rotor principal de elicopter (urcare abruptă), cea mai favorabilă valoare a factorului de umplere este 0,05-0,08 (valoare medie 0,065).
Această sarcină este medie. O sarcină mică este o sarcină în intervalul 9-12 kg/m2. Elicopterele care transportă o astfel de încărcătură sunt manevrabile și au viteză mare de croazieră.
Elicopterele de uz general au o sarcină medie cuprinsă între 12 și 20 kg/m2. Și, în sfârșit, o sarcină mare, rar folosită, este o sarcină de la 20 la 30 kg/m2.
Faptul este că, deși sarcina specifică mare pe zona măturată oferă o sarcină utilă mare pentru elicopter, dacă motorul se defectează, un astfel de elicopter va coborî rapid în modul de auto-rotație, ceea ce este inacceptabil, deoarece în acest caz siguranța coborârea este compromisă.
Recent, în lumea tehnologiei elicopterelor au avut loc câteva evenimente semnificative. Compania americană Kaman Aerospace și-a anunțat intenția de a relua producția de sincroptere, Airbus Helicopters a promis că va dezvolta primul elicopter civil fly-by-wire, iar germanul e-volo a promis că va testa un multicopter cu două locuri cu 18 rotoare. Pentru a nu ne confunda în toată această diversitate, am decis să alcătuim un scurt program educațional despre diagramele de bază ale tehnologiei elicopterelor.
Ideea unui avion cu rotor principal a apărut pentru prima dată în jurul anului 400 d.Hr. în China, dar nu a mers mai departe decât crearea unei jucării pentru copii. Inginerii au început serios să creeze un elicopter la sfârșitul secolului al XIX-lea, iar primul zbor vertical al unui nou tip de aeronavă a avut loc în 1907, la doar patru ani după primul zbor al fraților Wright. În 1922, proiectantul de aeronave Georgy Botezat a testat un elicopter cu cvadricopter dezvoltat pentru armata SUA. Acesta a fost primul zbor controlat constant al acestui tip de echipament din istorie. Quadcopterul lui Botezat a reușit să zboare la o înălțime de cinci metri și a petrecut câteva minute în zbor.
De atunci, tehnologia elicopterelor a suferit multe schimbări. A apărut o clasă de avioane cu aripi rotative, care astăzi este împărțită în cinci tipuri: autogir, elicopter, elicopter, tiltrotor și X-wing. Toate diferă prin design, metoda de decolare și zbor și controlul rotorului. În acest material, am decis să vorbim în special despre elicoptere și principalele lor tipuri. În același timp, a fost luată ca bază clasificarea bazată pe aspectul și locația rotoarelor, și nu cea tradițională - în funcție de tipul de compensare pentru momentul reactiv al rotorului.
Un elicopter este o aeronavă cu aripi rotative în care forțele de ridicare și de antrenare sunt create de unul sau mai multe rotoare. Astfel de elice sunt situate paralel cu solul, iar palele lor sunt instalate la un anumit unghi față de planul de rotație, iar unghiul de instalare poate varia într-un interval destul de larg - de la zero la 30 de grade. Setarea palelor la zero grade se numește elice în gol sau pene. În acest caz, rotorul principal nu creează portanță.
Pe măsură ce palele se rotesc, captează aerul și îl aruncă în direcția opusă mișcării elicei. Ca urmare, în fața șurubului se creează o zonă de presiune scăzută și presiune ridicată în spatele acestuia. În cazul unui elicopter, aceasta creează portanță, care este foarte asemănătoare cu portanța generată de o aripă fixă a unui avion. Cu cât unghiul de instalare al palelor este mai mare, cu atât forța de ridicare creată de rotor este mai mare.
Caracteristicile rotorului principal sunt determinate de doi parametri principali - diametrul și pasul. Diametrul elicei determină capacitățile de decolare și aterizare ale elicopterului, precum și parțial cantitatea de suspensie. Pasul elicei este distanța imaginară pe care o va parcurge o elice într-un mediu incompresibil la un anumit unghi al paletei într-o singură rotație. Ultimul parametru afectează viteza de ridicare și de rotație a rotorului, pe care piloții încearcă să o mențină neschimbată pe cea mai mare parte a zborului, modificând doar unghiul palelor.
Când un elicopter zboară înainte și rotorul principal se rotește în sensul acelor de ceasornic, fluxul de aer care intră are un efect mai puternic asupra palelor din partea stângă, motiv pentru care eficiența acestora crește. Ca rezultat, jumătatea stângă a cercului de rotație al elicei creează mai multă portanță decât cea dreaptă și are loc un moment de înclinare. Pentru a compensa acest lucru, designerii au venit cu un sistem special care reduce unghiul palelor din stânga și îl mărește pe dreapta, egalând astfel portanța pe ambele părți ale elicei.
În general, un elicopter are mai multe avantaje și mai multe dezavantaje față de un avion. Avantajele includ posibilitatea decolării și aterizării verticale pe site-uri al căror diametru este de o ori și jumătate mai mare decât diametrul rotorului principal. În același timp, elicopterul poate transporta mărfuri de dimensiuni mari pe o sling externă. Elicopterele se disting și printr-o mai bună manevrabilitate, deoarece pot atârna vertical, pot zbura lateral sau înapoi și pot întoarce pe loc.
Dezavantajele includ un consum mai mare de combustibil decât avioanele, o vizibilitate mai mare în infraroșu din cauza evacuarii fierbinți a motorului sau a motoarelor și zgomot crescut. În plus, un elicopter în general este mai greu de controlat datorită unui număr de caracteristici. De exemplu, piloții de elicopter sunt familiarizați cu fenomenele de rezonanță la sol, flutter, inel de vortex și efect de blocare a rotorului. Acești factori pot cauza ruperea sau căderea mașinii.
Echipamentul elicopterului de orice tip are un mod de autorotație. Se referă la modurile de urgență. Aceasta înseamnă că, dacă, de exemplu, motorul se defectează, rotorul principal sau elicele sunt deconectate de la transmisie folosind un ambreiaj de rulare și încep să se rotească liber cu fluxul de aer care intră, încetinind căderea mașinii de la înălțime. În modul autorotație, este posibilă o aterizare de urgență controlată a unui elicopter, iar rotorul principal rotativ continuă să rotească rotorul de coadă și generatorul prin cutia de viteze.
Schema clasica
Dintre toate tipurile de modele de elicoptere astăzi, cel mai comun este cel clasic. Cu acest design, mașina are un singur rotor principal, care poate fi antrenat de unul, două sau chiar trei motoare. Acest tip, de exemplu, include atacul AH-64E Guardian, AH-1Z Viper, Mi-28N, transport-combat Mi-24 și Mi-35, transport Mi-26, polivalent UH-60L Black Hawk și Mi- 17, lumina Bell 407 și Robinson R22.
Când rotorul principal se rotește pe elicopterele clasice, apare un cuplu reactiv, datorită căruia corpul mașinii începe să se rotească în direcția opusă rotației rotorului. Pentru a compensa momentul, se folosește un dispozitiv de direcție pe brațul din coadă. De regulă, este un rotor de coadă, dar poate fi și un fenestron (o elice într-un caren inel) sau mai multe duze de aer pe brațul de coadă.
O caracteristică a schemei clasice este conexiunile încrucișate în canalele de control, datorită faptului că rotorul de coadă și rotorul principal sunt antrenate de același motor, precum și prezența unei plăci oscilătoare și a multor alte subsisteme responsabile cu controlul centrală electrică și rotoare. Cuplarea încrucișată înseamnă că, dacă se modifică vreun parametru al funcționării elicei, se vor schimba și toți ceilalți. De exemplu, pe măsură ce viteza rotorului principal crește, va crește și viteza de direcție.
Controlul zborului se realizează prin înclinarea axei de rotație a rotorului: înainte - mașina va zbura înainte, înapoi - înapoi, lateral - lateral. Când axa de rotație este înclinată, apare o forță motrice și forța de ridicare scade. Din acest motiv, pentru a menține altitudinea de zbor, pilotul trebuie să schimbe și unghiul palelor. Direcția de zbor este stabilită prin modificarea pasului rotorului de coadă: cu cât este mai mic, cu atât cuplul de reacție este mai puțin compensat, iar elicopterul se rotește în direcția opusă rotației rotorului principal. Si invers.
În elicopterele moderne, în cele mai multe cazuri, controlul zborului orizontal este efectuat cu ajutorul unei plăci oscilătoare. De exemplu, pentru a merge înainte, pilotul, folosind o mașină automată, reduce unghiul palelor pentru jumătatea din față a planului de rotație al aripii și îl mărește pentru spate. Astfel, forța de ridicare crește în spate, iar în față scade, datorită faptului că înclinarea elicei se modifică și apare o forță motrice. Această schemă de control al zborului este utilizată pe toate elicopterele de aproape toate tipurile, dacă au platou oscilant.
Schema coaxiala
Al doilea cel mai frecvent design de elicopter este coaxial. Nu are rotor de coadă, dar există două rotoare principale - unul superior și unul inferior. Sunt situate pe aceeași axă și se rotesc sincron în direcții opuse. Datorită acestei soluții, șuruburile compensează cuplul reactiv, iar mașina în sine se dovedește a fi ceva mai stabilă în comparație cu designul clasic. În plus, elicopterele coaxiale nu au practic conexiuni încrucișate în canalele de control.
Cel mai faimos producător de elicoptere coaxiale este compania rusă Kamov. Produce elicoptere multifuncționale de bord Ka-27, atacă Ka-52 și transport Ka-226. Toate au două șuruburi situate pe aceeași axă, unul sub celălalt. Mașinile cu design coaxial, spre deosebire de elicopterele de design clasic, sunt capabile, de exemplu, să facă o pâlnie, adică să zboare în jurul unei ținte într-un cerc, rămânând la aceeași distanță de aceasta. În acest caz, arcul rămâne întotdeauna întors spre țintă. Controlul înclinării se realizează prin frânarea unuia dintre rotoarele principale.
În general, elicopterele coaxiale sunt oarecum mai ușor de controlat decât cele convenționale, mai ales în modul hovering. Dar există și unele particularități. De exemplu, atunci când se efectuează o buclă în zbor, paletele rotorului inferior și superior se pot suprapune. În plus, în proiectare și producție, designul coaxial este mai complex și mai costisitor decât designul clasic. În special, datorită cutiei de viteze care transmite rotația arborelui motor către elice, precum și plăcii oscilătoare, care stabilește sincron unghiul palelor pe elice.
Diagrame longitudinale și transversale
Al treilea cel mai popular este aranjarea longitudinală a rotoarelor elicopterului. În acest caz, elicele sunt situate paralel cu solul pe axe diferite și distanțate una de cealaltă - una este situată deasupra prova elicopterului, iar cealaltă este deasupra cozii. Un reprezentant tipic al mașinilor de acest tip este elicopterul american de transport greu CH-47G Chinook și modificările acestuia. Dacă elicele sunt situate la vârfurile aripilor elicopterului, atunci acest aranjament se numește transversal.
Nu există astăzi reprezentanți în serie ai elicopterelor transversale. În anii 1960-1970, biroul de proiectare Mil a dezvoltat elicopterul de marfă grea V-12 (cunoscut și sub numele de Mi-12, deși acest indice este incorect) cu un design transversal. În august 1969, prototipul B-12 a stabilit un record pentru capacitatea de ridicare printre elicoptere, ridicând o marfă cu o greutate de 44,2 tone la o înălțime de 2,2 mii de metri. Spre comparație, cel mai greu elicopter din lume, Mi-26 (design clasic) poate ridica sarcini cu o greutate de până la 20 de tone, iar americanul CH-47F (design longitudinal) poate ridica sarcini de până la 12,7 tone.
La elicopterele cu design longitudinal, rotoarele principale se rotesc în direcții opuse, dar acest lucru compensează doar parțial momentele de reacție, motiv pentru care în zbor piloții trebuie să țină cont de forța laterală rezultată, care scoate mașina de la curs. Mișcarea laterală este stabilită nu numai de înclinarea axei de rotație a rotorului, ci și de diferite unghiuri de instalare ale paletelor, iar controlul viciului se realizează prin schimbarea vitezei rotorului. Rotorul din spate al elicopterelor longitudinale este întotdeauna situat puțin mai sus decât rotorul frontal. Acest lucru se face pentru a elimina influența reciprocă a fluxurilor lor de aer.
În plus, la anumite viteze de zbor ale elicopterelor longitudinale, pot apărea uneori vibrații semnificative. În cele din urmă, elicopterele longitudinale sunt echipate cu o transmisie complexă. Din acest motiv, acest aranjament cu șuruburi nu este foarte comun. Dar elicopterele cu design longitudinal sunt mai puțin susceptibile la apariția unui inel de vortex decât alte mașini. În acest caz, în timpul coborârii, curenții de aer creați de elice sunt reflectați în sus de la sol, atrași de elice și direcționați din nou în jos. În acest caz, forța de ridicare a rotorului principal este redusă drastic, iar schimbarea vitezei rotorului sau creșterea unghiului palelor nu are practic niciun efect.
Sincroptere
Astăzi, elicopterele construite după designul sincropterului pot fi clasificate drept cele mai rare și mai interesante mașini din punct de vedere al designului. Până în 2003, în producția lor a fost implicată doar compania americană Kaman Aerospace. În 2017, compania intenționează să reia producția de astfel de mașini sub denumirea K-Max. Sincroptele ar putea fi clasificate ca elicoptere transversale, deoarece arborii celor două rotoare ale acestora sunt situate pe părțile laterale ale corpului. Cu toate acestea, axele de rotație ale acestor șuruburi sunt situate la un unghi unul față de celălalt, iar planurile de rotație se intersectează.
Sincroptele, precum elicopterele cu design coaxial, longitudinal și transversal, nu au rotor de coadă. Rotoarele se rotesc sincron în direcții opuse, iar arborii lor sunt legați unul de celălalt printr-un sistem mecanic rigid. Acest lucru este garantat pentru a preveni coliziunile lamelor în diferite moduri de zbor și viteze. Sincropterii au fost inventați pentru prima dată de germani în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, dar producția de masă a fost realizată în SUA din 1945 de către compania Kaman.
Direcția de zbor a sincropterului este controlată numai prin schimbarea unghiului palelor elicei. În acest caz, din cauza încrucișării planurilor de rotație ale elicelor și, prin urmare, adăugării forțelor de ridicare la punctele de trecere, are loc un moment de ridicare, adică ridicarea prova. Acest moment este compensat de sistemul de control. În general, se crede că sincroterul este mai ușor de controlat în modul hover și la viteze de peste 60 de kilometri pe oră.
Avantajele unor astfel de elicoptere includ economiile de combustibil datorită eliminării rotorului de coadă și posibilitatea de amplasare mai compactă a unităților. În plus, sincropterii se caracterizează prin majoritatea calităților pozitive ale elicopterelor coaxiale. Dezavantajele includ complexitatea extraordinară a conexiunii mecanice rigide a arborilor șuruburilor și a sistemului de control al plăcilor oscilante. În general, acest lucru face ca elicopterul să fie mai scump în comparație cu designul clasic.
Multicopter
Dezvoltarea multicopterelor a început aproape simultan cu lucrările la elicopter. Din acest motiv, primul elicopter care a efectuat o decolare și aterizare controlată a fost quadricopterul Botezata în 1922. Multicopterele includ mașini care au de obicei un număr par de rotoare și ar trebui să fie mai mult de două. În elicopterele de producție de astăzi, designul multicopter nu este utilizat, dar este extrem de popular în rândul producătorilor de vehicule mici fără pilot.
Faptul este că multicopterele folosesc elice cu pas constant și fiecare dintre ele este condus de propriul motor. Cuplul reactiv este compensat prin rotirea șuruburilor în direcții diferite - jumătate se rotește în sensul acelor de ceasornic, iar cealaltă jumătate, situată în diagonală, în sens opus. Acest lucru vă permite să abandonați platoul oscilant și, în general, să simplificați semnificativ controlul dispozitivului.
Pentru a decola un multicopter, viteza de rotație a tuturor elicelor crește în mod egal; pentru a zbura în lateral, rotația elicelor pe o jumătate a dispozitivului accelerează, iar pe cealaltă, încetinește. Multicopterul este rotit prin încetinirea rotației, de exemplu, a șuruburilor care se rotesc în sensul acelor de ceasornic sau invers. Această simplitate a designului și controlului a fost principalul impuls pentru crearea quadcopterului Botezata, dar invenția ulterioară a rotorului de coadă și a plăcii oscilante a încetinit practic munca la multicoptere.
Motivul pentru care astăzi nu există multicoptere concepute pentru a transporta oameni este siguranța zborului. Cert este că, spre deosebire de toate celelalte elicoptere, mașinile cu mai multe rotoare nu pot face o aterizare de urgență în modul de autorotație. Dacă toate motoarele se defectează, multicopterul devine incontrolabil. Cu toate acestea, probabilitatea unui astfel de eveniment este scăzută, dar lipsa modului de autorotație este principalul obstacol în calea trecerii certificării de siguranță a zborului.
Cu toate acestea, compania germană e-volo dezvoltă în prezent un multicopter cu 18 rotoare. Acest elicopter este conceput pentru a transporta doi pasageri. Se așteaptă să facă primul zbor în următoarele câteva luni. Conform calculelor proiectanților, prototipul vehiculului va putea rămâne în aer cel mult o jumătate de oră, dar această cifră este planificată să fie crescută la cel puțin 60 de minute.
De asemenea, trebuie remarcat faptul că, pe lângă elicopterele cu un număr par de elice, există și modele multicopter cu trei și cinci elice. Au unul dintre motoarele situat pe o platformă care poate fi înclinată în lateral. Datorită acestui lucru, direcția de zbor este controlată. Cu toate acestea, într-o astfel de schemă, devine mai dificil să suprimați cuplul reactiv, deoarece două din trei sau trei din cinci șuruburi se rotesc întotdeauna în aceeași direcție. Pentru a uniformiza cuplul de reacție, unele dintre elice se rotesc mai repede și acest lucru creează forță laterală inutilă.
Schema de viteză
Astăzi, cea mai promițătoare în tehnologia elicopterelor este schema de mare viteză, care permite elicopterelor să zboare la viteze semnificativ mai mari decât mașinile moderne. Cel mai adesea, această schemă se numește elicopter combinat. Mașinile de acest tip sunt construite într-un design coaxial sau cu o singură elice, dar au o aripă mică care creează portanță suplimentară. În plus, elicopterele pot fi echipate cu un rotor de împingere în coadă sau două extractoare la vârfurile aripilor.
Elicopterele de atac cu designul clasic AH-64E sunt capabile de viteze de până la 293 de kilometri pe oră, iar elicopterele coaxiale Ka-52 - până la 315 de kilometri pe oră. Pentru comparație, demonstratorul de tehnologie combinată Airbus Helicopters X3 cu două elice de tragere poate accelera până la 472 de kilometri pe oră, iar concurentul său american cu o elice de împingere, Sikorksy X2, poate accelera până la 460 de kilometri pe oră. Promițătorul elicopter de recunoaștere de mare viteză S-97 Raider va putea zbura cu viteze de până la 440 de kilometri pe oră.
Strict vorbind, elicopterele combinate nu se referă la elicoptere, ci la un alt tip de aeronave cu aripi rotative - aeronavă. Cert este că forța motrice a unor astfel de mașini este creată nu numai și nu atât de rotoare, ci de împingerea sau tragerea celor. În plus, atât rotoarele, cât și aripa sunt responsabile pentru crearea portanței. Și la viteze mari de zbor, un ambreiaj controlat de rulare deconectează rotoarele de la transmisie și zborul continuă în modul de autorotație, în care rotoarele funcționează de fapt ca o aripă de avion.
În prezent, mai multe țări din întreaga lume dezvoltă elicoptere de mare viteză, care în viitor vor putea atinge viteze de peste 600 de kilometri pe oră. Pe lângă elicopterele Sikorsky și Airbus, o astfel de muncă este realizată de către Kamov rus și biroul de proiectare Mil (Ka-90/92 și, respectiv, Mi-X1), precum și de avioanele americane Piacesky. Noile elicoptere hibride vor putea combina viteza de zbor a aeronavelor cu turbopropulsoare și capacitățile verticale de decolare și aterizare ale elicopterelor convenționale.
Foto: Oficial S.U.A. Pagina Marinei / flickr.com
, generatoare eoliene, mori, actionari hidraulice si pneumatice).
În mașinile cu suflante, lamele sau paletele mișcă fluxul. În antrenare - fluxul de lichid sau gaz antrenează paletele sau paletele.
Principiul de funcționare
În funcție de mărimea căderii de presiune, pe arbore pot exista mai multe trepte de presiune.
Principalele tipuri de lame
Mașinile cu lame, ca element cel mai important, conțin discuri situate pe un arbore, echipate cu lame profilate. Discurile, în funcție de tipul și scopul mașinii, se pot roti cu viteze complet diferite, variind de la câteva rotații pe minut pentru generatoarele eoliene și mori, până la zeci și sute de mii de rotații pe minut pentru motoarele cu turbine cu gaz și turbocompresoare.
Lamele mașinilor moderne cu lame, în funcție de scop, de sarcina îndeplinită de dispozitiv și de mediul în care funcționează, au un design foarte diferit. Evoluția acestor desene poate fi urmărită prin compararea palelor morilor medievale - de apă și de vânt, cu palele unui motor eolian și ale unei turbine hidroelectrice.
Designul palelor este influențat de parametri precum densitatea și vâscozitatea mediului în care funcționează. Lichidul este mult mai dens decât gazul, mai vâscos și practic incompresibil. Prin urmare, forma și dimensiunea palelor mașinilor hidraulice și pneumatice sunt foarte diferite. Datorită diferenței de volume la aceeași presiune, suprafața palelor mașinii pneumatice poate fi de câteva ori mai mare decât lamele hidraulice.
Există lame de lucru, îndreptare și rotire. În plus, compresoarele pot avea palete de ghidare, precum și palete de ghidare de admisie, în timp ce turbinele pot avea palete de duză și palete răcite.
Designul lamei
Fiecare lamă are propriul profil aerodinamic. De obicei seamănă cu o aripă de avion. Cea mai semnificativă diferență dintre o lamă și o aripă este că paletele funcționează într-un flux, ai cărui parametri variază foarte mult de-a lungul lungimii sale.
Parte de profil a lamei
Conform designului părții de profil a lamei, acestea sunt împărțite în lame cu secțiuni constante și variabile. Lamele cu secțiune transversală constantă sunt utilizate pentru trepte în care lungimea lamei nu depășește o zecime din diametrul mediu al treptei. În turbinele de mare putere, acestea sunt de obicei paletele primelor trepte de înaltă presiune. Înălțimea acestor lame este mică și se ridică la 20-100 mm.
Lamele cu secțiune variabilă au un profil variabil în etapele ulterioare, iar aria secțiunii transversale scade ușor de la secțiunea rădăcină spre vârf. Pentru lamele ultimelor etape, acest raport poate ajunge la 6-8. Palele de secțiune variabilă au întotdeauna o răsucire inițială, adică unghiurile formate de linia dreaptă care leagă marginile secțiunii (coarda) cu axa turbinei, numite unghiurile secțiunilor. Aceste unghiuri, din motive de aerodinamică, sunt setate la diferite înălțimi, cu o creștere lină de la rădăcină la vârf.
Pentru lamele relativ scurte, unghiurile de răsucire a profilului (diferența dintre unghiurile de instalare ale secțiunilor periferice și ale rădăcinii) sunt de 10–30, iar pentru lamele din ultimele etape pot ajunge la 65–70.
Dispunerea relativă a secțiunilor de-a lungul înălțimii lamei în timpul formării profilului și poziția acestui profil față de disc reprezintă instalarea lamei pe disc și trebuie să îndeplinească cerințele de aerodinamică, rezistență și fabricabilitate.
Lamele sunt realizate în principal din semifabricate pre-ștampilate. Se folosesc și metode de fabricare a lamelor prin turnare de precizie sau ștanțare de precizie. Tendințele moderne de creștere a puterii turbinei necesită creșterea lungimii palelor ultimelor trepte. Crearea unor astfel de lame depinde de nivelul realizărilor științifice în domeniul aerodinamicii fluxului, rezistenței statice și dinamice și disponibilitatea materialelor cu proprietățile necesare.
Aliajele moderne de titan fac posibilă producerea de lame de până la 1500 mm lungime. Dar, în acest caz, limitarea este rezistența rotorului, al cărui diametru trebuie crescut, dar apoi este necesar să se reducă lungimea lamei pentru a menține raportul din motive de aerodinamică, în caz contrar mărind lungimea lama este ineficientă. Prin urmare, există o limită a lungimii lamei, dincolo de care nu poate funcționa eficient.
- Joc radial Labirint Sigiliu Scallops
- Raft de bandaj
- Piepteni de etanșare labirint mecanic
- Orificiu pentru alimentarea cu aer de răcire la canalele interne ale lamei răcite
Partea de coadă a lamei
Proiectele conexiunilor de coadă și, în consecință, tijele palelor sunt foarte diverse și sunt utilizate în funcție de condițiile pentru asigurarea rezistenței necesare, ținând cont de dezvoltarea tehnologiilor pentru fabricarea lor la întreprinderea care produce turbine. Tipuri de tije: în formă de T, în formă de ciupercă, bifurcate, în oase de herge etc.
Niciun tip de articulație de coadă nu are un avantaj deosebit față de altul - fiecare are propriile sale avantaje și dezavantaje. Diferitele plante produc diferite tipuri de îmbinări ale cozii, iar fiecare dintre ele utilizează propriile tehnologii de fabricație.
Conexiuni
Paletele de lucru ale turbinelor sunt conectate în pachete prin conexiuni de diferite modele: benzi nituite pe pale sau realizate sub formă de rafturi (bandă solidă frezată); fire lipite de lame sau introduse lejer în găurile din partea de profil a lamelor și forțele centrifuge care presează asupra lor; folosind proeminențe speciale sudate între ele după ce lamele sunt asamblate pe disc.
Palete turbinei cu abur
Diferența de dimensiune și formă a palelor la diferite niveluri de presiune ale unei turbine
Scopul palelor de turbine este de a converti energia potențială a aburului comprimat în lucru mecanic. În funcție de condițiile de funcționare din turbină, lungimea palelor sale de lucru poate varia de la câteva zeci la o mie și jumătate de milimetri. Paletele de pe rotor sunt dispuse în trepte, cu o creștere treptată a lungimii și o modificare a formei suprafeței. În fiecare etapă, palele de lungime egală sunt situate radial față de axa rotorului. Acest lucru se datorează dependenței de parametri precum debitul, volumul și presiunea.
Când debitul este uniform, presiunea la admisia turbinei este maximă, iar debitul este minim. Când fluidul de lucru trece prin paletele turbinei, se efectuează lucrări mecanice, presiunea scade, dar volumul crește. În consecință, suprafața lamei de lucru crește și, în consecință, dimensiunea acesteia. De exemplu, lungimea palei primei trepte a unei turbine cu abur de 300 MW este de 97 mm, ultima - 960 mm.
Lamele compresorului
Scopul paletelor compresorului este de a modifica parametrii inițiali ai gazului și de a converti energia cinetică a rotorului rotativ în energia potențială a gazului comprimat. Forma, dimensiunile și metodele de fixare a palelor compresorului pe rotor nu diferă foarte mult de paletele turbinei. Într-un compresor, la același debit, gazul este comprimat, volumul acestuia scade, iar presiunea crește, prin urmare, la prima treaptă a compresorului, lungimea palelor este mai mare decât la ultima.
Palele motorului turbinei cu gaz
Un motor cu turbină cu gaz are atât compresor, cât și palete de turbină. Principiul de funcționare a unui astfel de motor este comprimarea aerului necesar arderii cu ajutorul palelor turbocompresorului, direcționarea acestui aer în camera de ardere și, atunci când este aprins cu combustibil, funcționarea mecanică a produselor de ardere pe paletele unei turbine situate pe același arbore ca și compresorul. Acest lucru distinge un motor cu turbină cu gaz de orice altă mașină, care are fie pale de descărcare a compresorului, ca în supraalimentatoarele și suflantele de toate tipurile, fie palete de turbină, ca în centralele cu turbine cu abur sau centralele hidroelectrice.
Pale (lamele) turbinelor hidraulice
Disc cu pale hidraulice ale turbinei
Pale de turbine eoliene
În comparație cu paletele turbinelor cu abur și cu gaz, paletele turbinelor hidraulice funcționează într-un mediu cu viteză mică și presiune înaltă. Aici lungimea lamei este mică în raport cu lățimea sa, iar uneori lățimea este mai mare decât lungimea, în funcție de densitatea și volumul specific al lichidului. Adesea, paletele turbinei hidraulice sunt sudate pe disc sau pot fi fabricate în întregime cu acesta.
Utilizarea surselor alternative de energie este una dintre principalele tendințe ale timpului nostru. Energia eoliană curată și accesibilă poate fi convertită în electricitate chiar și în casa dvs. prin construirea unei turbine eoliene și conectarea acesteia la un generator.
Puteți construi palete pentru un generator eolian cu propriile mâini din materiale obișnuite, fără a utiliza echipamente speciale. Vă vom spune ce formă a lamei este mai eficientă și vă vom ajuta să alegeți desenul potrivit pentru o centrală eoliană.
Un generator eolian este un dispozitiv care vă permite să convertiți energia eoliană în energie electrică.
Principiul funcționării sale este că vântul rotește paletele, pune în mișcare arborele, prin care rotația este furnizată generatorului printr-o cutie de viteze, ceea ce mărește viteza.
Funcționarea unei centrale eoliene este evaluată de KIEV - factorul de utilizare a energiei eoliene. Când o roată eoliană se rotește rapid, interacționează cu mai mult vânt, ceea ce înseamnă că ia mai multă energie de la acesta.
Există două tipuri principale de generatoare eoliene:
- orizontală.
Modelele orientate pe verticală sunt construite astfel încât axa elicei să fie perpendiculară pe sol. Astfel, orice mișcare a maselor de aer, indiferent de direcție, pune structura în mișcare.
Această versatilitate este un avantaj al acestui tip de turbine eoliene, dar sunt inferioare modelelor orizontale în ceea ce privește productivitatea și eficiența de funcționare.
Un generator eolian orizontal seamănă cu o giruetă. Pentru ca paletele să se rotească, structura trebuie răsucită în direcția dorită, în funcție de direcția de mișcare a aerului.
Pentru a monitoriza și a captura schimbările direcției vântului, sunt instalate dispozitive speciale. Eficiența cu acest aranjament cu șuruburi este semnificativ mai mare decât cu o orientare verticală. Pentru uz casnic, este mai rațional să folosiți generatoare eoliene de acest tip.
Ce formă a lamei este optimă?
Unul dintre elementele principale ale unui generator eolian este un set de pale.
Există o serie de factori asociați cu aceste părți care afectează eficiența morii de vânt:
- mărimea;
- formă;
- material;
- cantitate.
Dacă decideți să proiectați pale pentru o moară de vânt de casă, trebuie să țineți cont de toți acești parametri. Unii cred că cu cât sunt mai multe aripi pe elicea unui generator, cu atât se poate produce mai multă energie eoliană. Cu alte cuvinte, cu cât sunt mai mulți, cu atât mai bine.
Cu toate acestea, acesta nu este cazul. Fiecare parte individuală se mișcă împotriva rezistenței aerului. Astfel, un număr mare de pale pe o elice necesită mai multă forță a vântului pentru a finaliza o revoluție.
În plus, prea multe aripi largi pot provoca formarea unui așa-numit „capac de aer” în fața elicei, atunci când fluxul de aer nu trece prin moara de vânt, ci o înconjoară.
Forma contează foarte mult. Viteza elicei depinde de aceasta. Curgerea slabă determină formarea de vârtejuri care încetinesc roata vântului
Cel mai eficient este un generator eolian cu o singură paletă. Dar construirea și echilibrarea acestuia cu propriile mâini este foarte dificilă. Designul se dovedește a fi nesigur, deși cu o eficiență ridicată. Conform experienței multor utilizatori și producători de turbine eoliene, cel mai optim model este unul cu trei pale.
Greutatea lamei depinde de dimensiunea acesteia și de materialul din care va fi realizată. Mărimea trebuie selectată cu atenție, ghidată de formule de calcul. Este mai bine să procesați marginile astfel încât să existe o rotunjire pe o parte și o margine ascuțită pe partea opusă.
Forma lamei selectată corect pentru un generator eolian este baza pentru buna funcționare a acestuia.
Următoarele opțiuni sunt potrivite pentru producția casnică:
- tipul de navigație;
- tip de aripă.
Lamele de tip vele sunt simple dungi late, ca cele de pe o moară de vânt. Acest model este cel mai evident și mai ușor de realizat. Cu toate acestea, eficiența sa este atât de scăzută încât această formă nu este practic utilizată în generatoarele eoliene moderne. Eficiența în acest caz este de aproximativ 10-12%.
O formă mult mai eficientă sunt lamele unui profil înaripat. Implica principiile aerodinamicii care ridică în aer aeronave uriașe. Un șurub de această formă este mai ușor de pus în mișcare și se rotește mai repede. Fluxul de aer reduce semnificativ rezistența pe care o întâlnește moara de vânt pe calea sa.
Profilul corect ar trebui să semene cu o aripă de avion. Pe o parte lama are o îngroșare, iar pe cealaltă este o pantă ușoară. Masele de aer curg foarte lin în jurul unei părți a acestei forme
Eficiența acestui model ajunge la 30-35%. Vestea bună este că puteți construi singur o lamă înaripată folosind un minim de unelte. Toate calculele și desenele de bază pot fi adaptate cu ușurință la moara dvs. de vânt și utilizați energie eoliană gratuită și curată, fără restricții.
Din ce sunt făcute lamele acasă?
Materialele care sunt potrivite pentru construcția unui generator eolian sunt, în primul rând, plasticul, metalele ușoare, lemnul și o soluție modernă - fibra de sticlă. Principala întrebare este cât de multă muncă și timp sunteți dispus să petreceți pentru a face o moară de vânt.
Conducte de canalizare PVC
Cel mai popular și răspândit material pentru fabricarea palelor de plastic pentru generatoarele eoliene este o țeavă de canalizare obișnuită din PVC. Pentru majoritatea generatoarelor de uz casnic cu un diametru șurub de până la 2 m, este suficientă o țeavă de 160 mm.
Avantajele acestei metode includ:
- preț scăzut;
- disponibilitate în orice regiune;
- ușurință în operare;
- un număr mare de diagrame și desene pe Internet, experiență vastă în utilizare.
Conductele sunt diferite. Acest lucru este cunoscut nu numai de cei care fac centrale eoliene de casă, ci și de toți cei care au întâlnit instalarea de canalizare sau alimentare cu apă. Ele diferă în grosime, compoziție și producător. Țeava este ieftină, așa că nu este nevoie să încercați să reduceți și mai mult costul morii dvs. de vânt, economisind țevi din PVC.
Materialul de proastă calitate al țevilor din plastic poate duce la faptul că lamele se vor crăpa în timpul primului test și toată munca se va face în zadar
Mai întâi trebuie să decideți asupra modelului. Există multe opțiuni, fiecare formă are propriile sale dezavantaje și avantaje. Ar putea merita să experimentați mai întâi înainte de a tăia versiunea finală.
Intrucat pretul tevilor este mic, si le puteti gasi in orice magazin de feronerie, acest material este perfect pentru primii pasi in modelarea lamelor. Dacă ceva nu merge bine, poți oricând să cumperi o altă țeavă și să încerci din nou; portofelul tău nu va suferi prea mult de pe urma unor astfel de experimente.
Utilizatorii experimentați de energie eoliană au observat că este mai bine să folosești țevi portocalii decât gri pentru a face palete de turbine eoliene. Își țin mai bine forma, nu se îndoaie după ce se formează aripa și durează mai mult
Designerii amatori preferă PVC-ul, deoarece în timpul testării o lamă ruptă poate fi înlocuită cu una nouă, realizată în 15 minute chiar pe loc, dacă este disponibil un model adecvat. Simplu și rapid și, cel mai important, accesibil.
Aluminiu – subțire, ușor și scump
Aluminiul este un metal ușor și durabil. Este folosit în mod tradițional la fabricarea palelor pentru turbinele eoliene. Datorită greutății sale reduse, dacă dați plăcii forma dorită, proprietățile aerodinamice ale elicei vor fi excelente.
Principalele sarcini pe care le experimentează o moara de vânt în timpul rotației au ca scop îndoirea și spargerea lamei. Dacă plasticul crăpă rapid și eșuează în timpul unei astfel de lucrări, puteți conta pe un șurub de aluminiu mult mai mult timp.
Cu toate acestea, dacă comparați țevile din aluminiu și PVC, plăcile metalice vor fi în continuare mai grele. La viteze mari de rotație, există un risc mare de a deteriora nu lama în sine, ci șurubul din punctul de atașare
Un alt dezavantaj al pieselor din aluminiu este complexitatea producției. Dacă țeava din PVC are o îndoire care va fi utilizată pentru a conferi proprietăți aerodinamice lamei, atunci aluminiul, de regulă, este luat sub forma unei foi.
După tăierea piesei conform modelului, care în sine este mult mai dificil decât lucrul cu plastic, piesa de prelucrat rezultată va trebui totuși să fie rulată și să i se acorde îndoirea corectă. Nu va fi atât de ușor să faci asta acasă și fără unelte.
Fibră de sticlă sau fibră de sticlă - pentru profesioniști
Dacă decideți să abordați problema creării unei lame în mod conștient și sunteți dispus să cheltuiți mult efort și nervi pe ea, fibra de sticlă va fi potrivită. Dacă nu te-ai ocupat anterior cu generatoarele eoliene, să începi cunoștința cu modelarea unei mori de vânt din fibră de sticlă nu este cea mai bună idee. Totuși, acest proces necesită experiență și abilități practice.
O lamă din mai multe straturi de fibră de sticlă lipite cu lipici epoxidic va fi puternică, ușoară și fiabilă. Cu o suprafață mare, piesa se dovedește a fi goală și practic lipsită de greutate
Pentru fabricație se folosește fibră de sticlă - un material subțire și durabil care este produs în role. Pe lângă fibra de sticlă, lipiciul epoxidic este util pentru fixarea straturilor.
Lucrul începe prin crearea unei matrice. Acesta este un semifabricat care reprezintă o matriță pentru o parte viitoare.
Matricea poate fi din lemn: cherestea, scânduri sau bușteni. Silueta volumetrică a jumătății de lamă este decupată direct din masiv. O altă opțiune este o matriță de plastic.
Este foarte dificil să faci singur un semifabricat; trebuie să ai în fața ochilor un model gata făcut al unei lame din lemn sau alt material și abia atunci se decupează o matrice pentru piesa din acest model. Ai nevoie de cel puțin 2 astfel de matrici, dar, după ce ai făcut o singură formă reușită, poate fi folosită de mai multe ori și astfel poți construi mai mult de o moară de vânt.
Partea inferioară a matriței este bine lubrifiată cu ceară. Acest lucru se face astfel încât lama finită să poată fi îndepărtată cu ușurință ulterior. Așezați un strat de fibră de sticlă și acoperiți-l cu lipici epoxidic. Procesul se repetă de mai multe ori până când piesa de prelucrat atinge grosimea dorită.
Când adezivul epoxidic s-a uscat, jumătate din piesă este îndepărtată cu grijă din matrice. Ei fac la fel și cu a doua jumătate. Părțile sunt lipite împreună pentru a forma o parte goală tridimensională. Ușoară, durabilă și cu formă aerodinamică, lama din fibră de sticlă este vârful excelenței pentru pasionatul parcului eolian de acasă.
Principalul său dezavantaj este dificultatea implementării ideii și un număr mare de defecte la început, până când se obține matricea ideală și se perfecționează algoritmul de creare.
Ieftin și vesel: piesă din lemn pentru o roată de vânt
O lamă de lemn este o metodă de modă veche care este ușor de implementat, dar ineficientă la nivelul actual de consum de energie electrică. Piesa poate fi realizată dintr-o placă solidă din lemn ușor, cum ar fi pinul. Este important să alegeți o bucată de lemn bine uscată.
Trebuie să alegeți o formă potrivită, dar țineți cont de faptul că lama de lemn nu va fi o placă subțire, precum aluminiul sau plasticul, ci o structură tridimensională. Prin urmare, nu este suficient să dați o formă piesei de prelucrat; trebuie să înțelegeți principiile aerodinamicii și să vă imaginați conturul lamei în toate cele trei dimensiuni.
Va trebui să folosiți o rabot pentru a da aspectul final lemnului, de preferință unul electric. Pentru durabilitate, lemnul este tratat cu un lac protector antiseptic sau vopsea
Principalul dezavantaj al acestui design este greutatea mare a șurubului. Pentru a muta acest colos, vântul trebuie să fie suficient de puternic, ceea ce este greu de realizat în principiu. Cu toate acestea, lemnul este un material accesibil. Plăcile potrivite pentru crearea unei elice de turbină eoliană pot fi găsite chiar în curtea dvs. fără a cheltui un ban. Și acesta este principalul avantaj al lemnului în acest caz.
Eficiența unei lame de lemn tinde spre zero. De regulă, timpul și efortul necesar pentru a crea o astfel de moară de vânt nu merită rezultatul obținut, exprimat în wați. Cu toate acestea, ca model de antrenament sau piesă de testare, piesa de lemn are un loc unde să fie. Și o giruetă cu lame de lemn arată impresionant pe site.
Desene și exemple de lame
Este foarte dificil să faci calculul corect al elicei unui generator eolian fără a cunoaște parametrii de bază care sunt afișați în formulă, precum și fără a avea idee cum afectează acești parametri funcționarea morii de vânt.
Este mai bine să nu-ți pierzi timpul dacă nu vrei să aprofundezi în elementele de bază ale aerodinamicii. Desenele și diagramele gata făcute cu indicatorii specificați vă vor ajuta să alegeți o lamă potrivită pentru o centrală eoliană.
Desen al unei lame pentru o elice cu două pale. Fabricat din conductă de canalizare cu diametrul de 110. Diametrul elicei morii de vânt în aceste calcule este de 1 m
Un astfel de generator eolian mic nu vă va putea oferi o putere mare. Cel mai probabil, este puțin probabil să reușiți să stoarceți mai mult de 50 W din acest design. Cu toate acestea, o elice cu două pale realizată dintr-o țeavă din PVC ușoară și subțire va oferi o viteză mare de rotație și va asigura funcționarea morii de vânt chiar și în condiții de vânt slab.
Desen al unei lame pentru o elice de generator eolian cu trei pale realizată dintr-o țeavă cu diametrul de 160 mm. Viteza estimată în această opțiune este 5 cu un vânt de 5 m/s
O elice cu trei pale de această formă poate fi folosită pentru unități mai puternice, aproximativ 150 W la 12 V. Diametrul întregii elice la acest model ajunge la 1,5 m. Roata vântului se va roti rapid și va fi pornită ușor. Moara de vânt cu trei aripi se găsește cel mai adesea în centralele electrice de acasă.
Desen al unei lame de casă pentru o elice de generator eolian cu 5 pale. Fabricat din teava PVC cu diametrul de 160 mm. Viteza estimată – 4
O astfel de elice cu cinci pale va putea produce până la 225 de rotații pe minut cu o viteză estimată a vântului de 5 m/s. Pentru a construi o lamă conform desenelor propuse, trebuie să transferați coordonatele fiecărui punct din coloanele „Coordonatele modelului față/spate” pe suprafața conductei de canalizare din plastic.
Tabelul arată că cu cât are mai multe aripi un generator eolian, cu atât lungimea lor trebuie să fie mai mică pentru a produce un curent de aceeași putere.
După cum arată practica, este destul de dificil să întreținem un generator eolian mai mare de 2 metri în diametru. Dacă aveți nevoie de o moară de vânt mai mare conform tabelului, luați în considerare creșterea numărului de pale.
Vă veți familiariza cu regulile și principiile din acest articol, care prezintă procesul de efectuare a calculelor pas cu pas.
Echilibrarea unei turbine eoliene
Echilibrarea palelor unui generator eolian va ajuta să funcționeze cât mai eficient posibil. Pentru a efectua echilibrarea, trebuie să găsiți o cameră în care nu există vânt sau curent de aer. Desigur, pentru o roată de vânt mai mare de 2 m în diametru va fi dificil să găsești o astfel de cameră.
Lamele sunt asamblate într-o structură finită și instalate în poziția de lucru. Axa trebuie să fie poziționată strict orizontal, la nivel. Planul în care se va roti elicea trebuie setat strict vertical, perpendicular pe axa și nivelul solului.
O elice care nu se mișcă trebuie rotită cu 360/x grade, unde x = numărul de pale. În mod ideal, o moară de vânt echilibrată nu se va abate cu 1 grad, ci va rămâne nemișcată. Dacă lama s-a răsucit sub propria greutate, trebuie ajustată puțin, greutatea redusă pe o parte și abaterea de la axă eliminată.
Procesul se repetă până când șurubul este absolut nemișcat în orice poziție. Este important să nu existe vânt în timpul echilibrării. Acest lucru poate denatura rezultatele testelor.
De asemenea, este important să verificați dacă toate piesele se rotesc strict în același plan. Pentru verificare, plăcuțele de control sunt instalate la o distanță de 2 mm pe ambele părți ale uneia dintre lame. În timpul mișcării, nicio parte a șurubului nu trebuie să atingă placa.
Pentru a opera un generator eolian cu palete fabricate, va trebui să asamblați un sistem care acumulează energia primită, o stochează și o transmite consumatorului. Una dintre componentele sistemului este controlerul. Veți învăța cum să faceți acest lucru citind articolul nostru recomandat.
Dacă doriți să utilizați energie eoliană curată și sigură pentru nevoile casnice și nu plănuiți să cheltuiți mulți bani pentru achiziționarea de echipamente scumpe, lamele de casă din materiale obișnuite vor fi o idee potrivită. Nu vă fie teamă să experimentați și veți putea îmbunătăți în continuare modelele existente de elice pentru morile de vânt.
Tipuri de generatoare eoliene
Turbinele eoliene se pot distinge prin:
- numarul de lame;
— tipul materialelor lamei;
— amplasarea verticală sau orizontală a axei de instalare;
— versiunea pas cu pas a lamelor.
Prin proiectare, generatoarele eoliene sunt împărțite în funcție de numărul de pale: simple, cu două pale, cu trei pale și cu mai multe pale. Prezența unui număr mare de lame le permite să se rotească cu foarte puțin vânt. Designul palelor poate fi împărțit în rigid și sail. Turbinele eoliene care navighează sunt mai ieftine decât altele, dar necesită reparații frecvente.
Unul dintre tipurile de generatoare eoliene este orizontal
Generatoarele eoliene verticale încep să se rotească la vânt scăzut. Nu au nevoie de o giruetă. Cu toate acestea, ele sunt inferioare ca putere față de morile de vânt cu axă orizontală. Pasul palelor generatorului eolian poate fi fix sau variabil. Pasul variabil al lamelor face posibilă creșterea vitezei de rotație. Aceste turbine eoliene sunt mai scumpe. Modelele de turbine eoliene cu pas fix sunt fiabile și simple.
Generator vertical
Aceste mori de vânt sunt mai puțin costisitoare de întreținut deoarece sunt instalate la o înălțime mică. De asemenea, au mai puține piese în mișcare și sunt mai ușor de reparat și fabricat. Această opțiune de instalare este ușor de realizat cu propriile mâini.
Generator eolian vertical
Cu palete optime și un rotor unic, oferă o eficiență ridicată și nu depinde de direcția vântului. Generatoarele eoliene cu design vertical sunt silențioase. Generatorul eolian vertical are mai multe tipuri de design.
Generatoare eoliene ortogonale
Generator eolian ortogonal
Astfel de mori de vânt au mai multe pale paralele care sunt instalate la distanță de axa verticală. Funcționarea morilor de vânt ortogonale nu este afectată de direcția vântului. Sunt instalate la nivelul solului, ceea ce facilitează instalarea și funcționarea instalației.
Generatoare eoliene bazate pe rotorul Savonius
Lamele acestei instalații sunt semicilindri speciali care creează un cuplu mare. Dezavantajele acestor mori de vânt includ consumul ridicat de material și eficiența scăzută. Pentru a obține un cuplu mare cu rotorul Savonius, este instalat și un rotor Darrieus.
Turbine eoliene cu rotor Daria
Alături de rotorul Darrieus, aceste unități au un număr de perechi de lame cu un design original pentru a îmbunătăți aerodinamica. Avantajul acestor instalații este posibilitatea instalării lor la nivelul solului.
Generatoare eoliene elicoidale.
Sunt o modificare a rotoarelor ortogonale cu o configurație specială a lamei, care oferă o rotație uniformă a rotorului. Prin reducerea sarcinii asupra elementelor rotorului, durata lor de viață crește.
Generatoare eoliene bazate pe rotorul Daria
Turbine eoliene cu palete multiple
Generatoare eoliene cu mai multe pale
Turbinele eoliene de acest tip sunt o versiune modificată a rotoarelor ortogonale. Lamele de pe aceste instalații sunt instalate pe mai multe rânduri. Primul rând de pale fixe direcționează fluxul vântului către pale.
Generator eolian de navigație
Principalul avantaj al acestei instalații este capacitatea de a lucra în vânt ușor de 0,5 m/s. Generatorul de vant cu vele poate fi instalat oriunde, la orice inaltime.
Generator eolian de navigație
Avantajele includ: viteza scăzută a vântului, răspuns rapid la vânt, ușurința construcției, disponibilitatea materialului, mentenabilitatea, capacitatea de a face o moară de vânt cu propriile mâini. Dezavantajul este posibilitatea spargerii la vant puternic.
Generator eolian orizontal
Generator eolian orizontal
Aceste instalații pot avea un număr diferit de lame. Pentru ca un generator eolian să funcționeze, este important să alegeți direcția corectă a vântului. Eficienta instalatiei se realizeaza prin unghiul mic de atac al lamelor si posibilitatea de reglare a acestora. Astfel de generatoare eoliene au dimensiuni și greutate reduse.
