Un propulsor es esencialmente un tipo de ventilador que transmita energía convirtiendo el movimiento rotatorio en el empuje para la propulsión de un vehículo tal como un avión, la nave, o el submarino a través de un líquido tal como agua o el aire, por dos giratorios o más láminas twisted sobre un eje central, de una forma análogo a girar un tornillo a través de un sólido. Las láminas de un propulsor actúan como girando el se va volando (las láminas de un propulsor son de hecho las alas o las superficies de sustentación ), y fuerza del producto con el uso del principio de Bernoulli y ley de Newton de la tercera, generando una diferencia en la presión entre las superficies delanteras y posteriores de la superficie de sustentación - las láminas shaped y acelerando una masa del aire hacia atrás.
Historia
El principio empleado al usar un propulsor de tornillo se utiliza en el Sculling . Es parte de la habilidad de propulsar una góndola veneciana pero fue utilizado de una manera menos de Europa y probablemente a otra parte refinada en otras piezas. Por ejemplo, propulsando una canoa canadiense con una sola paleta usar un " j-stroke" implica una técnica relacionada pero no idéntica. En China, el sculling, llamado " lu", también fue utilizado por el ANUNCIO del siglo III.
En sculling, una sola lámina se mueve a través de un arco, de lado a lado tomando cuidado para guardar el presentar de la lámina al agua al ángulo eficaz. La innovación introducida con el propulsor de tornillo era la extensión de ese arco con más que 360° atando la lámina a un eje de rotación. En la práctica, tiene que haber más de una lámina para balancear las fuerzas implicadas. La excepción es el sistema monopala del propulsor .
El origen del propulsor de tornillo real comienza, en el oeste, con el Archimedes, que utilizó un tornillo para levantar el agua para la irrigación y los barcos el afianzar, tan famoso que se conocía como el tornillo de Archimedes. Era probablemente un uso del movimiento espiral en espacio (los espirales eran un estudio especial Archimedes ) a un water-wheel dividido en segmentos hueco usado para la irrigación por los egipcios por siglos. Leonardo Da Vinci adoptó el principio para conducir su helicóptero teórico, bosquejos cuyo estuvo implicado gastos indirectos grandes del tornillo de la lona. Paucton propuso a girocóptero-como los aviones usar los tornillos similares para la elevación y la propulsión. En el tiempo casi igual, vatio de James propuesto usar los tornillos para propulsar los barcos, aunque él no los utilizara para sus motores de vapor. Ésta no era su propia invención, aunque; Toogood y el heno la habían patentado un siglo anterior, y se había convertido en un uso infrecuente como medio para los barcos que propulsaban desde entonces.
Los propulsores seguían extremadamente ineficaces y pequeño-utilizados hasta 1835, cuando Francisco Pettit Smith descubierto, puramente accidentalmente, una nueva manera de construir los propulsores. Hasta ese tiempo, los propulsores eran literalmente tornillos, de la considerable longitud. Pero durante la prueba de un barco propulsado por uno, el tornillo se encajó a presión apagado, dejando un fragmento formado como un propulsor moderno del barco. El barco se movió más rápidamente con el propulsor quebrado.
En el tiempo casi igual, el Frédéric Sauvage y el Juan Ericsson solicitaron patentes en vago similar, aunque los propulsores de tornillo acortados menos eficientes, llevando a una controversia evidente-permanente en cuanto a quién es el inventor oficial entre esos tres hombres.
El primer propulsor de tornillo que se accionará por un motor de gasolina, cabido a un bote pequeño (ahora conocido como Powerboat ) fue instalado por el Frederick Lanchester, también de Birmingham. Esto fue probada en el Oxford . El primer uso “del mundo real” de un propulsor estaba por el reino Brunel de Isambard, que lo utilizó en vez de las ruedas de paleta para accionar el SS Gran Bretaña .
La forma twisted de la superficie de sustentación (perfil aerodinámico) de los propulsores modernos de los aviones fue iniciada por los hermanos de Wright cuando encontraron que todo el conocimiento existente en los propulsores (sobre todo navales) fue determinado por de ensayo y error y que nadie sabía exactamente trabajaron. Encontraron que un propulsor es esencialmente igual que un ala y podía tan utilizar los datos compaginados de sus experimentos anteriores del túnel de viento en las alas. También encontraron que el ángulo de ataque relativo de la carrera útil de los aviones era diferente para todos los puntos a lo largo de la longitud de la lámina, así era necesario introducir una torcedura a lo largo de su longitud. Sus láminas de propulsor originales son los solamente cerca de 5% menos eficientes que el equivalente moderno, unos 100 años más tarde.
Alberto Santos Dumont era otro pionero temprano, diseñando los propulsores antes de los hermanos de Wright (no obstante no como eficiente) para sus dirigibles. Él aplicó el conocimiento que él ganó de experiencias con los dirigibles para hacer un propulsor con un eje de acero y las láminas del aluminio para su biplano del bis 14. Algunos de sus diseños utilizaron una hoja de aluminio doblada para las láminas, así creando una forma de la superficie de sustentación. Éstos undercambered pesadamente debido a esto y combinado con la carencia de una torcedura longitudinal los hizo menos eficientes que los propulsores de Wright. Sin embargo, éste era quizás el primer uso del aluminio en la construcción de una hélice.
Aviación
Propulsores de los aviones (hélices)
La eficacia de un propulsor es determinada por = \ frac del . Un propulsor bien diseñado tiene típicamente una eficacia de el alrededor 80% al funcionar en el mejor régimen. Los cambios a la eficacia de un propulsor son producidos por un número de factores, notablemente ajustes en el ángulo de la hélice (θ), el ángulo entre la velocidad relativa resultante y la dirección de la rotación de la lámina, y en la echada de la lámina (donde θ = Φ + α). Los ángulos muy pequeños de la echada y de hélice dan un buen funcionamiento contra resistencia pero proporcionan poco empujada, mientras que ángulos más grandes tienen el efecto opuesto. El mejor ángulo de hélice es cuando la lámina está actuando como ala produciendo mucho más elevación que la fricción.Los propulsores son similares en la sección de perfil aerodinámico a un ala baja de la fricción y pues tal es en funcionamiento pobre cuando en con excepción de su ángulo de ataque óptimo . Los sistemas de control se requieren para contradecir la necesidad de emparejar exacto de la echada a la velocidad del vuelo y a la velocidad del motor. El propósito de variar ángulo de echada con un propulsor de echada variable es mantener un ángulo de ataque óptimo (elevación máxima para arrastrar cociente) en las láminas de propulsor pues la velocidad de los aviones varía. Los ajustes tempranos del control de echada eran piloto funcionado, de dos posiciones o manualmente variable. Propulsores posteriores, automáticos fueron desarrollados para mantener un ángulo de ataque óptimo. Hicieron esto balanceando el momento que torcía centrípeto en las láminas y un sistema de contrapesos contra un resorte y las fuerzas aerodinámicas en la lámina. Los apoyos automáticos tenían la ventaja de ser simples y de no requerir ninguÌn control externo, pero el funcionamiento de un propulsor particular era difícil de emparejar con el de la central eléctrica del avión. Una mejora en el automático era el propulsor de velocidad constante . Los propulsores de velocidad constante permiten que el piloto seleccione una velocidad rotatoria para la energía del motor o la eficacia máxima del máximo, y un gobernador del propulsor actúa como un regulador a circuito cerrado para variar ángulo de echada de propulsor como sea necesario para mantener la RPM ordenó por el piloto. En la mayoría de los aviones este sistema es hidráulico, con la porción del aceite de motor como el líquido hidráulico. Sin embargo, los propulsores controlados fueron desarrollados eléctricamente durante la Segunda Guerra Mundial y vieron uso extenso en los aviones militares.
En alguÌn variable-echar los propulsores, las láminas pueden ser paralelas girado a la circulación de aire para reducir la fricción y para aumentar distancia de deslizamiento en caso de un fallo mecánico. Esto se llama el cambio de paso del . Los propulsores del cambio de paso fueron desarrollados para los aviones de combate militares antes de la Segunda Guerra Mundial, pues un combatiente es más probable experimentar un fallo mecánico debido al peligro inherente del combate. Los propulsores del cambio de paso se utilizan en los aviones del multi-motor y se significan para reducir la fricción en un motor fall. Cuando están utilizados en los planeadores accionados y los aviones accionados turbina monomotora aumentan la distancia de deslizamiento. La mayoría de los sistemas del cambio de paso para los motores de intercambio detectan una gota en la presión del aceite y mueven las láminas hacia la posición de la pluma, y requieren a piloto tirar del control del apoyo de nuevo al desembarazo alto-echan los pernos de parada antes de que el motor alcance el ocioso RPM . Los sistemas de control del turbohélice utilizan generalmente un sensor negativo del esfuerzo de torsión del en la caja de engranajes de la reducción que mueve las láminas hacia pluma cuando el motor está proporcionando no más energía al propulsor. Dependiendo de diseño, el piloto puede tener que empujar un botón para eliminar alto-echa paradas y termina el proceso del cambio de paso, o el proceso del cambio de paso puede ser total automático.
En un poco de aviones (e., el C-130 Hércules ), el piloto puede eliminar manualmente el mecanismo de la velocidad constante para invertir el ángulo de echada de lámina, y así el empuje del motor. Esto se utiliza para ayudar lento al plano abajo después de que aterrice para ahorrar desgaste en los frenos y los neumáticos, pero en algunos casos también permite que los aviones sostengan en sus los propios.
Otra consideración es el número y la forma de las láminas usadas. El aumento del cociente de aspecto de las láminas reduce la fricción pero la cantidad de empuje producida depende de área de la lámina, así que usar las altas láminas del aspecto puede llevar a la necesidad de un diámetro del propulsor que sea inutilizable. Otro equilibrio es ése usar un número más pequeño de láminas reduce efectos de interferencia entre las láminas, pero tener suficiente área de la lámina para transmitir la energía disponible dentro de medios de un diámetro del sistema un compromiso es necesario. El aumento del número de láminas también disminuye la cantidad de trabajo que cada lámina se requiere para realizarse, limitando el número de Mach local - un límite de funcionamiento significativo en los propulsores.
Uso contrarrotativo de los propulsores un segundo propulsor que gira en la dirección opuesta inmediatamente “rio abajo” del propulsor principal para recuperar energía perdiera en el movimiento que remolinaba del aire en la estela del propulsor. la Contra-rotación también aumenta energía sin diámetro cada vez mayor del propulsor y proporciona a opuestamente al efecto del esfuerzo de torsión del motor de pistón de alta potencia así como los efectos giroscópicos de la precedencia, y del remolino de la estela. No obstante en los pequeños aviones el coste, la complejidad, el peso y el ruido agregados del sistema raramente lo hacen de mérito.
El propulsor se ata generalmente al cigüeñal del motor, directo o a través de una caja de engranajes . Los aviones ligeros renuncian a veces el peso, la complejidad y el coste de engranaje pero en un poco de aviones más grandes y un poco de aviones del turbopropulsor es esencial.
El funcionamiento de un propulsor sufre mientras que la velocidad de la lámina excede la velocidad del sonido. Pues la velocidad de aire relativa en la lámina es velocidad de rotación más velocidad axial, un final de cuchilla de propulsor alcanzará velocidad acústica alguna vez antes del resto de los aviones (con una lámina teórica la velocidad máxima de los aviones es cerca de 845 kilómetros por hora (Mach 0.7) en el nivel del mar, en realidad que es algo más bajo). Cuando un final de cuchilla se convierte en el supersónico, aumento de la resistencia de la fricción y del esfuerzo de torsión repentinamente y forma de las ondas expansivas que crea un claro aumento en ruido. Los aviones con los propulsores convencionales, por lo tanto, no vuelan generalmente más rápidamente que el Mach 0. Hay ciertos aviones propulsor-conducidos, generalmente los militares, que funcionan en el Mach 0.8 o más alto, aunque haya descenso considerable apagado en eficacia.
Ha habido esfuerzos para desarrollar los propulsores para los aviones a las altas velocidades subsónicas. El “arreglo” es similar a el del diseño transónico del ala . La velocidad relativa máxima es mantenida tan baja como sea posible por el control cuidadoso de la echada permitir que las láminas tengan ángulos de hélice grandes; se utilizan las secciones finas de la lámina y las láminas se barren detrás en una forma del Scimitar (propulsor del Scimitar); una gran cantidad de láminas se utilizan para reducir el trabajo por la lámina y tan la fuerza de la circulación; se utiliza la contra-rotación. Los propulsores diseñados son más eficientes que los turboventiladores y su velocidad de crucero (Mach 0.85) es convenientes para los aviones de pasajeros, pero el ruido generado es enormes (véase el Antonov An-70 y el Tupolev Tu-95 por ejemplos de tal diseño).
Ventiladores de los aviones
Un ventilador es un propulsor con una gran cantidad de láminas. Un ventilador por lo tanto produce mucho empuje para un diámetro dado pero la proximidad de las láminas significa que cada uno afecta fuerte al flujo alrededor de los otros. Si el flujo es supersónico, esta interferencia puede ser beneficiosa si el flujo puede ser comprimido con una serie de ondas expansivas algo que una. Colocando el ventilador dentro de un &ndash shaped del conducto; un canalizó el &ndash del ventilador ; los patrones de flujo específicos se pueden crear dependiendo de velocidad del vuelo y de funcionamiento de motor. Pues el aire entra en el conducto, su velocidad se reduce y aumento de la presión y de la temperatura. Si el avión está a una alta velocidad subsónica éste crea el &ndash de dos ventajas; el aire entra en el ventilador a una velocidad más baja del Mach y la temperatura más alta aumenta la velocidad del sonido local. Mientras que hay una pérdida en eficacia pues el ventilador está dibujando en un área más pequeña de la corriente libre y tan usar menos aire, esto es balanceada por el ventilador canalizado que conserva eficacia a velocidades más altas donde estaría pobre la eficacia convencional del propulsor. Un ventilador o un propulsor canalizado también tiene ciertas ventajas a velocidades más bajas pero el conducto necesita ser formado de una diversa manera a una para un vuelo más alto de la velocidad. Se admite más aire y el ventilador por lo tanto funciona en una eficacia equivalente a un propulsor O.U-canalizado más grande. El ruido también es reducido por la canalización y debe una lámina se convierte separó el conducto contendría el daño. No obstante el conducto agrega el peso, el coste, la complejidad y (hasta cierto punto) la fricción.
El considera también el generador de viento de la hélice de .
Propulsores transversales del eje
La mayoría de los propulsores tienen su eje de la rotación paralelo al flujo flúido. Sin embargo ha habido algunas tentativas de accionar los vehículos con los mismos principios detrás de las turbinas de viento verticales del eje, donde está perpendicular la rotación al flujo flúido. La mayoría de las tentativas han sido fracasadas. Las láminas que pueden variar su ángulo de ataque durante la rotación tienen aerodinámica similar al vuelo del aleteo. El vuelo del aleteo es todavía mal entendido y utilizado casi nunca seriamente en dirigir debido a el acoplador fuerte de la elevación, del empuje y de las fuerzas de control.
El Fanwing es uno de los pocos tipos que ha volado realmente. Se aprovecha del borde de fuga/posterior de una superficie de sustentación para ayudar a animar la circulación necesaria para la elevación .
El propulsor de Voith-Schneider representado abajo es otro ejemplo acertado, funcionando en agua.
Marina
Un propulsor es el propulsor más común en las naves, impartiendo ímpetu a un líquido que haga una fuerza actuar en la nave.La eficacia ideal del de cualquier propulsor del tamaño es la de un disco del actuador en un líquido ideal. Un propulsor de marina real se compone de las secciones de las superficies helicoidales que actúan juntas “que atornillan” a través del agua (por lo tanto la referencia común a los propulsores de marina como " screws"). Tres, cuatro, o cinco láminas son las mas comunes de propulsores de marina, aunque los diseños que se piensan para funcionar en el ruido reducido tengan más láminas. Las láminas se atan a un jefe del, que debe ser tan pequeño como las necesidades de la fuerza permiten - con los propulsores de paso fijo las láminas y el jefe son generalmente un solo bastidor.
Hay también los propulsores de echada controlable (CPPs), donde las láminas pueden ser normal girado al eje impulsor por la maquinaria adicional en el eje y los acoplamientos de control que funcionan abajo del eje. Esto permite que la maquinaria de la impulsión funcione a una velocidad constante mientras que el cargamento del propulsor se cambia a las condiciones de funcionamiento del fósforo. También elimina la necesidad de una marcha atrás y permite un cambio más rápido al empuje, pues las revoluciones son constantes. Este tipo de propulsor es el más común en las naves tales como tirones donde puede haber diferencias enormes en el cargamento cuando el remolque comparó al funcionamiento libremente, un cambio del propulsor que podría hacer los propulsores convencionales trabarse para arriba mientras que se genera el esfuerzo de torsión escaso. La desventaja de un CPP es el eje grande que aumenta la ocasión de la cavitación y de la complejidad mecánica que limita energía de la transmisión.
Para los motores más pequeños hay propulsores del uno mismo-cabeceo. Las láminas se mueven libremente a través de un círculo entero en un eje perpendicularmente al eje. Esto permite hidrodinámico y las fuerzas centrífugas “fijan” el ángulo el alcance de las láminas y tan la echada del propulsor.
Un propulsor que da vuelta a la derecha para producir empuje delantero, cuando está visto de a popa, se llama derecho. Uno que da vuelta anticlockwise reputa zurdo. Recipientes más grandes tienen a menudo tornillos gemelos para reducir el esfuerzo de torsión de inclinación, propulsores contrarrotatorios del, el tornillo de estribor es generalmente derecho y se llama el zurdo portuario, éste torneado exterior. Se llama el caso opuesto torneado del interior. Otra posibilidad es los propulsores contrarrotativos, adonde dos propulsores giran en direcciones de oposición en un solo eje.
Propulsor de orientación . Propulsor vertical del eje.
El esquema de la lámina es definido por una proyección en un normal plano al eje de propulsor (el proyectó el esquema ) o fijando el acorde circunferencial a través de la lámina en un radio dado contra el radio (esquema desarrollado ). El esquema es generalmente simétrico sobre una línea radial dada llamada el mediano. Si el punto medio se curva detrás concerniente a la dirección de la rotación el propulsor se dice para tener posición oblicua detrás del . La posición oblicua se expresa en términos de dislocación circunferencial en los finales de cuchilla. Si la cara de lámina en perfil no es normal al eje que se llama rastrillado, expresado como porcentaje del diámetro total.
La echada y el grueso de cada lámina varía con el radio, las láminas tempranas tenían una cara plana y formado arcos detrás (a veces llamado una parte posterior de la circular pues el arco era parte de un círculo), las láminas de propulsor modernas tiene secciones de perfil aerodinámico. La línea de la comba del es la línea con el mediados de-grueso de una sola lámina. La comba del es la diferencia máxima entre la línea y el acorde de la comba del que ensamblan los bordes que se arrastran y delanteros. La comba se expresa como porcentaje del acorde.
El radio de grueso máximo es generalmente delantero del punto del mediados de-acorde con las láminas que enrarecen a un mínimo en las extremidades. El grueso es fijado por las demandas de la fuerza y el cociente del grueso al diámetro total se llama fracción del grueso de la lámina del .
El cociente de la echada al diámetro se llama el cociente de la echada del . Debido a las complejidades de propulsores modernos se da una echada nominal, un radio de el 70% del total se utiliza generalmente.
El área de la lámina se da como cociente de la superficie total del disco del propulsor, o como cociente desarrollado del área de la lámina o el proyectó el cociente del área de la lámina.
Fuerzas que actúan en un perfil aerodinámico
La fuerza (f) experimentada por una lámina del perfil aerodinámico es determinada por su área (a), el acorde (c), la velocidad (v) y el ángulo del perfil aerodinámico del flujo, llamado ángulo del de la incidencia o el ángulo de ataque () del, donde:
de R_n
La fuerza tiene dos porciones - ese normal a la dirección del flujo es la elevación del (l) y ésa en la dirección del flujo es la fricción del (d). Ambos se expresan non-dimensionally como:
= \ frac {L} {\ frac {1} {2} \ rho AV^2} = \ frac {D} {\ frac {1} {2} \ rho AV^2} de del