Wirnik nośny - Polski Serwis Naukowy

Statek powietrzny z przechylanymi wirnikami nośnymi

Wirnik nośny - jest to zespół konstrukcyjny wiropłatu odpowiedzialny za:

wytworzenie siły nośnej (podobnie jak skrzydło samolotu)

nadanie wiropłatowi prędkości postępowej (podobnie jak śmigło)

wytworzenie momentów sterujących, do sterowania wiropłatem. (sterowanie)

Wirnik nośny składa się z łopat (metalowych, drewnianych bądź kompozytowych) oraz głowicy (czasem nazywanej piastą) osadzonej na wale napędowym wirnika nośnego. W śmigłowcach wał napędowy połączony jest poprzez przekładnię główną z silnikiem. W wiatrakowcach wał pełni funkcję łożyskowanej osi obrotu dla wirnika. Sterowanie wirnikiem nośnym umożliwia tarcza sterująca.

Ka-52 (ros. Ка-52 Аллигатор, oznaczenie NATO Hokum B) - rosyjski, dwumiejscowy śmigłowiec bojowy, którego projekt powstał w 1987 roku w Związku Radzieckim, znany również pod kryptonimem Aligator. Ka-52 stanowi rozwinięcie jednomiejscowego projektu biura konstrukcyjnego Kamowa Ka-50 o zmodyfikowanym przeznaczeniu - miejsce dla drugiego członka załogi zostało dodane w celu uczynienia z Ka-52 śmigłowca dowodzenia i organizowania pola walki, bez zmniejszania przy tym jego możliwości aktywnego prowadzenia ognia w każdych warunkach pogodowych.
Turbina (z łac. turbo, burza, trąba powietrzna) – silnik przepływowy wykorzystujący energię przepływającego płynu do wytwarzania energii mechanicznej. Elementem wirnika oddziałującym z płynem są specjalnie ukształtowane łopatki.

Napęd wirnika nośnego stanowi silnik (jeden lub więcej) tłokowy bądź turbinowy o specjalnej konstrukcji. Powstały też śmigłowce, w których napęd wirnika nośnego stanowiły dysze bądź nawet całe silniki odrzutowe umieszczane na końcach łopat wirników. W przypadku konstrukcji o jednym wirniku napędzanym silnikiem poprzez wał napędowy w celu zrównoważenia momentu obrotowego konieczne jest stosowanie śmigła ogonowego.

Przekładnia główna - stałe, zazębiona przekładnia zębata o przełożeniu zwalniającym, służąca do zwiększania momentu obrotowego doprowadzanego do kół oraz zmieniająca kierunek przekazywania napędu z podłużnego na poprzeczny. Przekładnia ta występuje w mostach napędowych. Najczęściej stosowana w pojazdach mechanicznych mn. koparko-ładowarki.
Samolot – statek powietrzny cięższy od powietrza (aerodyna), utrzymujący się w powietrzu dzięki wytwarzanej sile nośnej za pomocą nieruchomych, w danych warunkach względem statku, skrzydeł. Ciąg potrzebny do utrzymania prędkości wytwarzany jest przez jeden lub więcej silników.

Wirnik nośny jest podstawowym źródłem drgań i hałasu śmigłowca oraz stanowi zagrożenie dla otoczenia.

Cechą wirników nośnych ze zmiennym kątem natarcia łopat jest możliwość zapewnienia autorotacji czyli wiatrakowania wirnika w przypadku awarii zespołu napędowego. Do utrzymania obrotów wirnika wykorzystuje się wówczas energię przepływającego przez wirnik powietrza. Energię kinetyczną wirnika, dzięki dużemu momentowi bezwładności i dużej prędkości obrotowej, można wtedy wykorzystać do bezpiecznego wyhamowania wiropłatu przed przyziemieniem.

Profil lotniczy – obrys przekroju skrzydła samolotu, łopaty śmigła itp. w płaszczyźnie prostopadłej do osi biegnącej wzdłuż rozpiętości skrzydła (lub promienia śmigła czy wirnika). Cechą charakterystyczną profilu lotniczego jest zdolność do efektywnego wytwarzania siły nośnej pod wpływem powietrza opływającego profil (płat).
Drewno – surowiec drzewny otrzymywany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w różnego rodzaju sortymenty. Zajmuje przestrzeń pomiędzy rdzeniem, a warstwą łyka i kory. Pod względem technicznym drewno jest naturalnym materiałem kompozytowym o osnowie polimerowej wzmacniany ciągłymi włóknami polimerowymi, którymi są podłużne komórki zorientowane jednoosiowo.

Śmigłowce najczęściej są budowane w tzw. układzie klasycznym: z jednym wirnikiem nośnym i śmigłem ogonowym. Bywają jednak śmigłowce z dwoma, a w przeszłości nawet z czterema i więcej wirnikami nośnymi (patrz: śmigłowiec).

Wymagania stawiane wirnikom nośnym

Wymagania aerodynamiczne:

Duża sprawność wirnika w locie silnikowym i w trakcie autorotacji

Nieodrywanie się strug powietrza na końcowych odcinkach łopat

Liczby Macha na końcach łopat mniejsze od wartości krytycznych (0,8 – 0,85Ma)

Minimalne odkształcenia profili łopat podczas lotu

Małe momenty w przegubach głowicy

Wymagania dotyczące sztywności i trwałości:

Westland Lynx – uniwersalny śmigłowiec zaprojektowany przez brytyjską wytwórnię Westland, produkowany również licencyjnie przez francuską wytwórnię Aerospatiale, na użytek Francji. Posiada wiele odmian cywilnych oraz wojskowych. Jeden z najszybszych śmigłowców na świecie. W 1986 pilot John Egginton ustanowił na nim światowy rekord prędkości śmigłowca na dystansie między 15 a 25 km. Prędkość, jaką osiągnął, wynosiła 400,87 km/h Wynik ten śmigłowiec zawdzięcza sztywnej konstrukcji łopat i unikalnej konstrukcji głowicy wirnika nośnego.
Mi-2 (ros. Ми-2) (oznaczenie NATO Hoplite) – średni, wielozadaniowy, z trójłopatowym wirnikiem nośnym, śmigłowiec zaprojektowany przez radzieckie biuro konstrukcyjne Michaiła Mila, seryjnie produkowany jedynie przez zakłady PZL w Świdniku. Mi-2 był jedynym śmigłowcem konstrukcji radzieckiej nigdy nie produkowanym w ZSRR.

Brak rezonansów i flatteru

Nieuleganie uszkodzeniom zmęczeniowym

Brak występowania odkształceń trwałych

Odpowiednia sztywność łopat na zginanie i skręcanie

Wymagania z zakresu produkcji:

Prostota wykonania i powtarzalność geometrii

Zamienność

Łatwość wyważania

Ponadto wirnik nośny powinien spełniać założenie lekkości przy jednoczesnym dużym momencie bezwładności wirnika względem osi obrotu koniecznym z uwagi na bezpieczeństwo podczas autorotacji. Wirnik nośny powinien być wyposażony w urządzenia tłumiące drgania i zabezpieczające przed kolizją z innymi częściami śmigłowca.

Śmigło - rodzaj pędnika, urządzenie służące do przetwarzania momentu obrotowego (a ściślej mocy) napędzającego silnika na siłę ciągu. Siła ta powstaje podczas ruchu obrotowego śmigła w wyniku różnicy ciśnienia przed i za powierzchnią składających się na śmigło łopat. Oprócz łopat śmigło posiada również piastę. Niektóre śmigła mają urządzenia do zmiany kąta natarcia (może być zmieniany ręcznie lub automatycznie tzw. skok śmigła}, do ustawienia w tzw. chorągiewkę (po awarii silnika), do odladzania krawędzi natarcia.
PZL W-3 Sokół – wielozadaniowy śmigłowiec produkcji polskiej. Używany jest w takich krajach jak Polska, Czechy, Birma, Hiszpania, Korea Południowa, Zjednoczone Emiraty Arabskie, Niemcy, Wietnam i Rosja.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)