PRZEKŁADNIE REDUKCYJNE
W lotniczych silnikach tłokowych średnich mocy, a także w niektórych silnikach małej mocy, stosuje się reduktor prędkości obrotowej umożliwiający efektywne wykorzystanie śmigła samolotu lub wirnika nośnego śmigłowca. Z jednej strony, celowym jest stosowanie dużych prędkości obrotowych wału korbowego silnika (liniowa zależność mocy użytecznej silnika od prędkości obrotowej), a z drugiej - konieczność zapewnienia optymalnej prędkości obrotowej ze względu na pracę śmigła (wirnika nośnego). W takiej sytuacji koniecznym staje się zastosowanie zwalniającej przekładni zębatej - reduktora prędkości obrotowej.
Znamionowe prędkości obrotowe LST zawierają się przeważnie w zakresie 2000÷3000 obr/min, chociaż znane są również silniki (szybkoobrotowe), których obroty sięgają wartości 5000 obr/min. Optymalne prędkości obrotowe typowych śmigieł lotniczych można umieścić w przedziale 800÷1500 obr/min. Przełożenia reduktorów śmigłowych LST najczęściej zawierają się w granicach:
Dobranie optymalnego przełożenia reduktora śmigłowego wymaga analizy charakterystyki przewidywanego do zastosowania śmigła. Orientacyjnie można je wyznaczyć po przyjęciu średnicy śmigła oraz uwzględnieniu przeznaczenia i związanych z nim charakterystyk lotnych samolotu. Punktem wyjścia jest tzw. trójkąt prędkości związanych z opływem końcówki łopaty śmigła:
gdzie:
v - prędkość lotu (bezwzględna),
u - prędkość obwodowa (unoszenia),
w - prędkość względna.
Uwzględniając zależności:
otrzymamy:
przy czym Maw < (0,95÷1,05), a≈20,1 Reduktory śgłowcowe są zwykle zespołem kilku przekładni i zapewniają całkowite przełożenie w granicach:
Optymalna wielkość przełożenia zależy przede wszystkim od nominalnej prędkości obrotowej silnika, średnicy wirnika nośnego (WN) oraz maksymalnej prędkości lotu śmigłowca. Wymaganą średnicę WN określa jego obciążenie jednostkowe, tj. stosunek masy śmigłowca do pola powierzchni koła o średnicy równej średnicy WN:
skąd:
Obciążenia jednostkowe WN w większości konwencjonalnych konstrukcji śmigłowców wynoszą przeważnie 12÷15 kg/m2 a masy śmigłowców z silnikami tłokowymi mieszczą się w przedziale 600÷6000 kg. Stąd można wywnioskować, że średnice WN śmigłowców napędzanych silnikami tłokowymi wynoszą ok. 6÷13 m.
Dopuszczalne prędkości względne końcówek łopat WN są znacznie mniejsze niż prędkości względne końcówek śmigieł. Odpowiadające im liczby Macha ni e przekraczają zwykle wartości: Maw < (0,45÷0,65). Związane jest to z wytrzymałością łopat WN. Dlatego prędkości obrotowe WN śmigłowców są stosunkowo małe i mieszczą się w przedziale 200÷300 obr/min.
Reduktory prędkości obrotowej LST, z racji złożonej konstrukcji i przenoszenia dość dużych momentów obrotowych, powinny spełniać następujące podstawowe wymagania:
mała masa
niewielkie gabaryty
duża sprawność mechaniczna
niezawodność działania (w okresie określonym resursem silnika)
Masę reduktora zespolonego z silnikiem można orientacyjnie oszacować za pomocą empirycznej zależności:
gdzie:
P - moc silnika w kW.
Sprawności mechaniczne lotniczych przekładni redukcyjnych są stosunkowo duże (ηm = 0,98÷0,99) co zapewnia minimalne straty energii oraz niewielkie ilości wydzielającego się w przekładni ciepła. Jego ilość oblicza się ze wzoru:
Niezawodność pracy reduktorów lotniczych zapewnia się przede wszystkim przez racjonalne dobranie układu kinematycznego oraz prawidłowe zaprojektowanie i staranne ich wykonanie.UKŁADY KINEMATYCZNE REDUKTORÓW ŚMIGŁOWYCH
Rozróżnia się następujące odmiany konstrukcyjne reduktorów śmigłowych:
Reduktory niesymetryczne (oś wału śmigła jest przesunięta względem osi wału korbowego)
Reduktory osiowo - symetryczne
rozgałęzione
obiegowe (planetarne)
Schematy kinematyczne różnych odmian reduktorów przedstawia rys.1. Znajdujące się obok schematów zależności umożliwiają wyznaczenie przełożenia reduktora. Można je określić analitycznie (wg zamieszczonych wzorów) lub wykreślnie.
Rys. 1 Schematy kinematyczne reduktorów śmigłowych
a- reduktor niesymetryczny, b- reduktor osiowo-symetryczny, rozgałęziony, c, d- proste reduktory obiegowe,
e- reduktor obiegowy dwustopniowy, f- reduktor obiegowy o stożkowych kołach zębatych.
0 nr n
a
Rys.2 Przykład wykreślnego wyznaczania przełożenia reduktora
wg schematu kinematycznego przedstawionego na rys. 1d.
Reduktory niesymetryczne w postaci pary kół zębatych są najprostsze pod względem konstrukcyjnym, ale jednocześnie niekorzystne z uwagi na duże obciążenia kół zębatych oraz wałów i łożysk. Ich zaletą jest możliwość stosowania śmigła o większej średnicy (dzięki podniesieniu osi wału śmigła względem osi silnika). Reduktory te są nieprzydatne w silnikach o gwiazdowym układzie cylindrów.
Reduktory osiowo-symetryczne cechuje bardziej złożona konstrukcja (duża ilość kół zębatych). Ich zaletą jest duża trwałość ze względu na wewnętrzne równoważenie obciążeń wałów i łożysk.
Reduktory ze stożkowymi kołami zębatymi charakteryzują się zwartą konstrukcją, a ich przełożenie może być dość swobodnie dobierane. Podstawową ich wadą jest wysoki koszt wytworzenia ze względu na skomplikowany kształt kół zębatych.
UKŁADY KINEMATYCZNE REDUKTORÓW ŚMIGŁOWCOWYCH
Większość reduktorów śmigłowcowych składa się z zespołów stanowiących układy dwóch lub większej ilość członów reduktorowych. Człon wejściowy, tzw. reduktor wstępny, z zasady jest zespolony z silnikiem. Układ i liczba członów zależą od układu zespołu napędowego (ilości silników), liczby WN oraz usytuowania silnika (silników ) w śmigłowcu
Rys.3 Schematy układów napędu WN
a- układ wałów prostopadłych, b- układ współosiowy, c- układ dwóch przeciwbieżnych WN, d- rozgałęziony układ dwóch WN
1- reduktor główny, 2- reduktor wstępny, 3- wał korbowy, 4- wał napędu śmigła ogonowego.
Rys.4 przedstawia schematy kinematyczne głównych przekładni redukcyjnych stosowanych we współczesnych śmigłowcach.
Rys.4 Schematy reduktorów śmigłowcowych
rozgałęziony reduktor współosiowy, b- reduktor z kołami stożkowymi, c- podwójny reduktor obiegowy,
d- reduktor napędu przeciwbieżnych WN
Najprostsze rozwiązanie przedstawia rys 4a. Oś wału korbowego jest prostopadła do osi WN. Przekładnia kątowa zapewnia zmianę kierunku przekazywania napędu oraz wstępne zmniejszenie prędkości obrotowej. Może ona posiadać kilka zestawów kół pośrednich, rozmieszczonych wokół osi WN, jednak należy zaznaczyć, że powoduje to wzrost ciężaru i wymiarów gabarytowych.
Reduktory główne z układem kół stożkowych (rys.4b) posiadają ograniczone wielkości przełożenia (ir = (0,25÷0,35) i mogą być stosowane w zespołach z reduktorami wstępnymi o dużych przełożeniach zwalniających. Podwójna przekładnia stożkowa (rys.4d) umożliwia racjonalne napędzanie wirników nośnych w układzie przeciwbieżnym (np. śmigłowce Kamowa). Przekładnie obiegowe pojedyncze lub podwójne (rys.4c) zapewniają największe przełożenia przy stosunkowo zwartej konstrukcji i niedużej masie. Często nie wymagane jest przy tego typu reduktorach stosowanie przekładni wstępnej, ewentualnie może ona posiadać niewielkie przełożenie.
1
u1
z3
z1
z2
T
w
u
v
Wyszukiwarka