Какова цель наличия винтов, вращающихся в противоположных направлениях, на самолете?

По моему опыту, у вас есть две проблемы с реквизитом:

1. Крутящий момент
2. Скорость выхлопа

Если вы используете пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях, вы устраняете проблему реакции крутящего момента, потому что теперь у вас есть два пропеллера, вращающихся в противоположных направлениях, каждый из которых уравновешивает противоположный крутящий момент.

Также вы увеличиваете скорость воздуха, разгоняемого пропеллерами, таким образом повышается эффективность самолета на относительно высоких скоростях движения.

Обычно винт может эффективно работать только при низких числах Маха, и увеличение числа оборотов выше определенного значения приведет только к сжатию воздуха за винтом, но не к его ускорению. Использование второго воздушного винта с более высокими углами шага может обеспечить достаточно высокую воздушную скорость без проблемы сжатия, поскольку второй воздушный винт вращается внутри воздушного потока, создаваемого первым воздушным винтом.

Исправление Однако наличие другой скорости и шага БУДЕТ вызывать эффект крутящего момента.

Основным преимуществом винтов, вращающихся в противоположных направлениях, является повышенная эффективность (от 6 до 16% по данным Википедии). Еще одним преимуществом является то, что крутящий момент в значительной степени компенсируется винтом, вращающимся в противоположных направлениях, но это гораздо меньшая проблема для самолетов с конфигурацией двигателя, такой как Ту-95 в вашем посте. Я бы сказал, еще одним преимуществом является тот факт, что эта конструкция позволяет использовать винт меньшего диаметра, что позволяет использовать шасси меньшего размера и т. д.

Недостатки могут перевешивать достоинства в зависимости от конструкции. Они очень сложные. Это может привести к высоким затратам на техническое обслуживание или ненадежной конструкции. Пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях, также очень громкие. Ту-95 известен как самый громкий самолет в мире. Ходят слухи, что их действительно могут слышать подводные лодки.

Тот факт, что существует не так много самолетов, использующих эту конструкцию, доказывает, что она не очень популярна. Насколько мне известно, единственная причина, по которой Ту-95 не использует штатные ГТД, заключается в том, что на этапе проектирования самолета ГДТ, отвечающие требуемым характеристикам, отсутствовали.

Хотя существуют теоретические преимущества с точки зрения эффективности, трудности с их передачей не позволяют использовать их на практике, за исключением случаев использования с очень мощными двигателями. После определенного момента использование более длинных лезвий становится все более неэффективным, и приходится использовать другие стратегии для увеличения рабочего объема. Примером может служить Spitfire, который перешел от 3 лопастей в ранних марках к 4, 5, а затем к 3 + 3, вращающимся в противоположном направлении, в Mark XIX, поскольку мощность двигателей увеличивалась в течение производственного цикла.

Кроме того, стоит отметить, что практически все турбины имеют много ступеней компрессора, которые вращаются на одном валу, но имеют статические лопасти (статоры) между группами, что позволяет уменьшить тангенциальный поток без необходимости высокоскоростной передачи. Это обеспечивает почти все повышение эффективности без добавления механической сложности, связанной с попытками раскрутить каждую ступень в противоположных направлениях при высоких оборотах турбины.

Помимо указанных выше причин, есть еще одна важная, особенно актуальная для Ту-95. Турбины этого самолета очень мощные, самые мощные из когда-либо построенных. Чтобы преобразовать эту мощность в ускорение массы воздуха, вам понадобится очень большой и быстро вращающийся пропеллер, настолько большой, что кончики лопастей превысят скорость звука. Таким образом, единственным возможным компромиссом для гигантских турбовинтовых двигателей Ту-95 было оснащение каждой турбины двумя большими соосными винтами, вращающимися в противоположных направлениях. Даже при таком решении законцовки лопастей сверхзвуковые, но ненамного, а КПД винта достаточно хорош, чтобы разогнать Ту-95 до скоростей лишь немного меньших, чем у его американского реактивного аналога В-52. Ту-95, до сих пор летающие в ВВС России,

Почему у этих самолетов четыре набора винтов, вращающихся в противоположных направлениях? Не компенсация крутящего момента — у них четыре двигателя, и они могут просто обнулить крутящий момент, повернув два по часовой стрелке и два против часовой стрелки.

Пропеллеры, вращающиеся в противоположных направлениях, на самолетах с неподвижным крылом - это способ преодолеть присущие винтам ограничения преобразования мощности двигателя в тягу. Проблема заключается в скорости кончика винта, когда он достигает скорости звука, для преодоления сопротивления сжимаемости требуется большая мощность двигателя, что бесполезно для движения самолета. Таким образом, размер диска ограничен или скорость вращения лезвия. Больше лезвий немного помогает, если мощность не является проблемой, но только немного. Помогают дополнительные пропеллерные диски, но опять же только до предела.

У Ту-94 была задача, аналогичная современным пассажирским самолетам: летать на большие расстояния со скоростью, близкой к скорости звука. Он впервые поднялся в воздух в 1952 году, задолго до того, как появились турбовентиляторные двигатели с большой степенью двухконтурности: реактивные двигатели того времени были расточительны с топливом, что также учитывалось при разработке B52 . Пока США работали над более эффективными ТРДД, СССР выбрал другой вариант: использовать два гребных диска. Второй диск дополнительно разгоняет воздух от первого диска.

Сообщение от нового пользователя Сэма: Похоже, нам нужно взглянуть на потенциально более высокую эффективность ветряных турбин . Действительно, устройство с встречным вращением может извлекать больше энергии из заданного воздушного потока, но какой ценой? Является ли предельная скорость преодоления звукового барьера проблемой для ветряных турбин? Стоит ли устройство с противоположным вращением дешевле, чем простое создание еще одного полного генератора?

Вот объяснение винта противоположного вращения, его преимущества и недостатки.

2 - Почему встречные винты?

Как объяснялось, каждая лопасть воздушного винта самолета представляет собой вращающееся крыло. В результате лопасти пропеллера подобны аэродинамическим профилям и создают силы, которые создают тягу, чтобы тянуть или толкать самолет по воздуху.

Высокоскоростное вращение пропеллера самолета придает воздушному потоку штопорное или спиральное вращение. Штопорообразный поток скользящего потока также вызывает момент качения вокруг продольной оси (крена). Обратите внимание, что этот момент качения, вызванный штопорным потоком скользящего потока, направлен вправо, в то время как момент качения, вызванный реакцией крутящего момента, направлен влево - по сути, одно может противодействовать другому. {Однако эти силы сильно различаются, и пилот всегда должен применять надлежащие корректирующие действия, используя органы управления полетом. Этим силам необходимо противодействовать, независимо от того, какая из них наиболее заметна в данный момент.}

При высоких скоростях вращения воздушного винта и низкой скорости движения вперед (как при взлете и заходе на посадку на сваливание) это спиралевидное вращение очень компактно и оказывает сильное боковое усилие на вертикальное оперение самолета.

Когда этот спиралевидный спутный поток сталкивается с вертикальным оперением слева, он вызывает левый поворачивающий момент вокруг вертикальной оси (рыскания) самолета. Чем компактнее спираль, тем сильнее выражена эта сила. Однако по мере увеличения скорости движения спираль удлиняется и становится менее эффективной.

Одним из решений является добавление второго пропеллера позади первого, противоположного вращению и компенсирующего вращающий момент.

Простой ответ - для противодействия эффекту крутящего момента.

Подробный ответ - Пропеллеры обычно вращаются по часовой стрелке. А теперь вспомните 3-й закон Ньютона - "Каждое действие имеет равное противодействие". Здесь «действие» - это вращение винта по часовой стрелке, а «противоположная реакция» - это летательный аппарат, имеющий тенденцию поворачиваться против часовой стрелки (то есть влево). Теперь эта склонность к левому повороту станет проблемой для пилотов, поскольку им придется прилагать усилия на руль направления, чтобы противодействовать ей. И именно поэтому были введены пропеллеры противоположного вращения!

Как следует из названия, это в основном 2 пропеллера, вращающихся в 2 противоположных направлениях (один будет по часовой стрелке, а другой - против часовой стрелки). Это нейтрализует эффект крутящего момента!

Что касается шума винтов на скоростях, близких к звуковому барьеру, вы можете посмотреть F-84 'Thunderstreak', видео версии винта на YouTube, https://youtu.be/UFhSzReWTgs. один из самых быстрых самолетов с такой компоновкой, в видео обсуждается разработка и открытие винта противоположного вращения в истребителе, летящем на скорости, близкой к 1 Маха; на любой скорости цель наличия пропеллеров, вращающихся в противоположных направлениях, я полагаю, заключается в уменьшении эффекта крутящего момента, который заставит самолет поворачиваться в направлении, противоположном пропеллеру, вдоль оси пропеллеров в центрально расположенном однодвигательном самолете, винт, вращающийся по часовой стрелке, если смотреть сзади, покажет силу, заставляющую фюзеляж поворачиваться в противоположном направлении,