V letectví , je vrtule je druh antény vrtule , která otáčí díky otočného pohybu udělovaného přímo nebo nepřímo motorem , a které tím, že šroubování sebe do masy vzduchu, který se nachází před ní, vytváří sílu, která zajišťuje pohon z vzduch. “ letadlo vpřed. Obecně obsahuje alespoň dvě lopatky, které mají, podobně jako křídla , aerodynamický profil .
Otáčení vrtule působí na množství vzduchu, které jím prochází, a je vrháno velkou rychlostí dozadu. Podle principu zachování hybnosti se na vrtuli aplikuje reakční síla (tzv. Trakce), která pohání letadlo dopředu.
Vrtule pohon byl poprvé použit v letectví a je ještě přednostně používá pro letouny pohybující se v nízkých a středních rychlostech v podzvukovou doméně .
Vrtule se objevil v XIX th století jako letadlo pohonných prostředků. Poté se představila jako spojka rotujících lopatek. Prvním přesvědčivým úspěchem byly redukované modely poháněné „gumičkovými motory“. Ale především díky vzhledu parního stroje se měl stát ideálním pohonem pro rodící se aeronautiku. Aeolus z Clément Ader byl skutečně vybaven jednou nebo dvěma čtyřlistými vrtulemi, jejichž čepele byly jako peří exotických ptáků. Následně, díky vzhledu spalovacího motoru, byly vrtule vyrobeny ze dřeva.
V počátcích letectví byla vrtule, stejně jako u lodních vrtulí , považována za šroub zašroubovaný do vzduchu: zvláště nám šlo o spodní povrch lopatek, o kterém se předpokládalo, že vytváří přetlak, který je podstatný pro tah. Z tohoto důvodu měly tyto rané vrtule velmi špatný výkon. Jak se zvyšoval výkon motoru, ve 20. letech 20. století se objevily kovové vrtule. Byly vyrobeny z duralu a původně to byla jednoduchá zkroucená prkna.
Do té doby byly vrtule pevné stoupání (pevné stoupání). Tyto jednoduché, lehké a levné vrtule umožnily rozvoj letectví, ale měly nevýhody. Zejména rychlost letounu se liší podle fáze letu: vzletu, stoupání nebo vodorovného letu. Výskyt lopatek produkujících vztlak je úzce spojen s rychlostí letadla. Letoun vybavený vrtulí s nízkým sklonem byl tedy vhodný pro úspěšný vzlet, ale byl penalizován za maximální rychlost. Na druhé straně rychlostní roviny Schneiderova poháru představovaly vysoké vrtule. Byly navrženy tak, aby poskytovaly nejlepší výkon při vysoké rychlosti, ale byly postiženy během fází vzletu a stoupání. Pro přizpůsobení vrtule letovým podmínkám se proto zdá nutné upravit nastavení vrtule za letu. Přidání takového mechanismu způsobilo, že vrtule byly složitější, těžší a dražší. Avšak výhody propulzní účinnosti v různých fázích letu měly způsobit jejich široké přijetí. V souvislosti s adaptací motoru / vrtule byl vyvinut automatický systém řízení sklonu vrtule, který udržuje konstantní rychlost otáčení.
Jak výkon motorů stále rostl, musely být navrženy stále výkonnější vrtule. K dosažení tohoto cíle existuje několik možností:
V souvislosti se zvětšením průměru vrtulí se v 80. letech objevily nové takzvané rychlé vrtule, které se vyznačují lopatkami „ scimitar “. to znamená, že jejich konce jsou zakřivené, takže náběžná hrana představuje rostoucí průhyb, jak se tangenciální rychlost zvyšuje s poloměrem.
Kvůli tomuto omezení vrtule na podzvukovou rychlost se dlouho věřilo, že je zastaralé pro moderní proudová dopravní letadla. Jeho návrat však ohlašuje koncept General Electric „ UnDucted Fan “ z 80. let. Od objevení se proudového motoru během druhé světové války byly zisky v rychlosti letadel vyrovnány podstatným zvýšením jejich spotřeba paliva. Abychom tuto nevýhodu překonali, vynalezli jsme dvouproudový reaktor : první proud vzduchu prochází spalovacími komorami, aby byl vyhozen turbínou, zatímco druhý proud vzduchu je jednoduše zrychlen dmychadlem ( ventilátorem ). Poměr mezi dvěma hmotnostními toky se nazývá rychlost ředění. Konstruktéři těchto motorů rychle zjistili, že palivová účinnost byla tím vyšší, čím vyšší byla rychlost ředění. Viděli jsme tedy vzhled obtokových reaktorů se stále většími dmychadly, přičemž uvedená dmychadla jsou pouze potrubní vrtule. Jak název napovídá, koncept „ UnDucted Fan “ zahrnuje odstranění kapotáže z vrtulí, aby se zvětšil jejich průměr. Tento koncept nyní přebírá projekt Safran „ Open Rotor “ , který představuje dvojici vysokorychlostních protiběžných vrtulí poháněných turbínami v proudu reaktoru. Konstruktér oznamuje očekávaný nárůst specifické spotřeby kolem 30% ve srovnání se současnými reaktory. Není to nic jiného než návrat ke staré dobré rekvizitě v modernizované podobě.
Pohonný výkon dodávaný vrtulí je řádově 75 až 85% výkonu dodávaného motorem; tato hodnota může u protiběžných vrtulí dosáhnout až 90% .
Stoupání vrtule je relativní vzdálenost uražená v překladu vzhledem ke vzduchu. Jeden rozlišuje krok geometrický a krok efektivní:
V závislosti na jeho použití je pro optimální provoz při dané rychlosti zvolen sklon pevné vrtule:
Sklon vrtule je určen úhlovým nastavením profilu . Místní nastavení se snižuje se vzdáleností od středu ( zkroucení kotouče), protože se zvyšuje místní rychlost kotouče. Akord a profil obecně měnit podél čepele: na ohybové síly vést k silnější lopatek u kořene , než na konci. Vysoká rychlost na konci čepele vede k tenčím profilům, vhodnějším pro vysoké Machy .
U některých vrtulí je rozteč lopatek proměnlivá a lze ji upravit na zemi tak, aby se dosáhlo menší nebo větší rozteče v závislosti na požadovaném použití. To je případ většiny ULM .
Vrtule s „proměnným sklonem“ má mechanismus pro nastavení sklonu za letu změnou úhlu sklonu lopatek. Optimalizuje jak trakci při nízké rychlosti (malý krok), tak výkon při cestovní rychlosti (velký krok). Obecně platí, že pilot řídí dané otáčky motoru a regulační mechanismus přizpůsobuje stoupání vrtule podle výkonu motoru a rychlosti vzduchu tak, aby udržoval konstantní rychlost, proto anglický název „ konstantní rychlost“. “Pro proměnnou výšku vrtule.
Lze nasadit některé vrtule:
První systémy, které se objevily, byly v manuálním režimu , takže pilot mohl přímo upravovat rozteč lopatek ovládáním ovládacích prvků PP a GP. V automatickém režimu je to regulátor rychlosti (spojený s ovládáním škrticí klapky nebo se zvýšením otáček motoru), který upravuje nastavení lopatky, pilot požadující danou rychlost otáčení (vrtule při konstantní rychlosti) nebo praporování.
Právě tento model inspiroval Marcela Dassulta , Hélice Éclair .
Jedním z průkopníků vrtule s proměnným sklonem byla francouzská firma Ratier, která ve 30. letech vyráběla a zdokonalovala vrtule s proměnlivým sklonem. Jeden z prvních modelů fungoval úplně nebo vůbec s malým nastavením stoupání pro vzlet a pohyblivou deskou v kuželové kapotáži - neboli „pánvi“ - vrtule. Tlak relativního větru na tuto náhorní plošinu uvolnil z dané rychlosti ráčnu a vypustil gumový měchýř blokující systém pružin, které procházely kolem vrtule ve vysokém stoupání. Tato změna tempa však byla jednostranná: nebylo pochyb o návratu k malým krokům, aby se znovu zahájilo zmeškané přistání.
Velmi oblíbený u účastníků leteckých závodů umožnil Caudronu Rafale pilotovanému Detroyatem porazit mnohem silnější americká letadla ( 1 000 hp proti Caudronovým 350) během prudce napadených závodů National Air v roce 1936. nebo dát De Haviland 88 Grosvenor House ( koncepční předek slavného Mosquita ) rozhodující výhoda, vítěz poháru Mac Robertson, nájezd na dlouhé vzdálenosti mezi Londýnem a Melbourne . Jeho pneumatický systém však musel být uveden zpět do činnosti před každým vzletem pomocí .... cyklistické pumpy, která leteckému mechanikovi vynesla vtipnou přezdívku „vrtule“.
Vylepšení následně umožnila používat elektrické nebo hydraulické pohony a nastavit sklon vrtule v maximální možné míře automaticky, bez zásahu pilota (americké vrtule Curtiss electric nebo Hamilton Hydramatic) a samozřejmě možnost přepnout zpět na poptávka od velkých po malé, letecký ekvivalent automobilové automatické převodovky.
O vrtule se říká, že je tažná nebo hnací podle toho, zda je umístěna před nebo za vozidlem, takže říkáme, že ji „táhne“ nebo „tlačí“. Drtivá většina letounů má jednu nebo více tažných vrtulí, které obecně vykazují lepší propulzní účinnost, přičemž vrtule pracuje v homogenní masě vzduchu, nerušený brázdy trupu a křídel, jako jsou vrtule pohonu; velmi málo z nich je tlačné vrtule (první letadlo, jako je Wright Flyer , na sousední III , v Royal Aircraft Factory FE8 Convair B-36 , Piaggio Avanti, na kachny letadel z Burt Rutan ). Některá letadla používají vrtule v tandemové nebo push-pull konfiguraci , tj. Jeden pohon a druhý pohon ( Dornier X , Dornier Do 335 , Cessna 337 Push-pull , Rutan Defiant , Fokker D.XXIII ). Mnoho ULM je v pohonné konfiguraci.
Poznámka: Pohon a pohon označují stejnou fyzickou realitu, pohon.
V raných fázích válečného letectví vyžadovalo společné použití kulometu a pohonného systému na stíhacích letadlech umístění zbraně mimo disk popsaný vrtulí (většinu času na horních křídlech dvojplošníků), aby se zabránilo jejich zničení od projektilů . To mělo tu nevýhodu, že pilot musel brát v úvahu paralaxu mezi jeho pohledem ( přímá viditelnost ) a duší hlavně zbraně. Je to letec Roland Garros, kdo vyvine první vychylovací zařízení namontované na lopatkách, čímž ochrání vrtulové listy. Následně Holanďan Anthony Fokker vylepšil systém vytvořením systému synchronizace ohně s úhlovou polohou vrtule. Později některá letadla jako Morane-Saulnier MS.406 nebo Dewoitine D.520 dostanou 20 mm kanón Hispano Suiza střílející nábojem vrtule, ale i přes jeho velkou účinnost zůstalo toto uspořádání okrajové kvůli nepřístupnému umístění zbraně ( umístěný mezi 2 řadami válců motoru V12 ) a nízkou kapacitu munice omezenou dostupným objemem.
Nože, které tvoří hlavní rotor a vrtulníků jsou velmi velké a jejich počet se liší v závislosti na hmotnosti a rychlosti vozidla.
Některé typy lodí jsou vybaveny jednou (nebo více) vrtulemi. To platí zejména pro křídlové lodě a vznášedla . V prvním případě se jedná o plavidla schopná plavby v mělkých vodách, v bažinatých oblastech nebo přetížená vegetací, která by rychle zablokovala nebo zničila (ponořené kmeny stromů) tradiční lodní vrtuli . V druhém případě se jedná o vozidla pohybující se na vzduchovém polštáři , jehož žádná část není ponořena: ani trup , vrtule, ani kormidlo . To jim umožňuje dosáhnout rychlosti nedosažitelné pro tradiční loď.