Veranderbare steekhoekskroef
'n Veranderbare steekhoekskroef word in lugvaartkunde gebruik en is 'n skroef waarvan die blaaie geroteer kan word om die langas om die steekhoek te verander. 'n Beheerbare steekhoekskroef is die tipe waar die steekhoek deur die vlieënier verander kan word. 'n Konstantespoedskroef is die tipe waar die vlieënier die verlangde enjinspoed (omwentelinge per minuut) stel en die steekhoek word outomaties beheer sonder enige hulp van die vlieënier sodat die omwentelingspoed dieselfde bly. Die toestel wat die steekhoek beheer, en dus ook die spoed, word 'n reëlaar genoem; soms ook die konstantespoedeenheid.
Skroewe waarvan die blaaie 'n negatiewe hoek kan aanneem (omkeerbare-steekhoekskroef) word gebruik om stukragomkering te bewerkstellig om vliegtuie te help rem of selfs tru te laat gaan sonder om die enjin in die teenoorgestelde rigting te laat draai.
Sommige vliegtuie het skroewe waarvan die steekhoek slegs verander kan word deur 'n kundige persoon wanneer dit op die grond is, tipies ligte vliegtuie. Hulle word nie as 'n veranderbare steekhoekskroef beskou nie.
Doel
[wysig | wysig bron]Wanneer 'n vliegtuig stilstaan met die skroef wat draai (in kalm lug), is die relatiewe windvektor vir elke skroefblad van die kant af. Soos die vliegtuig egter vorentoe begin beweeg, kom die relatiewe windvektor toenemend van voor af. Die steekhoek moet verhoog word om die optimale aanvalshoek tot die relatiewe wind te handhaaf.
Die eerste skroewe het net 'n vaste steekhoek gehad, maar hulle was nie doeltreffend oor 'n reeks toestande nie. As die steekhoek gestel is om goeie opstyg- en klimvermoë te gee, sal die skroef ondoeltreffend wees in kruisvlug omdat die skroefblad teen 'n te lae steekhoek sal wees. Daarteenoor kan 'n skroef, ingestel vir goeie vaartverrigting teen lae snelhede, stol omdat die steekhoek te hoog is.
'n Skroef met veranderbare bladhoeke is meer effektief oor 'n reeks toestande. 'n Skroef met 'n veranderbare steekhoek kan 'n bykans konstante effektiwiteit oor 'n reeks lugsnelhede handhaaf.[1] 'n Klein steekhoek vereis minder wringkrag, maar die hoogste aantal omwentelinge per minuut omrede dit baie min lug met elke omwenteling beweeg. Dit is soortgelyk aan 'n motor wat in eerste rat beweeg. Wanneer die motoris sy verlangde snelheid bereik het, sal hy die enjin se omwentelinge laat afneem deur dit na 'n hoër rat te laat skakel terwyl genoeg krag beskikbaar is om dit aanhou te laat beweeg. 'n Vliegtuig doen dieselfde deur die steekhoek van die skroef na grof te laat verander. Dit beteken dat die skroef meer lug beweeg per omwenteling terwyl die enjin stadiger loop om die verlangde volume lug benodig te beweeg, terwyl die snelheid van die vliegtuig konstant gehou word.
'n Ander gebruik van veranderbare steekhoekskroewe is om dit in die faanposisie te plaas om weerstand te verminder. Dit beteken dat die voorkant van die skroefblaaie reg na voor wys, dus 'n neutrale posisie. In 'n multi-enjin vliegtuig, word 'n enjin in die faanposisie geplaas wanneer dit faal om weerstand te verminder en aanhou te kan vlieg met die ander enjin. In 'n eenmotorige vliegtuig word die enjin in die faanposisie geplaas wanneer dit faal om weerstand te verminder om sodoende die afstand wat dit te kan sweef te vermeerder. Die vlieënier het dan meer opsies om 'n landingsplek te soek vir 'n noodlanding.
Meganismes
[wysig | wysig bron]
Daar word drie metodes gebruik om 'n skroef se steekhoek te verander: oliedruk, sentrifugale gewigte of elektromeganiese beheer.
Die enjin se oliedruk is die normale meganisme wat gebruik word in kommersiële vliegtuigskroewe, asook die Continental- en Lycoming-enjins wat in ligte vliegtuie gemonteer word. In vliegtuie sonder 'n konstante spoedeenheid beheer die vlieënier die steekhoek deur middel van die oliedruk.
Alternatiewelik, of ook addisioneel, kan sentrifugale gewigte direk aan die skroef gekoppel word soos in die Yakovlev Yak-52. Die eerste pogings om konstantespoedskroewe te maak, was teengewigskroewe genoem en was aangedryf deur meganismes wat deur die sentrifugale krag aangedryf word. Hulle werk net soos die sentrifugale reëlaar wat James Watt gebruik het om die spoed van sy stoomenjins te beheer. Eksentriese gewigte was aan of naby die skroefnaafdop geheg en deur 'n veer in posisie gehou. Wanneer die skroef 'n sekere aantal omwentelinge bereik het, veroorsaak die sentrifugale krag dat die gewigte na buite uitswaai wat 'n meganisme sal buig om die skroef se steekhoek growwer te maak. Wanneer die skroef stadiger draai, sal die sentrifugale krag afneem en die veer trek die gewigte terug wat weer die skroef se steekhoek verander na fyn.
Klein, moderne enjins toegerus met 'n konstantespoedeenheid, soos die Rotax 912, mag die konvensionele hidroliese metode of die elektriese steekhoekmeganisme gebruik. Hidroliese meganismes kan dalk te duur en te groot vir mikroligtevliegtuie wees. Hulle sou eerder meganismes gebruik wat meganies of elektries geaktiveer word.
Konstantespoedskroewe
[wysig | wysig bron]
'n Konstantespoedskroef is 'n veranderbare steekhoekskroef wat outomaties die steekhoek verander om sodoende 'n verkose omwentelingspoed te handhaaf, ongeag die operasionele toestand van die vliegtuig. Dit word gedoen deur 'n konstantespoedeenheid (KSE) of skroefreëlaar te gebruik wat die skroef se steekhoek outomaties sal verander.
Die meeste enjins produseer maksimumkrag in 'n nouspoedband. Die konstantespoedeenheid verseker dat die enjin in die reeks omwentelinge werk waar dit die ekonomieste is, ongeag of dit opstyg of in vlug is. Die konstantespoedeenheid doen dieselfde vir 'n vliegtuig as wat die outomatiese ratkas vir 'n motor doen: die enjin loop altyd teen sy optimale spoed, ongeag die snelheid van die vliegtuig tydens sy vlug. Die konstantespoedeenheid laat ook die enjinontwerpers toe om die ontstekingstelsel eenvoudig te hou: die outomatiese vonkaanjaer soos gesien in motorvoertuigenjins word nou vereenvoudig omrede die enjin altyd teen ongeveer dieselfde omwentelinge loop.
Feitlik alle hoëwerkverrigting skroefaangedrewe vliegtuie is toegerus met konstantespoedeenheidskroewe omrede dit die brandstofdoeltreffenheid en werkverrigting aansienlik verbeter, veral op hoë hoogtes.
Die eerste pogings tot konstantespoedskroewe is teengewigskroewe genoem, wat aangedryf is deur meganismes wat op middelpuntvliedende krag werk. Hul werking is identies aan die sentrifugale reëlaar wat James Watt gebruik om die spoed van stoomenjins te beheer. Eksentriese gewigte was aan of naby die skroefnaafdop geheg en in posisie deur 'n veer gehou. Wanneer die skroef 'n sekere aantal omwentelinge bereik het, veroorsaak die sentrifugale krag dat die gewigte na buite uitswaai wat 'n meganisme sal buig om die skroef se steekhoek growwer te maak. Wanneer die skroef stadiger draai sal die sentrifugale krag afneem en die veer trek die gewigte terug wat weer die skroef se steekhoek verander na fyn.
Die meeste konstantespoedeenhede gebruik oliedruk om die steekhoek te beheer. By enkelenjinvliegtuie word oliedruk gebruik om die steekhoek te vergroot, dus growwer te stel. Indien die konstantespoedeenheid faal, sal die skroef outomaties herstel na 'n fyn steekhoek sodat die vliegtuig steeds teen laer snelhede kan vlieg. Daarteenoor sal die konstantespoedeenheid, by 'n multi-enjinvliegtuig, die oliedruk gebruik om die steekhoek te verminder. Sodoende, indien die konstantespoedeenheid faal, sal die skroef outomaties na die faanposie terugkeer om weerstand te verminder, terwyl die vliegtuig voortvlieg met die werkbare enjin.[2]'n Hidrouliese akkumulator sal die skroef toelaat om die fyn steekhoek te bereik vir 'n invlug-heraanskakeling van die enjin.
Die werking van 'n wisselwerkende enkelenjin vliegtuig is as volg: Die olie word deur die skroefskag gepomp deur die reělaar om 'n suier te stoot wat die meganisme om die steekhoek te verander, aan te dryf. Die vloei van die olie en die steekhoek word beheer deur die reělaar wat bestaan uit 'n rattipe pomp met snelheidveer, vlieggewigte en 'n loodsklep. Die rattipe pomp gebruik enjinoliedruk en verander dit in 'n hoër druk wat op sy beurt in en uit die skroefnaaf beheer word deur die loodsklep. Die loosklep is op sy beurt verbins met die vlieggewigte en 'n snelheidsveer wat teen die vlieggewigte druk. Die spanning in die snelheidsveer word gestel deur die skroef beheerhefboom wat die opm bepaal. Die reělaar sal die opm instelling handhaaf totdat 'n enjinoorspoed- of onderspoedtoestand bestaan. Wanneer 'n enjinoorspoed toestand voorkom sal die skroef vinniger roteer as die verlangde opm instelling. Dit gebeur normaalweg as die vliegtuig begin daal en die lugsnelheid verhoog. Die vlieggewigte begin uitwaarts trek omrede die sentrifugale krag verhoog wat die snelheidsveer saampers wat op sy beurt olie in die naaf na die enjin druk om sodoende die enjin se opm te verminder en die steekhoek te vergroot. Wanneer 'n onderspoedtoestand voorspoed voorkom soos wanneer die vliegtuig klim en die lugsnelheid verminder gebeur die teenoorgestelde. Wanneer die lugsnelheid verminder roteer die skroef stadiger. Dit sal veroorsaak dat die vlieggewigte na binne beweeg omrede die sentrifugale krag afneem en die spanning op die snelheidsveer verminder wat olie uit die skroefnaaf sal druk, die steekhoek verander en die opm verhoog. Hierdie proses gebeur aanhoudend gedurende die vlug.
Vlieëniers benodig addisionele opleiding en in die meeste jurisdiksies moet hulle die opleiding amptelik afteken alvorens hulle vliegtuie mag vlieg wat toegerus is met 'n KSE. In Amerika laat hulle regulasies nie toe dat KSE's geïnstalleer word in ligte sport vliegtuie nie.
Geskiedenis
[wysig | wysig bron]
Van die eerste lugvaart pioneers, soos Alliott Verdon Roe en Louis Breguet, het skroewe gebruik wat verstel kon word terwyl die vliegtuig op die grond was.[3]Dit was ook die geval gedurende die Eerste Wêreldoorlog met slegs een model, die Zeppelin-Staaken R.VI., 'n vier motorige swaarbomwerper.[4]
In 1919 het L.E. Baynes die eerste outomatiese veranderbare steekhoekskroef gepatenteer. Wallace Rupert Turnbull van Saint John, New Brunswick, Kanada word in Kanada gekrediteer as die eerste persoon wat 'n veranderbare steekhoekskroef gebou het in 1918.[5]
Die Franse lugvaartmaatskappy Levasseur het 'n veranderbare steekhoekskroef op die 1921 Lugskou in Parys ten toon gestel. Die firma het beweer dat die Franse regering die toestel in 'n lopie van tien uur getoets het en dat dit van steekhoek teen enige enjin opm kon verander. [6]
Dr. Henry Selby Hele-Shaw en T.E. Beacham het 'n hidroliese aangedrewe veranderbare steekhoekskroef (gebaseer op 'n veranderlike suier pomp) in 1924 gepatenteer en 'n aanbieding oor die onderwerp gedoen aan die Royal Aeronautical Society wat dit met dit skeptisisme oor die nut daarvan beskou het.[7]Die skroef was ontwikkel saam met die Gloster Aircraft Company as die Gloster Hele-Shaw Beacham veranderbare steekhoekskroef en was gedemonstreer op 'n Gloster Grebe waar dit gebruik was om 'n feitlik konstante opm te handhaaf.[8]
Die Franse firma, Ratier, het veranderbare steekhoekskroewe met verskeie ontwerpe vanaf 1928 vervaardig; die ontwerp het gerugsteun op 'n spesiale rollaer skroefvormige (helikoïed) skuinste aan die beginpunt van die skroefblaaie vir maklike gebruik. Walter S. Hoover se patent[9] vir 'n veranderbare steekhoekskroef was ingedoen in die V.S.A. se patente kantoor in in 1934.
Verskeie ontwerpe was beproef, insluitend 'n ontwerp waar 'n klein lugsak, gevul met lug onder druk, in die skroefnaaf wat die nodige krag verskaf om 'n veer te weerstaan wat die lemme van fyn steek (opstyg) na growwe steek sou dryf (kruisspoed). Teen 'n geskikte lugspoed sal 'n skyf aan die voorkant van die naaf voldoende op die blaas se lugvrylaatklep druk om die druk te verlig en die veer toe te laat om die skroef tot growwe steekhoek te verander. Hierdie lugsak skroewe was geinstalleer in die de Havilland DH.88 Comet-vliegtuig, wenner van die beroemde langafstand 1934 MacRobertson-lugwedren, en ook in die Caudron C.460, wenner van die VSA se 1936 Nasionale Lugwedrenne; die vlieënier was Michel Détroyat van Frankryk. Die gebruik van die lugsak skroewe het vereis dat die skroef eers vooraf na fyn gestel moet word voordat daar opgestyg is. Dit was gedoen deur die lugsak op te pomp met 'n fiets pomp - wat aanleiding in Frankryk gegee het dat na alle vliegtuig grondwerktuigkundiges verwys word as Gonfleurs d'hélices (skroef oppomp seuns).[10]
'n Gloster Hele-Shaw hidroliese skroef was vertoon tydens op die 1929 Internasionale Lugskou by Olympia, Londen. Tom Hamilton, 'n Amerikaner van die Hamilton Aero Manufacturing Company, het dit gesien en toe hy tuis was, dit daar gepatenteer.[11] Die ingenieur, Frank W. Caldwell, as deel van die Hamilton Standard Divisie van die United Aircraft Company, het 'n hidroliese ontwerp ontwikkel wat gelei het tot die toekenning van die Collier-trofee in 1933.[12]Die maatskappy, de Havilland, het daarna die regte om die Hamiltonskroewe, in die Verenigde Koninkryk te vervaardig, gekoop. Rolls-Royce en Bristol Engines het die Britse Maatskappy Rotol in 1937 gestig om hulle eie ontwerpe te vervaardig. Die Franse maatskappy Pierre Levasseur en Smith Engineering Co. het in die V.S.A. veranderbare steekhoekskroewe ontwikkel. Wiley Post (1898–1935) het Smith-skroewe op sommige van sy vlugte gebruik.
Wallace Turnbull het nog 'n elektries aangedrewe meganisme ontwikkel en dit was verfyn deur die Curtiss-Wright Korporasie.[13] Hierdie stelsel was vir die eerste keer getoets op 6 Junie 1927 te Camp Borden, Ontario, Kanada en 'n patent (met nommer 1828348) was ontvang in 1929. Sommige vlieëniers van die Tweede Wêreldoorlog het die ontwerp verkies omrede die skroef steeds in die faanposisie gestel kon word al was die enjin buite werking. Met hidroliese aangedrewe veranderbare skroewe moes die verandering na die faanposisie plaasvind voor die hidroliese druk in die enjin afneem behalwe as 'n spesiaal elektriese aangedrewe faanverstelling meganisme geinstalleer was om die nodige druk te verskaf om die verandering na die faanposisie te maak.
Sien ook
[wysig | wysig bron]Verwysings
[wysig | wysig bron]- ↑ Lutze (5 Mei 2011). "Level flight performance" (PDF). The Department of Aerospace and Ocean Engineering, Virginia Tech. p. 8. Geargiveer vanaf die oorspronklike (PDF) op 20 Julie 2011. Besoek op 6 Januarie 2011.
- ↑ https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/airplane_handbook/media/14_afh_ch12.pdf Pg 12-4
- ↑ "Aeroplane propellers", Flight, 9 January 1909, http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1909/1909%20-%200021.html
- ↑ Haddow, G.W.; Grosz, Peter (1988). The German Giants – The German R-Planes 1914-1918 (3rd uitg.). London: Putnam & Company Ltd. pp. 242–259. ISBN 0-85177-812-7.
- ↑ "History: October 16 Birth of the Canadian who revolutionized aviation". 16 Oktober 2015.
- ↑ "Pierre Levasseur", Flight: p. 761, November 17, 1921, http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1921/1921%20-%200761.html, besoek op 2012-09-09
- ↑ "Aircraft gear box", Flight: p. 86, August 14, 1941, http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1941/1941%20-%201824.html, besoek op 2012-09-09
- ↑ "The Gloster Hele-Shaw Beacham Variable Pitch Propeller", Flight: pp. 14–15, October 11, 1928, http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1928/1928%20-%200952.html, besoek op 2012-09-09
- ↑ https://patents.google.com/patent/US2184143A/en
- ↑ Decombeix, PM. "La Maison Ratier : les hélices Ratier métalliques." www.ratier.org. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 12 November 2017. Besoek op 4 April 2018.
- ↑ James, Derek N.; Gloster Aircraft Since 1917, Putnam, 1971, Pages 17-8.
- ↑ "Aeronautics: Award No. 3", Time, June 4, 1934, http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,754215,00.html?promoid=googlep, besoek op 2012-09-09
- ↑ "The Turnbull Variable Pitch Propeller", Flight: pp. 419–420, May 13, 1932, http://www.flightglobal.com/pdfarchive/view/1932/1932%20-%200451.html?search=%20turnbull%20propellor, besoek op 2013-03-05