Пермские исследователи обнаружили, как жесткость авиационных винтов влияет на процесс обледенения.

Статья с результатами опубликована в «Вестнике Московского авиационного института». Исследование было выполнено при финансовой поддержке гранта РНФ и Министерства образования и науки Пермского края.

Для двигательных установок, используемых в пассажирской и грузовой авиации, существуют различные системы противообледенения. Однако они слабо применимы для летательных аппаратов и винтовых двигателей небольших размеров, таких как конвертопланы, которые предназначены для мониторинга экологической ситуации и картографирования местности.

В таких ситуациях требуются пассивные методы, которые полностью предотвращают обледенение или чрезмерное накопление льда. Один из самых экономичных и простых способов пассивной защиты заключается в кратковременном резком увеличении частоты вращения винта. Это помогает сбросить налетевшую на него массу льда. Однако в значительной степени процесс зависит от жесткости лопастей и степени обледенения. Важно избежать значительной вибрационной нагрузки, которая может увеличить напряжение и привести к повреждению двигателя.

Ученые Пермского Политеха выдвинули предположение, что использование в конструкции винта пар лопастей с различной жесткостью может снизить вибрации при сбросе льда. При этом каждая пара противоположных лопастей должна иметь одинаковую жесткость.

Политехники разработали два варианта конструкции вентилятора с различными сочетаниями жесткостей лопаток. Эксперимент проводился в специализированной холодильной аэродинамической трубе, где исследовалось, как изменение жесткости лопастей винта влияет на его вибрационные характеристики в процессе эксплуатации.

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

Исследователи также провели моделирование различных комбинаций лопастей с разной жесткостью и рассчитали, как распределяются напряжения в ледяной корке во время интенсивного вращения вентилятора (10 000 оборотов/мин).

«Мы обнаружили, что увеличение жесткости лопасти винта с 800 до 1620 Н/м приводит к выравниванию напряженно-деформированного состояния в ледяной корке. При увеличении жесткости на 36 процентов средние напряжения в наледи снижаются на 22. Если жесткость увеличить на 174 процента, 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.

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 малых летательных аппаратов при обледенении.