Ученые Пермского Политеха выяснили, как жесткость винта летательного аппарата влияет на обледенение

Для двигательных установок, которые применяют в пассажирской и грузовой авиации, существуют различные противообледенительные системы. Однако они малоприменимы для летательных аппаратов и винтовых двигателей небольших размеров, например, конвертопланов, которые используют для мониторинга экологической обстановки и картографировании местности.

В этом случае необходимы пассивные методы, которые полностью предотвращают обледенение или чрезмерное нарастание льда. Одна из самых дешевых и простых пассивных защит заключается в кратковременном резком увеличении частоты вращения винта. Это позволяет сбросить присоединенную на него массу льда. Но во многом процесс зависит от жесткости лопастей и степени обледенения. Важно не допустить большой вибрационной нагрузки, которая может повысить напряжение и привести к повреждению двигателя.

Ученые Пермского Политеха предположили, что применение в конструкции винта пар лопастей с различной жесткостью позволит снизить вибрации при сбросе льда. При этом каждая пара противоположных лопастей должна обладать одинаковой жесткостью.

Политехники разработали два варианта конструкции вентилятора с различными сочетаниями жесткостей лопаток. Эксперимент проводили в специальной холодильной аэродинамической трубе, где изучали, как изменение жесткости лопастей винта влияет на его вибрационные характеристики при эксплуатации.

Схема определения жесткости лопасти под действием внешней сосредоточенной нагрузки. Фото: Станислав Калюлин, журнал «Вестник Московского авиационного института»

Испытания показали, что намораживание льда на вентиляторе с менее жесткими лопатками сопровождается резким ростом виброскорости и возникновением критического режима. У вентилятора с более жесткими лопатками такого не наблюдается.

Исследователи также провели моделирование различных сочетаний разножестких лопастей и рассчитали, как распределяются напряжения в ледяной корке во время сильного вращения вентилятора (10 000 оборотов/мин).

Распределение напряжений в ледяной корке винта. Фото: Станислав Калюлин, журнал «Вестник Московского авиационного института»

– Мы выявили, что повышение жесткости лопасти винта с 800 до 1620 Н/м приводит к выравниванию напряженно-деформированного состояния в ледяной корке. При ее увеличении на 36% средние напряжения в наледи уменьшаются на 22%. Если жесткость увеличить на 174%, средние напряжения уменьшатся на 52%, – поделился Станислав Калюлин, заместитель декана аэрокосмического факультета по науке и инновациям ПНИПУ, заместитель директора Центра высокопроизводительных вычислительных систем, кандидат технических наук.

Станислав Калюлин. Фото: пресс-служба ПНИПУ

Ученые Пермского Политеха доказали, что изменения напряжений в ледяной корке зависят от значений жесткости лопастей вентилятора. Результаты исследования позволят оптимизировать конструкцию и предотвратить повреждение винтовых двигателей малоразмерных летательных аппаратов при обледенении.