مراوح تدور عكس الاتجاه
الطائرات المجهزة بمراوح تدور عكسيا ( CRP ) [1] مراوح محورية تدور عكسيا ، أو مراوح عالية السرعة ، تطبق أقصى طاقة لمحرك مكبس واحد أو محرك توربيني لدفع زوج من المراوح المحورية في دوران عكسي . يتم ترتيب مروحتين واحدة خلف الأخرى، ويتم نقل الطاقة من المحرك عبر ناقل حركة كوكبي أو ترس تحفيزي . تُعرف المراوح التي تدور عكسيا أيضًا بالمراوح التي تدور عكسيا، [2] [3] على الرغم من أن مصطلح المراوح التي تدور عكسيا يستخدم على نطاق واسع عند الإشارة إلى براغي الهواء على أعمدة منفصلة غير محورية تدور في اتجاهين متعاكسين.
عملية
عندما تكون سرعة الهواء منخفضة، فإن كتلة الهواء المتدفقة عبر قرص المروحة ( الدفع ) تتسبب في إنشاء كمية كبيرة من تدفق الهواء المماسي أو الدوراني بواسطة الشفرات الدوارة. يتم إهدار طاقة تدفق الهواء المماسي هذا في تصميم المروحة الفردية، ويسبب مشاكل في المناورة بسرعة منخفضة حيث يضرب الهواء المثبت الرأسي ، مما يتسبب في انحراف الطائرة إلى اليسار أو اليمين، اعتمادًا على اتجاه دوران المروحة. لاستخدام هذا الجهد الضائع، فإن وضع مروحة ثانية خلف المروحة الأولى يستفيد من تدفق الهواء المضطرب.
لن يكون للمروحة ذات الدوران المعاكس المصممة جيدًا أي تدفق هواء دوار، مما يدفع أقصى قدر من الهواء بشكل موحد عبر قرص المروحة، مما يؤدي إلى أداء عالٍ وفقدان طاقة منخفض. كما أنها تعمل على مواجهة تأثير عزم الدوران غير المتماثل للمروحة التقليدية (انظر عامل P ). تم تصميم بعض أنظمة الدوران المعاكس لاستخدامها عند الإقلاع للحصول على أقصى قدر من الطاقة والكفاءة في ظل مثل هذه الظروف، والسماح بتعطيل إحدى المراوح أثناء الرحلة لتمديد وقت الرحلة.
المميزات والعيوب
يتم إلغاء عزم الدوران على الطائرة من زوج من المراوح التي تدور بشكل معاكس بشكل فعال.
وُجِد أن المراوح ذات الدوران المعاكس أكثر كفاءة بنسبة تتراوح بين 6% و16% من المراوح العادية. [4]
ومع ذلك، يمكن أن تكون صاخبة للغاية، مع زيادة الضوضاء في الاتجاه المحوري (الأمامي والخلفي) بما يصل إلى 30 ديسيبل، وبشكل عرضي 10 ديسيبل. [4] يمكن العثور على معظم هذه الضوضاء الإضافية في الترددات الأعلى. تحد مشاكل الضوضاء الكبيرة هذه من التطبيقات التجارية. أحد الاحتمالات هو إحاطة المراوح ذات الدوران المعاكس في كفن . [5] من المفيد أيضًا تقليل سرعة الطرف أو تحميل الشفرات، أو إذا كانت المروحة الخلفية تحتوي على شفرات أقل أو قطر أصغر من المروحة الأمامية، أو إذا تم زيادة المسافة بين المراوح الخلفية والأمامية. [6]
إن كفاءة المروحة ذات الدوران المعاكس تتوازن إلى حد ما مع تعقيدها الميكانيكي والوزن الإضافي لهذه التروس التي تجعل الطائرة أثقل، وبالتالي يتم التضحية ببعض الأداء لحملها. ومع ذلك، تم استخدام المراوح والدوارات المحورية ذات الدوران المعاكس في العديد من الطائرات العسكرية ، مثل توبوليف تو-95 "الدب" .
كما يتم فحصها لاستخدامها في الطائرات التجارية . [7]
الاستخدام في الطائرات
في حين قامت العديد من الدول بتجربة مراوح تدور عكس اتجاه الطائرات، إلا أن المملكة المتحدة والاتحاد السوفييتي فقط هما من أنتجتاها بأعداد كبيرة. كانت أول طائرة مزودة بمروحة تدور عكس اتجاه الطيران في الولايات المتحدة عندما اختبر مخترعان من فورت وورث، تكساس، المفهوم على متن طائرة. [8]
المملكة المتحدة
تم تسجيل براءة اختراع المروحة ذات الدوران المعاكس بواسطة FW Lanchester في عام 1907. [9]
بعض الطائرات البريطانية الأكثر نجاحًا ذات المراوح ذات الدوران المعاكس هي Avro Shackleton ، التي تعمل بمحرك Rolls-Royce Griffon ، و Fairey Gannet ، التي استخدمت محرك Double Mamba Mk.101 . في Double Mamba، كان هناك قسمان منفصلان للطاقة يدفعان مروحة واحدة لكل منهما، مما يسمح بإيقاف تشغيل قسم طاقة واحد (المحرك) أثناء الطيران، مما يزيد من القدرة على التحمل.
كانت طائرة بحرية أخرى، وهي ويستلاند وايفرن، مزودة بمراوح تدور عكس اتجاه الطائرة التجريبية مارتن بيكر إم بي 5. كما استخدمت هذه النوعية من المراوح أيضًا.
استخدمت المتغيرات اللاحقة من Supermarine Spitfire و Seafire محرك Griffon مع مراوح تدور عكسيًا. في حالة Spitfire/Seafire وShackleton، كان السبب الرئيسي لاستخدام مراوح تدور عكسيًا هو زيادة مساحة شفرة المروحة، وبالتالي امتصاص طاقة محرك أكبر، ضمن قطر المروحة المحدود بارتفاع هيكل الطائرة . استخدمت Short Sturgeon مروحتين Merlin 140 مع مراوح تدور عكسيًا.
استخدمت طائرة بريستول برابازون النموذجية ثمانية محركات بريستول سنتوروس تعمل على تشغيل أربعة أزواج من المراوح ذات الدوران المعاكس، حيث يعمل كل محرك على تشغيل مروحة واحدة. [10]
كانت طائرة الركاب النموذجية SARO Princess التي صممت بعد الحرب العالمية الثانية تحتوي أيضًا على ثمانية من محركاتها العشرة تعمل على تشغيل مراوح تدور بشكل معاكس.
الاتحاد السوفييتي وروسيا وأوكرانيا
في الخمسينيات من القرن العشرين، طور مكتب تصميم كوزنيتسوف التابع للاتحاد السوفيتي المحرك التوربيني NK-12 . وهو يقود مروحة ذات ثماني شفرات تدور عكس اتجاه عقارب الساعة، وبقوة 15000 حصان عمود (11000 كيلووات)، فهو أقوى محرك توربيني في الخدمة. تعمل أربعة محركات NK-12 على تشغيل طائرة توبوليف تو-95 بير ، وهي القاذفة التوربينية الوحيدة التي دخلت الخدمة، فضلاً عن كونها واحدة من أسرع الطائرات ذات المراوح . تحمل طائرة توبوليف تو-114 ، وهي طائرة ركاب مشتقة من توبوليف تو-95، الرقم القياسي العالمي لسرعة الطائرات ذات المراوح. [11] كانت توبوليف تو-95 أيضًا أول قاذفة سوفيتية لها مدى بين القارات. تعد طائرة الإنذار المبكر توبوليف 126 وطائرة الدورية البحرية توبوليف 142 تصميمين آخرين يعملان بمحرك NK-12 مشتقين من توبوليف تو-95.
محرك NK-12 يغذي طائرة سوفييتية أخرى معروفة، وهي طائرة أنتونوف أن-22 أنثيوس، وهي طائرة شحن ثقيلة. في وقت تقديمها، كانت طائرة أن-22 أكبر طائرة في العالم ولا تزال حتى الآن أكبر طائرة تعمل بمحرك توربيني في العالم. من الستينيات وحتى السبعينيات، سجلت عدة أرقام قياسية عالمية في فئات نسبة الحمولة القصوى إلى الارتفاع وأقصى حمولة مرفوعة إلى الارتفاع.
ومن الأمور الأقل أهمية استخدام محرك NK-12 في طائرة A-90 Orlyonok ، وهي طائرة إكرانوبلاين سوفييتية متوسطة الحجم . تستخدم طائرة A-90 محرك NK-12 مثبتًا في الجزء العلوي من ذيلها على شكل حرف T، إلى جانب محركين توربينيين مروحيين مثبتين في الأنف.
في الثمانينيات، واصل كوزنيتسوف تطوير محركات قوية تدور عكس الاتجاه. كان للمحرك NK-110، الذي تم اختباره في أواخر الثمانينيات، تكوين مروحة تدور عكس الاتجاه بأربع شفرات في الأمام وأربع في الخلف، مثل NK-12. كان قطر المروحة 190 بوصة (4.7 متر) أصغر من قطر المروحة NK-12 220-240 بوصة (5.6-6.2 متر)، لكنه أنتج طاقة خرج 21007 حصان (15665 كيلو وات)، مما أدى إلى قوة دفع للإقلاع تبلغ 40000 رطل (177 كيلو نيوتن). [12] كان المحرك NK-62 أكثر قوة، والذي كان قيد التطوير طوال معظم العقد. كان لمحرك NK-62 نفس قطر المروحة وتكوين الشفرات لمحرك NK-110، لكنه قدم قوة دفع أعلى للإقلاع بلغت 55000 رطل (245 كيلو نيوتن). كان لمحرك NK-62M المرتبط قوة دفع للإقلاع بلغت 64100 رطل (285.2 كيلو نيوتن)، وكان بإمكانه تقديم 70700 رطل (314.7 كيلو نيوتن) من قوة الدفع في حالات الطوارئ. [13] على عكس محرك NK-12، لم يتم اعتماد هذه المحركات اللاحقة من قبل أي من مكاتب تصميم الطائرات.
في عام 1994، أنتجت شركة أنتونوف طائرة أن-70 ، وهي طائرة نقل ثقيلة. تعمل هذه الطائرة بأربعة محركات مروحية من طراز Progress D-27 تعمل على تشغيل مراوح تدور عكس اتجاه دورانها. إن خصائص محرك D-27 ومروحته تجعله محركًا مروحيًا، وهو هجين بين محرك توربوفان ومحرك توربيني.
الولايات المتحدة
عملت الولايات المتحدة مع العديد من النماذج الأولية، بما في ذلك Northrop XB-35 و XB-42 Mixmaster و Douglas XTB2D Skypirate و Curtiss XBTC و A2J Super Savage و Boeing XF8B و XP-56 Black Bullet و Fisher P- 75 Eagle ومقاتلات Convair XFY "Pogo" و Lockheed XFV "Salmon" VTOL وطائرة الاستطلاع Hughes XF-11 . دخل قارب الطيران Convair R3Y Tradewind الخدمة بمراوح تدور عكس الاتجاه. ومع ذلك، فقد وصلت كل من الطائرات ذات المحركات المكبسية والطائرات ذات المحركات التوربينية إلى ذروتها والتطورات التكنولوجية الجديدة مثل ظهور المحركات النفاثة والتوربينية المروحية النقية ، وكلاهما بدون مراوح، يعني أن التصميمات قد طغت عليها بسرعة.
اشترت شركة هاملتون ستاندرد ، الشركة المصنعة للمراوح الأمريكية ، طائرة Fairey Gannet في عام 1983 لدراسة تأثيرات الدوران المعاكس على ضوضاء المروحة وإجهادات اهتزاز الشفرات. كانت طائرة Gannet مناسبة بشكل خاص لأن المراوح التي تعمل بشكل مستقل وفرت مقارنة بين الدوران المعاكس والدوران المفرد. [14]
تطبيقات خفيفة الوزن
توزع شركة نمساوية، Sun Flightcraft ، علبة تروس تدور عكس الاتجاه لاستخدامها في محركات Rotax 503 و 582 على الطائرات الخفيفة والخفيفة للغاية. تم تطوير Coax-P بواسطة Hans Neudorfer من NeuraJet ويسمح للطائرات الشراعية والمظلات الآلية بتطوير طاقة أكبر بنسبة 15 إلى 20 بالمائة مع تقليل عزم الدوران. كما أبلغت الشركة المصنعة عن انخفاض مستويات الضوضاء من المراوح المزدوجة التي تدور عكس الاتجاه باستخدام علبة تروس Coax-P. [15] [16] [17]
الاستخدام في الماء
استخدمت الطوربيدات مثل طوربيد بليس-ليفيت بشكل شائع مراوح تدور بشكل معاكس لإعطاء أقصى سرعة ممكنة ضمن قطر محدود بالإضافة إلى مواجهة عزم الدوران الذي من شأنه أن يتسبب في دوران الطوربيد حول محوره الطولي.
القوارب الترفيهية: في عام 1982، قدمت شركة فولفو بنتا مروحة قارب تدور عكس اتجاهها وأطلقت عليها اسم DuoProp. [18] وقد تم تسويق الجهاز الحاصل على براءة اختراع منذ ذلك الحين. وبعد نفاد براءات اختراع فولفو بنتا، أنتجت شركة ميركوري أيضًا منتجًا مماثلًا، وهو MerCruiser Bravo 3.
السفن التجارية: في ترتيبات الآلات التقليدية، تعتبر المراوح التي تدور عكس الاتجاه نادرة، بسبب التكلفة والتعقيد.
في عام 2004، أنتجت شركة ABB منتجًا للمنشآت ذات القدرة الكبيرة: المروحة الأمامية موجودة على خط عمود تقليدي، بينما المروحة الخلفية موجودة في ABB Azipod. [19]
عند مستويات الطاقة المنخفضة، تعد الدوافع الميكانيكية ذات الدوران المعاكس أحد الاحتمالات، وهي ملائمة لـ CRP نظرًا لتركيبها المخروطية المتأصلة. قدمت شركة Rolls-Royce وSteerprop إصدارات CRP من منتجاتهما. [20] [21]
انظر أيضا
- مراوح بحرية تدور عكس الاتجاه
- المروحة الحلقية ("المروحة الحلقية")
مراجع
- ^ ساساكي، ن.؛ موراكامي، م.؛ نوزاوا، ك.؛ سويجيما، س.؛ شيراكي، أ.؛ أونو، ت.؛ فوجيموتو، ت.؛ فونينو، ي.؛ إيشي، ن.؛ أونوغي، هـ. (1998). "نظام تصميم للمراوح المضادة للدوران المثالية". مجلة علوم البحار والتكنولوجيا . 3 (1): 3-21. doi :10.1007/bf01239802. S2CID 110551942.
- ^ JMR (2 مارس 1956). "Enterprise in airscrews: First details of a great new de Havilland airscrew and the story of 21 years of achievement". Flight . المجلد 69، العدد 2458. ص 237-248. ISSN 0015-3710.
- ^ Strack, WC; Knip, G.; Weisbrich, AL; Godston, J.; Bradley, E. (25–28 أكتوبر 1982). تكنولوجيا وفوائد مراوح الطائرات المضادة للدوران. مؤتمر ومعرض الفضاء الجوي. أناهايم، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية: ناسا .عنوان URL البديل
- ^ ab Vanderover, JS; Visser, KD تحليل طائرة نقل تعمل بمحرك مروحي يدور في اتجاه معاكس (تقرير).
- ^ Truong, Alexander; Papamoschou, Dimitri (January 7, 2013). Aeroacoustic testing of open rotors at very small scale (PDF) . AIAA Aerospace Sciences Meeting (51st ed.). Grapevine, Texas, USA . Retrieved August 5, 2016 .
- ^ هاجر، روي في؛ فرابيل، ديبوراه (1988). مشروع توربيني متقدم. ناسا SP-495. مركز لويس للأبحاث، كليفلاند، أوهايو: الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) قسم المعلومات العلمية والتقنية. ص 82، 98-100. OCLC 17508419. مؤرشف من الأصل (PDF) في 13 مارس 2017. تم الاسترجاع في 2 فبراير 2019 .عنوان URL البديل
- ^ مجلة كيك، 1/2013
- ^ "تدور مراوح الطائرة في اتجاهين متعاكسين". مجلة العلوم الشعبية . المجلد 119، العدد 5. نوفمبر 1931. ص 33. ISSN 0161-7370.
- ^ Lanchester, FW (11 ديسمبر 1941). "Contra-props: Recollections of early Considerations by Advisory Committee for aeronautics: A pioneer's 1907 patent: Suggestions for Further research". Flight . المجلد 40، العدد 1720. ص 418-419 . تم الاسترجاع في 3 نوفمبر 2015 .
- ^ "تصميم محرك برابازون". طائرة برابازون بريستول - تحفة هندسية أو فيل أبيض عظيم. أرشيف الطيران: تراث الطيران . مؤرشف من الأصل في 23 سبتمبر 2015. تم الاسترجاع في 3 نوفمبر 2015 .
- ^ “الأرقام القياسية العالمية للطيران العام”. الاتحاد الدولي للطيران (FAI) . مؤرشفة من الأصلي في 7 أكتوبر 2007.
- ^ "NK-110" (PDF) . مدرسة أوليانوفسك العليا للطيران المدني (باللغة الروسية). ص. 48.
- ^ زريلوف، ف. أ. (2018). "تطوير محركات الدفع الكبيرة "NK" على أساس مولد غاز واحد" (PDF) . ديفيجاتيل (باللغة الروسية). المجلد 115، العدد 1. ص 20-24.
- ^ Gatzen, BS; Reynolds, CN (9–14 سبتمبر 1984). تقنيات أنظمة الدفع ذات الدوران الفردي والدوران المعاكس (PDF) . مؤتمر المجلس الدولي للعلوم الجوية (الطبعة الرابعة عشرة). – تولوز، فرنسا. ص 708–717.
- ^ "COAX-P: علبة تروس المروحة ذات الدوران المعاكس". Sun Flightcraft . تم الاسترجاع في 18 يوليو 2019 .
- ^ برتراند، نويل؛ كولون، رينيه (2003). "الدليل العالمي للطيران الترفيهي 2003-2004". الدليل العالمي للطيران الخفيف . لانكستر، المملكة المتحدة: بيج فاست المحدودة: 70، 87. ISSN 1368-485X.
- ^ “Willkommen bei Neura Jet”. neurajet.at . مؤرشفة من الأصلي في 22 ديسمبر 2005 . تم الاسترجاع 3 نوفمبر 2015 .
- ^ "فوائد محرك Duoprop". فولفو بنتا سنغافورة . مؤرشف من الأصل في 31 يوليو 2016.
- ^ "أكاشيا وهاماناسو".
- ^ "Contaz azimuthing thruster". www.rolls-royce.com . تم الاسترجاع في 14 يونيو 2018 .
- ^ "Steerprop : SP 10 ... 45 CRP". www.steerprop.com . مؤرشف من الأصل في 19 مارس 2017 . تم الاسترجاع 14 يونيو 2018 .
روابط خارجية
- "مروحتان تدوران في اتجاهين متعاكسين تمنحان الطائرات الحربية سرعة جديدة". مجلة العلوم الشعبية . المجلد 139، العدد 6. ديسمبر 1941. ص 111. ISSN 0161-7370.
- "أفرو شاكلتون". Aircraft.co.za . مؤرشف من الأصل في 19 نوفمبر 2005.
- Luftfahrtmuseum.com – مزيد من المعلومات والصور للدوارات المعاكسة لطائرتي Fairey Gannet وShackleton
- شركة Spitfire PR.XIX الناشئة التي أسسها ستيف هينتون في تشينو، كاليفورنيا. يوتيوب . مؤرشف من الأصل في 2021-12-22.
- تاريخ الطائرات التي تستخدم مراوح تدور عكس اتجاهها (الجزء الأول) – الجمعية التاريخية لمحركات الطائرات
- تاريخ الطائرات التي تستخدم مراوح تدور عكس اتجاهها (الجزء الثاني) – الجمعية التاريخية لمحركات الطائرات
- تاريخ الطائرات التي تستخدم مراوح تدور عكس اتجاهها (الجزء 3) – الجمعية التاريخية لمحركات الطائرات
- تاريخ الطائرات التي تستخدم مراوح تدور عكس اتجاهها (الجزء الرابع) – الجمعية التاريخية لمحركات الطائرات
