Śmigła o stałym i zmiennym skoku

Podczas obracania się śmigła na jego łopatach powstają siły aerodynamiczne, po zsumowaniu których wypadkowa  w uproszczeniu może być przedstawiona jako siła działająca wzdłuż osi piasty zwana siłą ciągu śmigła. Wartość tejże zależy od prędkości łopat względem powietrza, jej powierzchni i kąta, pod jakim są ustawione do kierunku ruchu. Każdy przekrój łopat śmigła zakreśla inny tor drogi. Przekroje bliskie osi piasty mają do pokonania małe obwody, a te na samym końcu łopat – najdłuższe drogi i stąd ich zwichrzenie, aby zachowany był jednakowy skok śmigła. Następną sprawą jest prędkość tych przekrojów względem powietrza, gdzie jest ona geometryczną sumą prędkości obrotowej śmigła i prędkości postępowej paralotni. Dla przykładu, przy starcie prędkość obwodowa jest bliska maksymalnej a postępowa dopiero rośnie w czasie rozbiegu. Każdy przekrój łopat śmigła musi mieć odpowiedni profil, gdyż pracuje w odmiennych warunkach.

Śmigła o stałym skoku mają kolejne przekroje, łopat ustawione tak, że ich przedłużenia cięciw przecinają się w jednym punkcie.

W śmigłach o zmiennym skoku przedłużenia cięciw nie przecinają się w jednym punkcie i zazwyczaj mają większy kąt natarcia ale nie koniecznie.

Podyktowane jest to względami wytrzymałościowymi jak również innym opływem powietrza w miarę oddalania się od piasty. Nominalny kąt nastawienia łopat znajduje się w odległości 3/4 ich długości od osi piasty, zawarty pomiędzy cięciwą łopaty a kierunkiem napływu powietrza.


Kliknij, aby powiększyć obrazek

Stosunek prędkości lotu do prędkości obwodowej danego przekroju łopaty nazywamy posuwem śmigła.

Gdy rozprostujemy śruby, po których poruszają się poszczególne przekroje łopaty śmigła, ukażą się nam linie pochylone pod pewnymi kątami, przy piaście bardziej strome, a mniej strome na końcach. Wynika to z tego, że im bliżej piasty, tym przekrój łopaty pokonuje krótszą drogę (mniejszy obwód), więc aby wspiąć się na tę samą wysokość co przekrój położony dalej od piasty w tym samym czasie (prędkość kątowa stała) więc wykona ten sam skok, musi być nachylony pod większym kątem.

Największy wpływ na pracę śmigła ma jego posuw. Na początku startu bądź pracy na postoju, przy zerowej prędkości lotu i posuwie, kąty natarcia poszczególnych przekrojów łopat śmigła o stałym skoku są największe – równe kątom ich nastawienia. W tym wypadku śmigło stawia największy opór silnikowi – „mieląc” powietrze. Wytwarza wówczas największy ciąg.

Kolejna faza to lot, gdzie zwiększa się posuw a maleje kąt natarcia. Przy zwiększaniu prędkości dochodzi do zera, by przy nurkowaniu zmienić wartość na ujemną. Śmigło jest wówczas pchane. Aby łatwiej to sobie wyobrazić, można spróbować kroić masło nożem ustawionym pod pewnym kątem wywierając siłę na niego w kierunku  prostopadłym do powierzchni. Nożem ustawionym pod takim samym kątem, lecz wywierając na niego siłę wzdłuż przekroju ostrza i trzecia możliwość – taki sam kąt, lecz siła skierowana równolegle do powierzchni.

Sprawność śmigła to stosunek mocy śmigła do pracy silnika, który musi ją wykonać, aby go obracać. Nie należy mylić go z ładnym wykonaniem 🙂

Skok rzeczywisty śmigła zależy od stosunku prędkości lotu do prędkości obrotowej śmigła.

W momencie, gdy nie ma ciągu śmigła, bo jest bardzo duża prędkość (np. nurkowanie) albo nie ma posuwu, bo napęd stoi w miejscu (np. początek startu), nie ma dużej sprawności śmigła, bo przy starcie powinno mieć mały kąt natarcia zaś w miarę nabierania prędkości, powinien się on zwiększać, żeby siedział w „gwincie”. Dlatego też śmigło o stałym skoku osiąga maksimum sprawności przy określonej prędkości lotu, tzn jest sprawne w wąskim przedziale prędkości.

Śmigło o stałym skoku

Wady tej nie mają śmigła przestawne, które w zakresie użytkowych prędkości lotu wykorzystują prawie 100% mocy silnika. Jest to podobne do pracy skrzyni biegów w samochodzie a przydałoby się to w napędach o małych mocach. Ci, którzy dużo ważą, wiedzą, jak trudno na nich wystartować (przestawialne – nie mylić ze zmiennym skokiem opat śmigła).

Śmigło o zmiennym skoku

Przestawialne – nie mylić ze zmiennym skokiem przekroju łopaty śmigła.

Paralotnie mają mały zakres prędkości 0 – 60km/h. Kilkanaście lat temu marzyło mi się skonstruować śmigło, które by się samo odkształcało pod wpływem obciążenia i obrotów, aby choć w niewielkim stopniu łopaty zmieniały nachylenie.

Wracając do realiów i do tych, którzy kombinują ze śmigłami i przekładniami, to moc, jaką potrzebujemy do napędu naszego śmigła rośnie do piątej potęgi jego średnicy i do trzeciej potęgi jego prędkości obrotowej.

Nie wszystkie rodzaje śmigieł i materiały nadają się do wysokich obrotów. Na końcówkach śmigieł prędkości zbliżają się do prędkości dźwięku, powstają zawirowania opływu powietrza wokół łopat śmigła, drgania i spadek sprawności napędu. Poprzedzająca łopata zostawia za sobą wiry, w które wpada następna łopata. Dochodzi do tego ześlizgiwanie się powietrza wzdłuż łopat, dlatego też przekroje łopat od piasty do końcówek zmieniają swój profil, co wynika z różnych obciążeń jak i prędkości opływu powietrza.

Wiechu

Tagi , .Dodaj do zakładek Link.

15 odpowiedzi na „Śmigła o stałym i zmiennym skoku

  1. Wiechu mówi:

    Do M.M. Bok,ani cięciwa nie jest całkiem płaska,obejma ustala dokładnie pozycję na śmigle, wskaźnik ma być umocowany do niej bez luzów,Ty możesz robić co zechcesz.Wiechu.

  2. Marek Mazur mówi:

    Witam

    Do Wiechu
    Nie chciałbym wyjść na jakiegoś przemądrzalca, ale myślę, że laser nawet najlepszej jakości, o bardzo cienkim strumieniu, nie zagwarantuje zbyt wielkiej dokładności, jeżeli musimy go przekładać z jednej łopaty na drugą.
    Myślę, że lepiej byłoby gdyby ten laser był zamocowany na stałe w jakimś stojaku – tak, aby podczas obracania śmigłem laser wyznaczał kąt płaskiego boku śmigła .

    Z poważaniem M.M.

  3. Wiechu mówi:

    Do M.M,najlepiej zaopatrzyć się w dobry wskaźnik laserowy którego zamocujemy na śmigło w odległości 75% od piasty poprzez dorobioną z żywicy i włókna obejmę na łopatę podkładając wpierw folię żeby się nam nie przylepiła,silnik z piastą umocować stabilnie, jak w pionie to ekranem będzie sufit, jak w poziomie to ściana,każda łopata do tego samego oporu (pozycji)i można ustawiać,reszty nie muszę tłumaczyć-tak myślę.Bez obrazy ale za pomocą suwmiarki dokładnie nie ustawisz.Wiechu.

  4. Marek Mazur mówi:

    Witam
    >Resztę Jogi dobrze tłumaczy.Wiechu.

    Co do tego nie mam wątpliwości. Tylko nijak się ma reszta do mojego postu z 20 października.

    >Prawidłowe ustawienie śmigła nastawnego może być problematyczne, bo w pewnym zakresie kątów, zmiana nawet o 0.5 stopnia będzie kluczowa, a 1 stopień to już kolosalna różnica.Trudno to zrobić mając poziomicę i kątomierz szkolny do dyspozycji. Różnice kąta między łopatami śmigła mogą prowadzić do wzrostu wibracji, a w rezultacie do awarii: śmigła, przekładni i łożysk silnika a czasem wszystkiego na raz.

    Tym, którzy używają takich śmigieł, chciał bym podpowiedzieć że do ich ustawiania najlepiej jest użyć idealnie równego blatu np.frezarki lub piły formatowej ewentualnie jakiejś innej równej powierzchni i suwmiarki.

    Z poważaniem M.M.

  5. Wiechu mówi:

    Witam, koledzy albo mylicie pojęcia ,albo nieświadomie używacie nazw, śmigło o zmiennym skoku to nie to samo co (śmigło przestawne),Resztę Jogi dobrze tłumaczy.Wiechu.

  6. Marek Mazur mówi:

    Witam
    Skok stały ,zmienny i nastawny to trzy różne właściwości .
    Nastawny opisał pan powyżej a stały i zmienny można zobaczyć tutaj : http://www.smigla.com/polski/d.html

    Pozdrawiam

  7. Jogi mówi:

    Witam
    Do Marka Mazura.
    Rozważanie czy zastosować śmigło o zmiennym skoku (smigło przestawne) czy stałe w PPG to dyskusja czysto akademicka.
    Śmigło przestawne w locie, czyli takie gdy do startu nastawiamy mniejszy a w locie większy skok stosuje sie w samolotach i to zazwyczaj wypasionych. Mechanizm przestawiania w locie (dźwigniowy, hydrauliczny czy elektryczny) to oprócz sporego wydatku dodatkowy niebagatelny ciężar. Dlatego w samolotach o niedużych prędkościach przelotowych (120-150km/h) stosuje się śmigło stałe, zazwyczaj optymalizowane do maksymalizowania ciagu przy prędkości przelotowej.
    Dlatego w PPG gdzie prędkości nie przekraczają 60km/h stosuje sie tylko i wyłącznie śmigła o stałym skoku.
    Musimy jednak odróznić określenie śmigło przestawne (w locie ) od NASTAWNEGO ,umożliwiającego nastawienie kąta łopaty na ziemi.
    Nastawne są stosowane w PPG (np. Peszke).

    Nastawność daje producentowi mozliwość sprzedania łopaty o tym samym profilu do wielu różnych silników (optymalizacja produkcji) Z drugiej strony daje pilotowi wybór czy ustawia śmigło do osiągniecia maksymalnego ciagu startowego (np. ciężki pilot)gdy spalanie czy wznoszenie w locie jest drugorzędne, czy woli nastawić śmigło na małe spalanie i maksymalne wznoszenie w locie, gdy ciąg startowy i tak będzie wystarczający (lekki pilot).

    Nastawne śmigła chętnie używają zawodnicy i stosują dwa rodzaje nastaw (lub dwa śmigła o róznych nastawach) w różnych konkurencjach. Inne do „ekonomii”, a inne do „manewrówki”

    Trzecimi odbiorcami śmigieł nastawnych sa producenci silników którzy używaja ich do wstępnego określenia jakie śmigło (o jakim kącie i profilu łopaty) będzie optymalne. Na podstawie wyników ze śmigła nastawnego tworzy się projekt śmigla docelowego o stałym skoku i takie produkuje seryjnie.

    Prawidłowe ustawienie śmigła nastawnego może być problematyczne, bo w pewnym zakresie kątów zmiana nawet o 0.5 stopnia będzie kluczowa, a 1 stopień to już kolosalna różnica.Trudno to zrobić mając poziomicę i kątomierz szkolny do dyspozycji. Różnice kąta między łopatami śmigła mogą prowadzić do wzrostu wibracji, a w rezultacie do awarii: śmigła, przekładni i łożysk silnika a czasem wszystkiego na raz.
    Pozdrawiam
    Jogi

  8. Marek Mazur mówi:

    Witam

    Po przeczytaniu artykułu nasuwa się pytanie jakie śmigło wybrać , które będzie dla nas lepsze to o stałym skoku czy może lepsze będzie to o zmiennym skoku ?.
    Wiemy że śmigło o stałym skoku dysponuje większym ciągiem przy starcie natomiast w locie potrzebuje trochę wyższych obrotów ,ale mniej zaciążą silnik .
    Natomiast śmigło o zmiennym skoku oferuje mniejszy ciąg przy starcie ,ale w locie bardziej zaciążą silnik dzięki czemu możemy latać na mniejszych obrotach lub z większą prędkością .
    Tak więc dysponując mocnym silnikiem i skrzydłem samostatecznym czyli skrzydłem o większej prędkości postępowej lepiej i chyba rozsądniej będzie wybrać śmigło o zmiennym skoku , ale co będzie gdy użyjemy takiego śmigła do słabszego napędu i klasycznego skrzydła ? Oj tu pewnie będziemy mieli problem ze startem o ile w ogóle wystartujemy . Ale gdy dobierzemy odpowiednie śmigło o stałym skoku to pewnie nie tylko wystartujemy łatwiej ale i polatamy przyjemnie.
    A co gdyby do mocnego napędu i samostatecznego skrzydła wybrać śmigło o stałym skoku ?
    Gdy użyjemy śmigła które maksymalnie zaciąży silnik , to pewnie otrzymamy zestaw dla cięższego pilota i choć będzie musiał latać na wyższych obrotach to silnika nie przeciąży gdyż śmigło o stałym skoku mniej zaciążą silnik w locie . Tak więc wybór śmigła to ważna i zarazem nie łatwa sprawa .

    A jakie jest zdanie innych pilotów na ten temat ?

    Z poważaniem Marek Mazur

  9. wiechu mówi:

    Waldku! Zgadzam się z Tobą, że niektórzy producenci zawyżają ciąg napędu, a zaniżają jego wagę. Gdy zaczniesz drążyć temat, okaże się, że napęd tyle waży, ale bez uprzęży, a tester waży 70 kg. Stąd niskie spalanie. Na tych samych napędach od jednego producenta odchyłka 2kg ciągu to niewiele. Gorzej jeżeli on deklaruje ciąg 70 kg. A okazuje się że jest 60 kg. To już oszustwo. Matematycznie i na prymitywnej hamowni wyjdzie Ci różnica właśnie tych kilku kg i pozostając przy tym samym silniku musisz doregulować zadane obroty śmigła przekładnią, ale może się okazać, że silnik jest za słaby, a wiedz, że różnica 200-300 obr. śmigła/min to przy przekładni 1-2,5 to na silniku 500-750 obr/min, a to jest bardzo dużo. Silnik na hamowni dysponuje większą mocą niż potrzeba i dokręci śmigło do zadanych obrotów. Stąd wyjdzie, że przy tych obrotach osiąga tyle a tyle ciągu. Tobie pozostaje zmienić śmigło albo silnik. To prawda, że napęd na ziemi znacząco inaczej działa niż w powietrzu – o tym pisałem. Wiechu.

  10. Waldek Lewicki mówi:

    Wiechu:) czytałem artykuł dokładnie, i w temacie śmigieł mam swoje przemyślenia. Ale przecież nie chodzi zwykłemu pilotowi a takim jestem o badania laboratoryjne tylko o ciąg na plecach, a w większości tak się składa,że zawsze ciąg podawany przez producenta jest wyższy niż napęd który kupujemy,tak samo z wagą zresztą 🙁 oraz ze spalaniem :(.Ja po prostu chciałbym przynajmniej móc sprawdzić matematycznie czy obroty na śmigle mogą rzeczywiście generować deklarowany ciąg.Również praca w cieniu kosza i może pilota….. nie wiem jak można latać inaczej ???. Myślę ,że normalny obrotomierz( nie mam na myśli złomu) którym kilkakrotnie zmierzymy obroty powinien uśrednić błędy,i można sprawdzić czy obroty się zgadzają z deklaracją producenta czyli obroty silnika podzielić przez przekładnie i powinny wyjść obroty na śmigle:). Zawsze można mówić o ciśnieniu,prędkości paralotni i takie tam… Dla mnie starczyłoby zwykłe wyliczenie i może sprawdzenie empiryczne na hamowni własnej konstrukcji ( oczywiście niedoskonałej) ale przy porównaniu kilku napędów to błąd pomiaru będzie podobny na każdym napędzie, bo to nie ma być laboratorium i o kilogram nie przyjdzie a różnica kilku kilogramów powinna wyjść i z matematyki i prymitywnej hamowni 🙂 Bo nie chce mi się wierzyć ,że napęd na ziemi będzie znacząco inaczej działał niż w powietrzu , a tak naprawdę to pełna moc to start:D WL

  11. Wiechu mówi:

    Waldku L.Jeżeli prosty obrotomierz będzie miał słabe próbkowanie i będzie zaokrąglał do 100 obr/min.to nic z Twoich pomiarów, do tego dochodzą inne czynniki,jak praca w cieniu kosza, gęstość powietrza, a co do obrotów to chyba nie czytałeś dokładnie artykułu.Wiechu.

  12. Waldek Lewicki mówi:

    Ja mam też takie śmigło Peszke i umiem sprawdzić nastawy :).
    Weź namiary na mnie od Leszka
    Pozdrawiam WL

  13. Krzysiek mówi:

    no, super informacje. Teraz zrozumiałem dlaczego przy pewnych obrotach odczuwam drgania (mam śmigło trójłopatowe, nastawne) – pewnie mam nierówne katy na poszczególnych łopatach (róznice nie widoczne gołym okiem). Czy ma ktoś jakiś prosty patent na sprawdzenie sobie tych kątów – czy są równe ? Może ktoś ma wykonany jakiś przyrząd ? – chętnie zobaczyłbym rysunek, lub fotkę takiego przymiaru – „po co wywazac otwarte przez kogos drzwi”.
    Słyszałem tez ze mozna to sprawdzić za pomocą takiego elektronicznego , laserowego dalmierza.

    pozdrawiam
    Krzysiek

  14. Waldek Lewicki mówi:

    Leszku dobry artykuł, porządkuje trochę wiedzę o śmigłach.Fajnie byłoby gdyby producenci śmigieł udostępnili wykresy siły ciągu produkowanych przez siebie śmigieł w proporcji do obrotów.Widziałem taki wykres Helixa i szkoda , że nie puknąłem fotki :(. Ale na pewno i Werenc, i Peszke i inni też to muszą mieć.
    Wtedy prawdopodobieństwo określenia siły ciągu napędu byłoby proste :)i możliwe do określenia za pomocą prostego obrotomierza ( oczywiście z niewielką tolerancją), ale niemożliwe byłyby bajki ,że przy tych samych napędach , obrotach i śmigłach występują znaczne różnice mocy.
    Pozdrawiam WL

  15. ocena mówi:

    Bardzo dobra strona. Chyba jedna z najlepszych na swiecie jakie znam z ostatnich wiele lat. Gratulacje.