Пермські вчені з'ясували, як жорсткість авіаційного гвинта впливає на обледеніння.

Стаття з результатами опублікована у «Віснику Московського авіаційного інституту». Робота виконана за фінансової підтримки гранту РНФ та Міністерства освіти і науки Пермського краю.

Для двигунів, які використовуються в пасажирській та вантажній авіації, існують різні системи протиобледеніння. Проте вони малоефективні для літальних апаратів та гвинтових двигунів невеликих розмірів, наприклад, конвертопланів, які використовуються для моніторингу екологічної ситуації та картографування місцевості.

У цьому випадку потрібні пасивні методи, які повністю запобігають обледенінню або надмірному наростанню льоду. Один із найпростіших і найдешевших методів пасивного захисту полягає в короткочасному різкому збільшенні частоти обертання гвинта. Це дозволяє скинути присутню на ньому масу льоду. Але в значній мірі процес залежить від жорсткості лопатей і ступеня обледеніння. Важливо уникнути великого вібраційного навантаження, яке може підвищити напругу і призвести до пошкодження двигуна.

Вчені Пермського Політеху припустили, що використання в конструкції гвинта пар лопатей з різною жорсткістю дозволить знизити вібрації під час скидання льоду. При цьому кожна пара протилежних лопатей повинна мати однакову жорсткість.

Політехніки розробили два варіанти конструкції вентилятора з різними комбінаціями жорсткостей лопатей. Експеримент проводили в спеціальній холодильній аеродинамічній трубі, де вивчали, як зміна жорсткості лопатей гвинта впливає на його вібраційні характеристики під час експлуатації.

Випробування показали, що наростання льоду на вентиляторі з менш жорсткими лопатями супроводжується різким зростанням віброскорості та виникненням критичного режиму. У вентилятора з більш жорсткими лопатями такого не спостерігається.

Дослідники також провели моделювання різних комбінацій різножорстких лопатей і розрахували, як розподіляються напруги в льодовій корці під час сильного обертання вентилятора (10 000 обертів/хв).

«Ми виявили, що підвищення жорсткості лопаті гвинта з 800 до 1620 Н/м призводить до вирівнювання напружено-деформованого стану в льодовій корці. При її збільшенні на 36 відсотків середні напруги в наледі зменшуються на 22. Якщо жорсткість збільшити на 174 відсотки, середні напруги зменшаться на 52», – поділився Станіслав Калюлін, заступник декана аерокосмічного факультету з науки та інновацій ПНІПУ, заступник директора Центру високопродуктивних обчислювальних систем, кандидат технічних наук.

Вчені Пермського Політеху довели, що зміни напруг в льодовій корці залежать від значень жорсткості лопатей вентилятора. Результати дослідження дозволять оптимізувати конструкцію та запобігти пошкодженню гвинтових двигунів малорозмірних літальних апаратів під час обледеніння.