Пермские ученые выяснили, как жесткость авиационного винта влияет на обледенение

❋ 4.4

Слои атмосферы насыщены переохлажденными каплями воды, из-за чего на лопастях винтовых двигателей летательных аппаратов образуется корка льда. Ее неравномерное разрушение может привести к повреждению установки. Существующие способы борьбы с наледью эффективны для большой авиации, а для малоразмерных летательных аппаратов необходимы методы, которые предотвращают сам факт чрезмерного нарастания льда. Ученые Пермского Политеха изучили, как на состояние винта влияет жесткость лопастей при обледенении и как возможно снизить возникающие вибрации и напряжения.

ПНИПУ

# авиация

# вентиляторы

# винты

# лопасти

# обледенение

В Перми выяснили, как жесткость авиационного винта влияет на обледенение / © Simon Fitall, Unsplash

Статья с результатами опубликована в «Вестнике Московского авиационного института». Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ и Минобрнауки Пермского края.

Для двигательных установок, которые применяют в пассажирской и грузовой авиации, существуют различные противообледенительные системы. Однако они малоприменимы для летательных аппаратов и винтовых двигателей небольших размеров, например, конвертопланов, которые используют для мониторинга экологической обстановки и картографировании местности.

В этом случае необходимы пассивные методы, которые полностью предотвращают обледенение или чрезмерное нарастание льда. Одна из самых дешевых и простых пассивных защит заключается в кратковременном резком увеличении частоты вращения винта. Это позволяет сбросить присоединенную на него массу льда. Но во многом процесс зависит от жесткости лопастей и степени обледенения. Важно не допустить большой вибрационной нагрузки, которая может повысить напряжение и привести к повреждению двигателя.

Ученые Пермского Политеха предположили, что применение в конструкции винта пар лопастей с различной жесткостью позволит снизить вибрации при сбросе льда. При этом каждая пара противоположных лопастей должна обладать одинаковой жесткостью.

Политехники разработали два варианта конструкции вентилятора с различными сочетаниями жесткостей лопаток. Эксперимент проводили в специальной холодильной аэродинамической трубе, где изучали, как изменение жесткости лопастей винта влияет на его вибрационные характеристики при эксплуатации.

Испытания показали, что намораживание льда на вентиляторе с менее жесткими лопатками сопровождается резким ростом виброскорости и возникновением критического режима. У вентилятора с более жесткими лопатками такого не наблюдается.

Распределение напряжений в ледяной корке винта / © Станислав Калюлин, журнал «Вестник Московского авиационного института»

Исследователи также провели моделирование различных сочетаний разножестких лопастей и рассчитали, как распределяются напряжения в ледяной корке во время сильного вращения вентилятора (10 000 оборотов/мин).

«Мы выявили, что повышение жесткости лопасти винта с 800 до 1620 Н/м приводит к выравниванию напряженно-деформированного состояния в ледяной корке. При ее увеличении на 36 процентов средние напряжения в наледи уменьшаются на 22. Если жесткость увеличить на 174 процента, средние напряжения уменьшатся на 52», – поделился Станислав Калюлин, заместитель декана аэрокосмического факультета по науке и инновациям ПНИПУ, заместитель директора Центра высокопроизводительных вычислительных систем, кандидат технических наук.

Ученые Пермского Политеха доказали, что изменения напряжений в ледяной корке зависят от значений жесткости лопастей вентилятора. Результаты исследования позволят оптимизировать конструкцию и предотвратить повреждение винтовых двигателей малоразмерных летательных аппаратов при обледенении.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl (Cmd) + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.