From Wikipedia, the free encyclopedia
Propeler ili elisa je aerodinamički oblikovana površina koja mehanički rad motora pretvara u vučnu ili potisnu silu, okomitu na ravninu vrtnje, koja savladava otpor zrakoplova i omogućava njegovo kretanje po zemlji ili/i let.
Prve nacrte propelera izradio je Leonardo da Vinci iako neki tragovi uporabe vode do stare Kine gdje je propeler pokretala neka tadašnja plovila. Prvi rotirajući propeler je na svoj parni stroj ugradio James Watt. U trećem stoljeću prije Krista, Grčki filozof i prirodoslovac Arhimed konstruirao je pužni vijak (Arhimedov vijak) za prebacivanje vode s nižih na viši nivo u cilju navodnjavanja.
Prvi brodski vijak pokretan petrolejskim motorom ugradio je na manju brodicu (današnji naziv motorna brodica) Frederick Lanchester. Najveći pomak napravio je Isambard Kingdom Brunel, britanski inženjer, ugradnjom brodskog vijka na preko-oceanski brod SS Great Britain.
Rotirajući propeler aerodinamičkog oblika prvi su počeli istraživati Braća Wright otkrivši da su sva dotadašnja saznanja o propelerima (uglavnom brodski vijci) temeljena na pokušajima i greškama i da u stvari nitko nije definirao osnovni princip rada. Prvi su otkrili da se krak propelera u stvari ponaša kao krilo aviona. Sljedeće saznanje bilo je da je relativni napadni kut propelera na avionu koji se kreće prema naprijed različit na svim točkama uzduž njenog kraka što je rezultiralo vitoperenje kraka (zakretanje kraka, različiti napadni kutovi aeroprofila od korijena kraka prema njegovom vrhu). Originalni krakovi propelera bili su samo 5% manje efikasniji od današnjih.
Alberto Santos Dumont konstruirao je propeler prije Braće Wright. Primijenivši dotadašnja saznanja pri izradi brodskog vijka napravio je propeler s čeličnom osovinom i aluminijskim kracima. Za dobivanje aerodinamičkog profila savijane su trake aluminija. Iako manje efikasna u usporedbi s propelerom Braće Wright prvi put je za izradu korišten neki metal.
Krilo svojom brzinom i napadnim kutom kod zrakoplova stvara korisnu silu, uzgon. Propeler kao i krilo stvara jednu vrstu uzgona, vučnu ili potisnu silu. Kod krila je ta korisna sila linearna brzina a kod propelera kružna i linearna. Prilikom pretvaranja jedne vrste rada u drugi dolazi i do gubitaka:
Broj koji pokazuje koliki dio snage razvijene na radilici motora propeler troši za progresivno gibanje aviona zove se koeficijent korisnog djelovanja (KKD). Prikazuje se u postocima kao odnos korisne snage propelera i utrošene snage motora:
gdje je:
Kod najboljih propelera u najpovoljnijim uvjetima rada koeficijent korisnog djelovanja je od 85%. Prosječni koeficjent je 75-85%.
Propeler se sastoji od krakova i glavčine. Može imati dva ili više kraka koji su vitopereni aerodinamički i geometrijski. Glavčina propelera veže se na vratilo motora ili osovinu reduktora. Izrađuju se od drveta, legura aluminija i čelika. Od drveta se danas izrađuju dvokraki propeleri nepromjenjivog koraka. Za miran rad motora propeler se balansira jer svaka najmanja neuravnoteženost dovodi do vibracija a veća do loma pogonske grupe i njenih dijelova.
Propeler treba ispuniti sljedeće uvjete:
Kako bi propeler odgovorao svim ovim uvjetima, mora imati odgovarajući promjer i oblik, mora biti pravilno odabran prema zrakoplovu i motoru i mora biti izrađen od odgovarajućeg materijala. Oblik propelera određuju glavne zahtjevi koje on mora ispuniti kao i uvjeti u kojima treba raditi kao što su:
Kako bi se između spomenutih zahtjeva, koji su često u suprotnosti, našlo srednje rješenje konstruktori biraju između propelera različitih veličina i broja krakova. Postoje propeleri s dva, tri, četiri i više krakova a njihov izbor ovisi prvenstveno o namjeni zrakoplova. Propeleri za velike brzine imaju veće tetive, kako bi se najveći dio površine kraka koncentrirao na što manjoj vrijednosti promjera. Pošto se maksimalni dio vučne sile stvara na vanjskom dijelu kraka (na oko 75%), propeleri za velike brzine su karakteristični po tome što su im krakovi konstantne širine i s odsječenim krajevima. Također, i sa strijelastim krakovima propelera mogu se dobiti veće vrijednosti kritičnog, Machovog broja. Krak propelera za male brzine je vitak, sa zaobljenim krajevima.
Brzine zrakoplova kojeg pokreće motor s propelerom bit će uvijek u podzvučnom području.
Propeleri zrakoplova dijele se na:
U usporedbi propelera i krila nalaze se mnoge sličnosti. Po obliku i profilu propeler se neznatno razlikuje od krila. Krilo stvara uzgon svojom brzinom i napadnim kutom, te zrakoplov drži u zraku. I propeler stvara svojom brzinom i napadnim kutom jednu vrstu uzgona, vučnu silu, koja osigurava progresivan let. Kod krila je spomenuta brzina linearna a kod propelera kružna i linearna.
Promjer najviše ovisi o snazi motora, uzajamnog odnosa veličine potrebne vučne sile, broja okretaja propelera, broja krakova, donosno namjene zrakoplova. Minimalna udaljenost vrha kraka propelera od tla kada se zrakoplov nalazi u vodoravnom položaju je 30 cm. Promjer propelera kreće se od 1,5 do 5 metara.
Krakovi propelera okreću se oko osovine i postavljeni su jedan u odnosu na druge, ovisno o njihovom broju, ravnomjerno pod određenim kutom. Krakovi propelera se okreću u zamišljenoj ravnini okretanja. Lokalni konstruktivni nagibni kut kraka propelera je kut između tetive elementa kraka i ravnine obrtanja. On je kod propelera nepromjenljivog koraka stalna veličina, a određuje ga konstruktor prema postavljenim uvjetima za određeni propeler, ovisno od toga za kojou se brzinu aviona želi najveći koeficijent korisnog djelovanja (KKD). Kod propelera promjenljivog koraka, konstruktivni kut se mijenja ovisno od režima leta.
Napadni kut elementa kraka propelera je kut, koji tetiva elementa kraka zaklapa s pravcem nailazećih zračnih strujnica.
Kod svakog propelera razlikuju se dva koraka:
Teorijski korak propelera je put koji on prođe u nekoj otpornoj sredini, pri okretaju od 360°. Ako se propeler na dnu nekog valjka napunjenog pijeskom okrene 360°, ona će zahvaljujući konstruktivnim kutovima elemenata krakova, prijeći određen put, zapravo podići će se na određenu visinu. U stvari krakovi propelera, sjekući pijesak u valjku, za sobom su ostavili izvjesnu prazninu. Kada bi se ta praznina ispunila s nekim materijalom, dobila bi se površina koja ima oblik vijka. Taj vijak bi pri uvrtanju u čvrstu masu, za svaki okretaj napravio put jednak teorijskom koraku propelera.
Ako se promatra valjak u kome su krakovi propelera napravili put od 360°, površina bi prikazivala pravokutni trokut (slika), kod kojega je osnovica jednaka obujmu valjka (2 r& pi;), kateta je teorijski korak (H) a hipotenuza put elementa kraka propelera. Kut između osnovice i hipotenuze je konstruktivni kut (φ´).
Teorijski korak propelera određen je konstruktivnim kutom elementa kraka propelera, a postavlja se prema željenim uvjetima kojima propeler mora udovoljiti.
Stvarni (aerodinamički korak propelera je put koji on prijeđe u letu u okretaju za 360°. Veličina nije stalna, proporcionalno ovisi o brzini zrakoplova a obrnuto proporcionalno broju okretaja motora.