В ПНИПУ нашли причину, по которой повреждаются винты малоразмерных самолетов

В слоях атмосферы есть переохлажденные капли воды. Когда они оседают на винтах самолетов и других летательных аппаратов, образуется лед. Если он начинает отламываться неравномерно, это может повредить самолет.

Для больших самолетов есть способы справиться с этой проблемой, но для маленьких летательных аппаратов нужны другие методы. Они должны предотвращать образование большого количества льда.

Ученые из Пермского Политеха изучили, как жесткость лопастей влияет на состояние винта, когда он покрывается льдом. Также они искали способы уменьшить вибрации и напряжение.

Поддержка молодых ученых — одна из главных целей национального проекта «Наука и университеты».

В пассажирской и грузовой авиации используют разные системы, которые не дают самолетам покрываться льдом. Но для небольших летательных аппаратов, например, конвертопланов, которые следят за состоянием окружающей среды и составляют карты местности, такие системы не подходят.

Для них нужны другие способы, которые полностью предотвращают обледенение или слишком большое нарастание льда. Один из самых простых и дешевых способов — это резко увеличить скорость вращения винта на короткое время. Так можно избавиться от льда, который на него наросла. Однако многое зависит от прочности лопастей и того, как сильно они обледенели. Важно не создавать слишком сильную вибрацию, чтобы не повредить двигатель.

Ученые из Пермского Политеха придумали, как уменьшить вибрации при сбросе льда с помощью конструкции винта. Они предложили использовать пары лопастей разной жесткости. При этом каждая пара противоположных лопастей должна быть одинаковой по жесткости.

Ученые разработали два варианта конструкции вентилятора с разными сочетаниями жесткостей лопаток. Эксперимент проводили в специальной трубе, где изучали, как изменение жесткости лопастей влияет на вибрации при работе.

Испытания показали, что если лед образуется на вентиляторе с менее жесткими лопатками, то вибрации резко усиливаются и возникает критическая ситуация. На вентиляторе с более жесткими лопатками такого не происходит.

Ученые провели исследование: они создали модель работы вентилятора с разными по жесткости лопастями. Они подсчитали, как распределяется напряжение в ледяной корке, когда вентилятор вращается очень быстро (10 000 оборотов в минуту).

Мы обнаружили, что если сделать лопасть винта более жесткой, то это поможет уменьшить напряжение во льду. Если жесткость лопасти увеличить с 800 до 1620 Н/м, то напряжение во льду станет равномернее. Если жесткость увеличить на 36%, то среднее напряжение во льду уменьшится на 22%. А если увеличить жесткость на 174%, то напряжение уменьшится уже на 52%, – поделился Станислав Калюлин, заместитель декана аэрокосмического факультета по науке и инновациям ПНИПУ, заместитель директора Центра высокопроизводительных вычислительных систем, кандидат технических наук.

Ученые из Пермского Политеха выяснили, как жесткость лопастей вентилятора влияет на напряжение в ледяной корке. Это поможет улучшить конструкцию и защитить винты небольших летательных аппаратов от повреждений при обледенении.

26.11.2024