Почему у самолетов нет механической коробки передач?

Самолеты имеют фиксированные шестерни (когда у них есть шестерни вообще)! Однако в некотором смысле винт с переменным шагом можно считать аналогичным трансмиссии в автомобиле, и он был ручным в некоторых самолетах.

Мощность, передаваемая пропеллером, в пределах некоторого разумного диапазона пропорциональна скорости его вращения. И так же, опять же в пределах некоторого разумного диапазона, мощность, производимая двигателем. Таким образом, для медленных самолетов пропеллер фиксированного шага с фиксированной передачей делает достойную работу. Когда вы открываете дроссель, скорость двигателя увеличивается, так же как и пропеллер, и это именно то, что ему нужно сделать для передачи мощности. Более простой самолет не имеет никаких передач вообще, и пропеллер установлен непосредственно на валу двигателя, более мощные двигатели часто имеют редуктор 2:1, поскольку обороты двигателя были бы слишком высокими для пропеллера.

Теперь при более высокой скорости видимый шаг пропеллера уменьшается по мере того, как воздух уже движется, поэтому он будет вращаться быстрее и быстрее и, в конечном итоге, слишком быстро для двигателя. Чтобы противостоять этому, более быстрые пропеллерные самолеты имеют пропеллер с переменным шагом. По мере того как скорость увеличивает, она установлена к более высокому углу нападения (более грубому) поэтому она держит поставить силу без увеличивать rpm.

Ранние пропеллеры с переменным шагом имели вручную управляемый шаг, но довольно быстро были разработаны пропеллеры с постоянной скоростью (многие самолеты Второй мировой войны уже имели их), где вес на пружине контролирует шаг пропеллера, чтобы поддерживать постоянную частоту вращения. Управляемые вручную блоки требовали большого внимания, а система постоянной скорости довольно проста, поэтому от ручного управления шагом быстро отказались.

И это своего рода эквивалент идеальной трансмиссии с переменной передачей. Пилот все еще имеет рычаг дросселя и рычаг тангажа пропеллера и выбирает силу и rpm независимо. Более высокие обороты обеспечивают более высокую мощность, но не требуют ее, поэтому посадка обычно выполняется с низкой мощностью, но с максимальными оборотами, поэтому двигатель реагирует быстро, если мощность добавляется (не нужно раскручивать). Во время круиза выбирается несколько более умеренное значение (по рекомендации производителя), чтобы уменьшить износ двигателя.

Турбовинтовые двигатели всегда имеют пропеллеры постоянной скорости, потому что в турбинном двигателе разница между скоростью турбины на холостом ходу и на полной мощности на самом деле не так уж велика. Опять же, rpm ограничивает максимальную мощность, поэтому посадка выполняется с низкой мощностью, но с высокой частотой вращения, и двигатель быстро реагирует при добавлении мощности.

Последние турбореактивные / турбовентиляторные двигатели просто поворачивают турбины и компрессоры по мере необходимости. Это не сильно отличается от фиксированного пропеллера, хотя реактивные двигатели теперь обычно имеют переменные направляющие лопасти в статоре (которые просто связаны с rpm).

Потому что большинство авиационных двигателей вообще не имеют зубчатой передачи:

^{Изображение из Вики}

Мощность напрямую передается от турбины к компрессору с жестким валом.

Это правда, однако, что некоторые двигатели имеют его, в частности, пропеллерные двигатели:

^{Изображение из ATSB}

но вы должны понимать, что это фиксированное передаточное отношение, без переключения передач и, следовательно, не требуется механическая или автоматическая «передача».

То, что у вас может быть, в двигателях пропеллера «старого стиля», — это разные рычаги/ручки для давления в коллекторе/дроссельной заслонки, шага пропеллера и смеси.

Крутящий момент

Я подозреваю, что реальный ответ связан с крутящим моментом.

Обороты двигателя при неподвижном транспортном средстве

Авиационные двигатели не имеют или не нуждаются в многократных передачах, потому что двигатель не перемещает самолет от остановки, применяя вращающий момент к колесам. Вместо этого двигатель самолета может работать на полных оборотах, в то время как самолет неподвижен в начале взлетно-посадочной полосы.

Если вы поставите свой автомобиль на верхнюю передачу (6-й?), запустил его на максимальных оборотах (8000?) и уронил сцепление, что — то сломается-по крайней мере, ты сожжешь сцепление и медленно уползешь. Авиационные двигатели не имеют или не нуждаются в сцеплении, в конечном счете, потому что они толкают воздух, а не поворачивают колеса на асфальте.

Зубчатая передача с переменным передаточным отношением в дорожных транспортных средствах (автомобили, велосипеды и т.д.)) необходимо, что сопрягает возможности скорости и вращающего момента основного двигателя (газового двигателя, силы ноги человека, etc.) к требованиям к скорости и вращающего момента колес дороги над меняя условиями скорости корабля, ранга дороги, etc. В принципе, существует необходимость(или, по крайней мере, выгода) варьировать механическое преимущество между первичным двигателем и ведущим колесом (колесами).

Первичный двигатель (реактивный или поршневой двигатель, турбовентилятор или пропеллер) в самолете производит тягу в значительной степени независимо от воздушной скорости, поэтому для многих самолетов не требуется передача с переменным передаточным отношением. Для воздушных судн пропеллера, может быть полезно поменять механически преимущество между powerplant и airstream. Это делается не с помощью зубчатой передачи с переменным передаточным отношением, а путем изменения шага пропеллера. С одной стороны, изменение шага может варьировать механическое преимущество в непрерывном диапазоне, где коробка передач ограничена несколькими фиксированными шагами. С другой стороны, системы зацепления добавляют много веса. Переключение передач означало бы отсоединение двигателя от пропеллера, поскольку выбрано другое передаточное отношение — это большая проблема надежности/безопасности, а для поршневого двигателя даже не может быть работоспособным. Поршневые двигатели не могут работать без маховика; в самолете, пропеллер служит маховиком.

Так, где преимущества переменного механического преимущества оправдывают добавленные цену, вес, и сложность, приспособлен переменный пропеллер тангажа.

Некоторые системы с переменным шагом обеспечивают рычаг, который непосредственно управляет шагом-пилот перемещает рычаг в диапазоне между » прекрасным «(двигатель получает больше механического преимущества, подходящего для взлета) и» грубым » (двигатель имеет меньше механического преимущества, подходящего для круиза).

Другие системы с переменным шагом обеспечивают рычаг, который выбирает целевой обороты двигателя. Система управления тангажом непрерывно регулирует тангаж пропеллера в попытке поддерживать выбранный RPM. Пилот использует дроссельную заслонку для увеличения или уменьшения тяги двигателя, а регулятор тангажа для оптимизации оборотов двигателя для условий эксплуатации (взлет, набор высоты, круиз и т.д.).). Например, на PA32-300 управление тангажем будет полностью передним (max RPM) для такси, взлета и начального подъема, но будет несколько скорректировано для круиза, чтобы уменьшить обороты двигателя (и расход топлива).

Вы могли бы подумать о системах управления шагом, которые я описал как аналогичные механической и автоматической трансмиссии соответственно, но аналогия в лучшем случае является свободной.

Немного другой ответ на последний. Двигателям взбивания воздуха не нужно много крутящего момента, чтобы проталкиваться через вязкое трение, которое сопротивляется движению лезвия. Вот почему квадроторы работают и при этом очень легкие.

Простое сравнение, толчок против стены и нормальная сила нажимая назад. Теперь взмахните рукой в воздухе. Единственная сила сопротивления зависит от скорости вашей руки. Он крошечный.

В виду того что им не нужно использовать уменьшение шестерни для того чтобы увеличить вращающий момент как другие применения, им не нужна передача переключения передач. На самом деле эффект Бернулли работает на тягу от воздушного потока над лопастью, поэтому вы хотите, чтобы пропеллеры вращались как можно больше раз, чтобы получить максимальную подъемную силу. Электродвигатели для квадроторов вращаются 10000 об / мин, например. Они контролируют скорость закрутки мотора через дросселировать воздух и топливо для turboprops или широтно-импульсную модуляцию для электрических двигателей. Турбины-это воздух и топливо, я думаю, но это не мой опыт.