Teorie - Základy aerodynamiky vrtule

Základní pojmy

Pojem Vysvětlení
E
efektivní stoupání vrtulevzdálenost, o kterou postoupí vrtule v osovém směru za jednu otáčku (prakticky)
efektivní tah vrtulečást tahu, která by byla nutná pro let letounu stejnou rychlostí, ale bez vrtule
G
geometrické stoupání vrtulegeometrické stoupání profilu listu na kontrolním řezu (teoreticky)
geometrické stoupání profilu listustoupání šroubovice procházející tětivou válcového řezu listu
L
levotočivá vrtulevrtule, jejíž smysl otáčení je opačný než smysl otáčení hodinových ručiček
list vrtulezákladní pracovní část vrtule s aerodynamicky profilovaným tvarem
P
pevná vrtulevrtule, jejíž listy se nemohou pootáčet kolem vlastní osy
pravotočivá vrtulevrtule, jejíž smysl otáčení je souhlasný s otáčením hodinových ručiček
profil listu vrtuleaerodynamický profil určující tvar profilované části listu vrtule
průměr vrtuleprůměr válce souosého s vrtulí, dotýkajícího se špiček listů
R
rodina vrtulísoubor geometricky podobných vrtulí stejných aerodynamických charakteristik
S
stavitelná vrtulevrtule, jejíž listy se mohou ve vrtulové hlavě pootáčet kolem vlastní osy a tím měnit úhel nastavení listů
T
tah vrtulesložka aerodynamické síly vrtule ve směru osy otáčemí
tažná vrtulevrtule umístěná vzhledem ke směru pohybu letadla před motorem
tlačná vrtulevrtule umístěná vzhledem ke směru pohybu letadla za motorem
U
účinnost vrtulebezrozměrné číslo vyjadřující závislost mezi tahem, rychlostí a výkonem na hřídeli vrtule
V
vrtulelopatkový stroj poháněný motorem, určený k vyvozování síly

Teorie ideální vrtule

Vrtule dáva tah ve směru letu zrychlováním vzduchu, který prochází jejím diskem (její rovinou) - tento vzduch tvoří proudovou trubici (obr.26), jejíž průřez se mění v závislosti na rychlosti proudícího vzduchu. Takto se dívá na práci vrtule tzv. teorie ideální vrtule. Ta předpokládá, že vzduchu je v disku vrtule dodána určitá hybnost a zanedbává odpory, zkroucení a nerovnoměrnosti proudu za vrtulí.
Obr.26
Obr.26

Tah vrtule je tedy roven změně hybnosti hmoty v proudové trubici vrtule prošlé diskem vrtule za jednotku času. Chceme-li zvýšit tah vrtule, musíme zvýšit přírůstky rychlosti v proudu (pro stejný průměr vrtule), současně však snižujeme účinnost vrtule. Má-li se vytvořit tah (má-li vzniknout přírůstek rychlosti) musí být účinnost menší než 1. Rovná-li se rychlost nule pak účinnost vrtule je také nula - veškerá energie se vynakládá pouze na zrychlení proudu za vrtulí.

Základní charakteristiky vrtule

Základní charakteristiky vrtule jsou stoupání, průměr, úhel náběhu listů (obr.28)
Obr.28
Obr.28


Vliv vrtule na chování letounu

Vliv vrtule na obtékání letounu

Vrtule umístěná vpředu na trupu zvyšuje odpor - trup se nalézá v oblasti zvýšené rychlosti za vrtulí a turbulence vrtulového proudu způsobuje dřívější přechod laminární mezní vrstvy do turbulentní. Šroubovité stočení vrtulového proudu způsobuje nesymetrické obtékání kořenů křídla, které může ovlivnit letoun při přetažení nebo způsobit malý klopivý moment. Větší moment, tentokrát zatáčivý, může být způsoben šikmým ofukováním svislých ocasních ploch ve vrtulovém proudu. Stočení proudu ovšem závisí na režimu letu, při kterém vrtule pracuje. Největší je při malé rychlosti a při plném plynu.
Obr.30
Obr.30

Reakční moment vrtule

Vrtule je poháněna motorem, který je pevně vestavěn v letounu. Moment, kterým motor otáčí vrtulí, přenáší se na letoun jako klopivý moment a nazývá se reakční moment vrtule. Otáčí-li motor vrtulí vpravo (při pohledu na vrtuli zezadu od trupu), vzniká moment, snaží se naklonit letoun levým křídlem dolů. Pro otáčení nalevo je to opačně. Korekce se provádí nepatrným vychýlením křidélek - pomocí křidélkového trimu.

Gyroskopické působení vrtulí

Vrtule působí na letoun jako setrvačník. Otáčí-li se letou okolo nějaké osy (jiné než je osa otáčení vrtule), vznikne gyroskopický moment, snažící se otočit vrtulí (setrvačníkem) a tím i letounem. Smysl otáčení je takový, jakoby se osa otáčení vrtule chtěla dostat k ose otáčení letounu - v našem případě klopení (obr.31). Následkem je pak zatáčení.
Obr.31
Obr.31