Η έλικα

Α' μέρος


[ Β' μέρος ]

[ Τύποι κινητήρων ] - [ Τα μέρη των κινητήρων ] - [ Αρχή λειτουργίας ] - [ Ο κυβισμός ] - [ Η εκκίνηση ] - [ Το στρώσιμο ] - [ Κινητήρες ABC ] - [ Το καρμπυρατέρ ] - [ Σιγαστήρες ] - [ Συντονιζόμενες εξατμίσεις ] - [ Ροπή και Ισχύς ] - [ Φροντίδα - Συντήρηση ] - [ Βάσεις ] - [ Ψύξη ] - [ Δεξαμενές υγρών καυσίμων ] - [ Το μπουζί πυράκτωσης ] - [ Καύσιμα ]

Η έλικα (helix, propeller, airscrew)

Ο ελικοφόρα μηχανή στην πραγματικότητα είναι ένας συνδυασμός δύο μηχανών. Μιάς μηχανής που παρέχει ένα περιστρεφόμενο άξονα, (κινητήρας εσ. καύσης, ηλ. μοτέρ, λάστιχο κ.λ.π.), και της έλικας (μιάς άλλης απλής "μηχανής") που στρέφεται μαζί του.

Η έλικα του αεροπλάνου παίρνει την ενέργεια που προσφέρεται στον άξονά της και δίνει κινητική ενέργεια στον αέρα. Για την επιτάχυνση της μάζας του αέρα ή έλικα ασκεί πάνω του μία δύναμη. Με την αρχή δράση-αντίδραση και η μάζα του αέρα σπρώχνει την έλικα με μία ίση και αντίθετη δύναμη, που τελικά κινεί το αεροπλάνο και που ονομάζεται "έλξη" (ή ώση). Αυτή μπορεί να είναι σταθερή ή να αυξομειώνεται στην διάρκεια της πτήσης.

Οταν υπάρχει έλξη το μοντέλο πετάει με μεγαλύτερη ταχύτητα από την "φυσιολογική" ταχύτητα ολίσθησης, τα φτερά παράγουν μεγαλύτερη άντωση και μπορεί να κρατηθεί στο ίδιο ύψος ή να κερδίσει ύψος αν περισσεύει ενέργεια.

Για να αντιληφθείς καλύτερα την θεωρία της έλικας, φαντάσου την σαν ένα φτερό. Το σχήμα των φύλλων, η γωνία προσβολής της και η αεροτομή είναι έννοιες κατανοητές. Η μόνη διαφορά είναι ότι η έλικα είναι ένα περιστρεφόμενο φτερό, με τον αριθμό Reynolds να αλλάζει από την ρίζα στο ακροπτερύγιο.

Εξετάζοντας μερικές δεκάδες θεωριών για το ποιά έλικα είναι η καταλληλότερη για κάθε τύπο μοντέλου, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι τελικά κανείς δεν έχει την "μυστική συνταγή". Θα πρέπει να δοκιμάσεις πολλές έλικες στο ίδιο μοντέλο, και να επιλέξεις πειραματικά την καλύτερη.

ΤΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΗΣ ΕΛΙΚΑΣ

Διάμετρος (diameter)

Είναι η διάμετρος του δίσκου που διαγράφουν τα ακροπτερύγια. Στη δίφυλλη έλικα ισούται με την απόσταση των δύο άκρων της. Οσο μεγαλώνει η διάμετρος η έλικα γίνεται πιό αποδοτική (απορροφά καλύτερα την ισχύ του άξονα), αλλά το πόσο μεγάλη μπορεί να είναι, καθορίζεται από τις στροφές που πρέπει να λειτουργήσει ο κινητήρας, την αντοχή της, το μήκος του συστήματος προσγείωσης κ.α.

Βήμα (pitch)

Μία βίδα προχωράει σε κάθε πλήρη περιστροφή της όσο και η απόσταση που έχουν οι βόλτες της, δηλαδή όσο είναι το βήμα της.

Αν και η έλικα δεν βιδώνει σε σκληρό υλικό, αλλά στον αέρα, για την κατανόηση του όρου "βήμα", θα την θεωρήσουμε και αυτή σαν μία βίδα.

Αρα βήμα είναι η απόσταση που θα προχωρούσε η έλικα θεωρητικά, σε μία πλήρη περιστροφή της, αν ακολουθούσε πιστά την κλίση/γωνία που έχουν τα πτερύγιά της.

Με το μικρό ή ψιλό βήμα (μικρή κλίση), έχουμε: Μεγαλύτερη ταχύτητα περιστροφής, γρήγορη επιτάχυνση, και άνοδο σε μεγάλη γωνία. Με το μεγάλο ή χοντρό βήμα (μεγάλη κλίση) έχουμε: Μικρή ταχύτητα περιστροφής, μικρή επιτάχυνση, ήπια άνοδο.
Το ψιλό βήμα μπορεί να συγκριθεί με την πρώτη ταχύτητα του αυτοκινήτου, ενώ το χοντρό βήμα με την τέταρτη ταχύτητα.

Σε τι μονάδες εκφράζεται η διάμετρος και το βήμα;

Το πιό διαδεδομένο μέτρο έκφρασης των δύο αυτών παραμέτρων/μεγεθών είναι οι ίντσες, και με αυτό έχουμε συνηθίσει να τις μνημονεύουμε και στην πατρίδα μας. Οι Ευρωπαϊκοί κατάλογοι αναφέρουν τα δύο αυτά μεγέθη σε εκατοστά, αλλά υπάρχουν πολλοί που τα αναφέρουν και σε ίντσες.

Εδώ πρέπει να σημειώσουμε το εξής:
Η αντιστοιχία των δύο αυτών μονάδων δεν είναι στρογγυλός αριθμός. Ετσι μία έλικα διαμέτρου 10 ιντσών είναι στην πράξη 25,4 εκατοστά, ενώ αντίστοιχα μία έλικα διαμέτρου 25 εκατοστών είναι στην πράξη 9,84 ίντσες. Οι διαφορές αυτές στις μεγάλες διαμέτρους είναι πρακτικά αμελητέες.

Οσον αφορά τις αντιστοιχίες στα βήματα, δεν παίζει μεγάλο ρόλο αν το ονομαστικό βήμα είναι 6 ίντσες = 15,24 εκ ή 15 εκ = 5,9 ίντσες. Και στις δύο περιπτώσεις το βήμα θεωρείται πρακτικά ίδιο.

Το Γεωμετρικό Βήμα (geometric pitch)

Είναι η γωνία Γ.Β. που σχηματίζεται από την χορδή της αεροτομής (σε οιοδήποτε σημείο του πτερύγιου) και από το επίπεδο περιστροφής της έλικας.

Το Πραγματικό Βήμα (true pitch) και το γλύστριμα (slip)

Πραγματικό Βήμα Π.Β. είναι η πραγματική απόσταση που προχωρεί ανά περιστροφή η έλικα στην πτήση και η οποία είναι μικρότερη από το γεωμετρικό βήμα της. Η διαφορά μεταξύ του πραγματικού και του γεωμετρικού βήματος βρίσκεται στην γωνία προσβολής @ που λειτουργεί η έλικα και καλείται γλύστρημα (slip).

Το γλύστρημα είναι επιθυμητό σε ποσοστό περίπου 10-30%. Χωρίς γλύστρημα δεν υπάρχει γωνία προσβολής @ άρα δεν υπάρχει και παραγωγή έλξης. Το γλύστρημα εξαρτάται από το σχήμα της έλικας, την ευκαμψία του υλικού, την αντίσταση του μοντέλου, κ.α. Το πραγματικό βήμα δεν είναι σταθερό και δεν μπορεί να μετρηθεί επάνω στην έλικα.

Η ανάπτυξη των επι μέρους γεωμετρικών βημάτων στα πτερύγια

Στην πτήση η έλικα περιστρέφεται και συγχρόνως προχωράει. Κάθε σημείο της έλικας, διαγράφει μία ελικοειδή τροχιά μέσα σε ένα υποθετικό κύλινδρο. Αν κόψουμε τον κύλινδρο σε μήκος που αντιστοιχεί σε μία πλήρη περιστροφή και τον αναπτύξουμε σε επίπεδο,θα πάρουμε το παραπλέυρως σχήμα.

Παρατήρησε ότι τα ακροπτερύγια (π.χ. σημείο r4), πρέπει να διανύσουν μεγαλύτερη απόσταση στον ίδιο χρόνο, από ότι τα σημεία κοντά στον άξονα περιστροφής (π.χ. σημείο r1), για να καλύψουν όλα μαζί την ίδια απόσταση πάνω στην γραμμή πτήσης B.
Αν τοποθετήσουμε τις αεροτομές κάθε τέτοιου σημείου (στο σχήμα r1, r2, r3, r4) ώστε να συμπέσει η χορδή τους με την κεκλιμένη γραμμή που αντιστοιχεί στην διαδρομή τους, όλα αυτά τα σημεία θα έχουν το ίδιο γεωμετρικό βήμα (Θ1 = Θ2 = Θ3 = Θ4), αφού στοχεύουν στο ίδιο σημείο.Οι έλικες που έχουν το ίδιο γεωμετρικό βήμα σε κάθε σημείο τους λέγονται σταθερού ή ελικοειδούς βήματος.

Παρατηρούμε ότι παρ' όλο ότι έχουν το ίδιο γεωμετρικό βήμα, η κλίση κάθε σημείου είναι διαφορετική. Τα σημεία στα ακροπτερύγια θα έχουν την μικρότερη κλίση, και αυτά της μέσης την μεγαλύτερη.
Ο αρχάριος δεν μπορεί να αντιληφθεί εύκολα πως με σταθερό γεωμετρικό βήμα σε όλο το μήκος του πτερύγιου το κάθε σημείο πρέπει να έχει διαφορετική κλίση. Ο ορισμός έλικα σταθερής γωνίας προσβολής ίσως ήταν πιό σωστός.

Μεταβολή του γεωμετρικού βήματος κατά μήκος των πτερυγίων της έλικας

Το σταθερό (ελικοειδές) βήμα είναι αποδοτικό μόνο σε μία στενή περιοχή στροφών και ταχυτήτων πτήσης, και γι' αυτό δεν συναντάται συχνά. Οι κατασκευαστές βρίσκουν άλλους συνδυασμούς στην ανάπτυξη των γεωμετρικών βημάτων κατά μήκος του φύλλου, ώστε να πετυχαίνουν καλύτερες αποδόσεις για κάθε στόχο.

Υπάρχει μία θεωρητική καμπύλη κατανομής βήματος, όπου το βήμα αυξάνει εμφανώς από την ρίζα έως το 70% της ακτίνας, και με μικρότερο βαθμό από εκεί προς τα ακροπτερύγια (καμπύλη Νο 2). Αυτές είναι οι έλικες προοδευτικού βήματος. Στην πράξη όμως βλέπουμε αποκλίσεις από την θεωρητική κατανομή, όπως δείχνουν οι άλλες τρείς καμπύλες του σχήματος.

Η καμπύλη Νο 3 αντιστοιχεί σε έλικα με προοδευτικά μικρότερο βήμα προς την περιοχή της ρίζας, για να ελαττωθεί η αντίσταση από αυτό το τμήμα που ούτως ή άλλως δεν προσφέρει πολλά στην έλξη.

Η καμπύλη Νο 4 αντιστοιχεί σε έλικα που, εκτός από το μικρότερο βήμα στην περιοχή της ρίζας, έχει και προοδευτικά μικρότερο γεωμετρικό βήμα στα ακροπτερύγια (αρνητική συστροφή - washout), για να ελαττωθεί η αντίσταση και να αναπτύξει περισσότερες στροφές, όπως ταιριάζει σε ένα μοντέλο ταχύτητας.

Η καμπύλη Νο 1 αντιστοιχεί σε έλικα με προοδευτικά μεγαλύτερο γεωμετρικό βήμα στα ακροπτερύγια, ώστε να είναι λιγότερο θορυβώδης.

Οι τέσσερεις καμπύλες εμφανίζονται χωρισμένες μόνο για την ευκολία αντίληψης των μεγεθών. Στην πραγματικότητα συμπίπτουν στην περιοχή του 70% της ακτίνας.

Επομένως:Σε έλικα με μεταβλητό γεωμετρικό βήμα, όλα τα σημεία θα προχωρούν μαζί (όσο και η πραγματική μετατόπιση της έλικας), όμως θα έχουν διαφορετική γωνία προσβολής, άρα άλλα από αυτά θα έχουν μεγαλύτερο και άλλα μικρότερο γλύστριμα, δηλαδή διαφορετικό πραγματικό βήμα.

Το Ονομαστικό Βήμα (nominal pitch)

Είναι η γωνία που σχηματίζεται από την πίσω επιφάνεια του πτερύγιου (που είναι συνήθως επίπεδη) και του επιπέδου περιστροφής στο 75-80% της διαμέτρου.

Είναι απλά ένα μέγεθος με το οποίο ο κατασκευαστής βαφτίζει το βήμα της έλικας και βάσει του οποίου εσύ την αγοράζεις.

Αν δεις σε έλικα δύο νούμερα βήματος π.χ. 6-10, σημαίνει ότι η ρίζα έχει βήμα 6 και το ακροπτερύγιο 10. Δεν μπορούμε να γνωρίζουμε ποιό θα ήταν το ονομαστικό βήμα της αν την χαρακτηρίζαμε βάσει της προαναφερθείσας συνθήκης (στο 75-80%).

Αν δεις το νούμερο 8+1 ή 8+2 σημαίνει ότι το ονομαστικό βήμα (στο 75-80%) είναι 8 και στα ακροπτερύγια το βήμα είναι αντίστοιχα 1 ή 2 ίντσες μεγαλύτερο.

Το σχήμα

Η μέση έλικα των αερομοντέλων λειτουργεί σε αριθμούς Reynolds ίδιους με αυτούς μιάς πτέρυγας ανεμόπτερου. Αρα αυτό που θεωρείται ιδανικό σχήμα για ένα φτερό ανεμόπτερου, (μεγάλο διάταμα, ελλειπτική κατανομή αεροδυνάμεων) θα είναι ιδανικό και για την έλικα.

Είναι όλο το πτερύγιο αποδοτικό;

Η μεγαλύτερη έλξη παράγεται συνήθως στην περιοχή εκατέρωθεν του 75% της διαμέτρου της. Οι περιοχές στην ρίζα και τα ακροπτερύγια, δεν είναι τόσο αποδοτικές όσο το υπόλοιπο φύλλο. Ειδικά το 25% κοντά στον ομφαλό πρέπει να είναι πολύ ανθεκτικό, και όχι μόνο δεν παράγει έλξη, αλλά τουναντίον παράγει μεγάλη αντίσταση.
Γι' αυτό τον λόγο εφαρμόζουμε στην έλικα κώνο, που καλύπτει αυτή την περιοχή και επιτρέπει την ομαλή ροή αερονηματίων. Π.χ. σε έλικα διαμέτρου 25 εκατοστών συνήθως εφαρμόζεται κώνος διαμέτρου 5,5-6 εκατοστών.

Η αεροτομή των πτερυγίων

Το πτερύγιο της έλικας είναι ένα μικρό φτερό. Οπως λογικά περιμένουμε η αεροτομή του έχει σχήματα γνωστά, όπως καμπύλη με επίπεδη κάτω επιφάνεια (Clark Y), ημισυμμετρική, συμμετρική, και με καμπύλης κάτω επιφάνεια (undercambered). Ελικες με τομή επίπεδης ή καμπύλης πλάκας βρίσκουν καλή εφαρμογή μόνο στα λαστιχοκίνητα. Οπως συμβαίνει και με ένα φτερό ανεμόπτερου, θέλουμε την καλύτερη σχέση άντωσης/αντίστασης.
Πρακτικοί λόγοι αντοχής μας περιορίζουν σε αεροτομές 15-18% στην ρίζα, προοδευτικά λεπτυνόμενες στο 10% στα ακροπτερύγια, ενώ στα 75% της διαμέτρου βρίσκουμε το ιδανικό 12%.

Ο σκληρός δίσκος

"Σκληρός δίσκος" ονομάζεται η πραγματική επιφάνεια που προβάλλουν τα πτερύγια της έλικας σε επίπεδο. Ελικα με μεγαλύτερο σκληρό δίσκο, απορροφά καλύτερα την ισχύ του μοτέρ.
Ο σκληρός δίσκος μπορεί να αυξηθεί με διαπλάτυνση φύλλων, αύξηση της διαμέτρου, ή προσθήκη φύλλων, και φυσικά με συνδυασμό αυτών των παραγόντων. Οι τρείς αυτοί παράγοντες δεν συνεισφέρουν το ίδιο.
π.χ. η αύξηση της διαμέτρου έχει πολύ πιό δραστικά αποτελέσματα από μία απλή διαπλάτυνση των φύλλων. Γι' αυτό οι φαρδειές (κοντές) έλικες έχουν μικρότερη απόδοση από τις λεπτές και μακρυές (με μεγάλο διάταμα).

Ο αριθμός των φύλλων

(Από τον κατάλογο Bolly)

Η πλειονότητα των ελίκων των αερομοντέλων είναι δίφυλλες. Οι τρίφυλλες και οι τετράφυλλες επιλέγονται στα μοντέλα scale αν το πρωτότυπο είχε τέτοια έλικα, και στα λοιπά μοντέλα αν το σύστημα προσγείωσης είναι κοντό, ή για να περιορίσουμε την ταχύτητα των ακροπτερύγιων. Ειδικά σε μοντέλα ταχύτητας και μηχανοκίνητα ελεύθερης πτήσης συναντάμε και μονόφυλλες.

Θόρυβος

Τα τελευταία χρόνια η ηχορύπανση έχει μεγάλη βαρύτητα στον χώρο μας (σε όλο τον κόσμο), προκειμένου να διατηρήσουμε τα μοντελοδρόμια. Οι θόρυβοι που προέρχονται από την εξάτμιση του κινητήρα είναι εύκολο να μειωθούν με τον κατάλληλο σιγαστήρα. Ετσι μένει η δεύτερη πηγή θορύβου, που είναι η έλικα. Οι παράγοντες που υπεισέρχονται στην παραγωγή θορύβου από την έλικα είναι: η γραμμική ταχύτητα των ακροπτερύγιων, το σχήμα των ακροπτερύγιων, και το υλικό κατασκευής.
Τα πιό μαλακά υλικά όπως το ναϋλον παράγουν πιό μαλακό θόρυβο, αλλά επειδή είναι εύκαμπτα, στρεβλώνουν στην πτήση και τελικά παράγουν μεγαλύτερο θόρυβο. Για να φτιάξεις μία άκαμπτη έλικα από ναϋλον, πρέπει να προσθέσεις υλικό, δηλαδή να γίνει βαρύτερη και ακριβώτερη, εκτός του ότι θα μειωθεί και η απόδοσή της.
Ελλατώνοντας την ταχύτητα και χρησιμοποιώντας ένα "καλό" σχήμα ακροπτερύγιου είναι η πιό αποδοτική μέθοδος για την μείωση του εξ' αυτών προερχόμενου ποσοστού θορύβου. Αυτό σημαίνει σε γενικές γραμμές μικρότερη διάμετρο, μεγαλύτερο βήμα, ή περισσότερα φύλλα. Για τον λόγο αυτό συμφέρει να διαλέξεις έλικες "υπερτετράγωνες" δηλαδή με βήμα που να είνα μεγαλύτερο της διαμέτρου.

Π.χ. 11Χ11 = τετράγωνη, 11Χ12, 11Χ13, 11Χ14 = υπερτετράγωνες, 11Χ8, 11Χ9, 11Χ10 υποτετράγωνες.

Ταχύτητα ακροπτερύγιου

Η ταχύτητα του ήχου σε συνήθη ατμοσφαιρική πίεση, είναι περίπου 340m/sec (1224km/h). Οταν η γραμμική ταχύτητα των ακροπτερύγιων της έλικας πλησιάζει τα 237m/sec (853km/h, 0,7mach) εμφανίζονται προβλήματα συμπιεστότητας και ωστικών κυμάτων.
Το όριο της γραμμικής ταχύτητας των ακροπτερύγιων για ήσυχη έλικα είναι τα 180m/sec (648 km/h). Το καλύτερο παράδειγμα έχει δώσει η κατηγορία F3A (ακροβατικά) όπου αποφεύγουν να ξεπεράσουν την ταχύτητα ακροπτερύγιου των 167m/sec = 603km/h).
Οι αντιστοιχίες διαμέτρου έλικας και στροφών ώστε να μην ξεπερνούν το ανωτέρω όριο είναι:
  • Ελικα διαμέτρου 15 ιν = 8.500 σαλ
  • Ελικα διαμέτρου 14 ιν = 9.000 σαλ
  • Ελικα διαμέτρου 13 ιν = 9.500 σαλ
  • Ελικα διαμέτρου 12 ιν = 10.000 σαλ

Το σχήμα των ακροπτερύγιων

Οι κατασκευαστές έδωσαν στις έλικές τους διάφορα σχήματα ακροπτερύγιων στην προσπάθειά τους να προσφέρουν ήσυχες έλικες. Ενα ακροπτερύγιο με μεγαλύτερη αντίσταση, θα παράγει μεγαλύτερο θόρυβο. Το χειρότερο σχήμα σ' αυτή την περίπτωση είναι το τετραγωνισμένο.
Αν και το στρογγυλεμένο ακροπτερύγιο δεν είναι αναγκαστικά το καλύτερο σχήμα, είναι εύκολο να γίνει και να αναπαραχθεί με ακρίβεια και στο άλλο άκρο.
Εχει πλέον αποδειχθεί ότι το καλύτερο σχήμα είναι το οπισθοκλινές 20-35 μοιρών, με διάφορες μορφές, όπως η άκρη από το καμπυλωτό σπαθί (γιαταγάνι).

Αριστερά: έλικα APC. Δεξιά: έλικα BOLLY.

Μονόφυλλες

Οι μονόφυλλες βρίσκουν εφαρμογή στις κατηγορίες F2A (δέσμια ταχύτητας) και F1C (ελεύθερης πτήσης), και σε κατηγορίες λαστιχοκίνητων. Εχουν μεγαλύτερο ποσοστό αποδοτικής επιφάνειας, για την ίδια αντίσταση περιστροφής, και λειτουργούν σε μεγαλύτερο αριθμό Reynolds.

Τις μονόφυλλες τις ζυγίζουμε στατικά προσθέτοντας αντίβαρο στο κομμένο άκρο, που κρύβεται μέσα στον κώνο. Δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτε για την δυναμική ασσυμετρία που αν και είναι ένα αρνητικό στοιχείο στην απόδοση, κυρίως του κινητήρα, παραβλέπεται μπροστά στα άλλα πλεονεκτήματα.

Εστω ότι έχουμε μία μικρή δίφυλλη έλικα ταχύτητας 5,8 Χ 5,8 με χορδή 12 χιλ που γυρίζει πάνω από 25.000 σαλ. Αυτή θα έχει μικρό βαθμό απόδοσης, γιατί πρώτον έχει δύο περιοχές εκατέρωθεν του ομφαλού (25%) που δεν αποδίδουν τίποτε και δεύτερον έχει δύο ακροπτερύγια με μεγάλη αντίσταση και μειωμένη απόδοση.
Μεταφέροντας μόνο την αποδοτική επιφάνεια του ενός πτερύγιου στο άλλο, αυξάνοντας περισσότερο την χορδή και λιγότερο την διάμετρο, καταλήγουμε σε μία ισότιμη (ως φορτίο) μονόφυλλη 6,2 Χ 5,7 με χορδή 17 χιλ.

Σε περιοχές στροφών που λειτουργούν οι αγωνιστικοί κινητήρες, (25-30000) η μεγάλη διάμετρος δεν είναι πρακτική επειδή φορτίζεται με μεγάλες δυνάμεις, το αντίβαρο που χρειάζεται είναι μεγάλο και τα ακροπτερύγιά της πλησιάζουν το πρακτικό όριο των mach 0,7 (εξαιρούνται οι μονόφυλλες των λαστιχοκίνητων).

Τρίφυλλες και τετράφυλλες

Αντίθετα με την κοινή εντύπωση, οι τρίφυλλες και τετράφυλλες δεν λειτουργούν σε τόσο διαταραγμένο αέρα από το προπορευόμενο φύλλο, στην πτήση. Μέχρι πρότινος, ο λόγος που οι πολύφυλλες ήταν αναποτελεσματικές οφείλετο στο υλικό. Φτιαγμένες από ναϋλον έπρεπε να είναι χοντρές και φαρδυές για να αντέχουν τα φορτία. Αναγκαστικά για ίδια ιπποδύναμη κινητήρα, η τρίφυλλη ή τετράφυλλη έπρεπε να έχει μικρότερη διάμετρο.

Οι πολύφυλλες από νήματα άνθρακα ή υάλου, μπορούν να κατασκευαστούν πολύ λεπτές και στενές, και να πλησιάσουν την διάμετρο της αντίστοιχης δίφυλλης, ακόμα και να αποδόσουν καλύτερα από αυτή.

Δεν υπάρχει κάποιος τύπος που να αντικατοπτρίζει την σχέση δίφυλλων και πολύφυλλων. Για να πας από δίφυλλη σε τρίφυλλη, σίγουρα θα επιλέξεις το ίδιο βήμα, αλλά θα πρέπει να επιλέξεις μικρότερη διάμετρο. Το πόσο εξαρτάται από την μάρκα και το υλικό.
Εστω ότι έχουμε ένα ακροβατικό με μία 60άρα που έχει ικανοποιητική άνοδο με μία 12Χ6. Αν πρέπει να επιλέξουμε τρίφυλλη από εμπλουτισμένο ναϋλον που θα γυρίζει στις ίδιες στροφές, θα πάμε στην 10Χ6, που ουτε κατά διάνοια μπορεί να πλησιάσει την ανάγκη έλξης για άνοδο εξ αιτίας της μικρής της διαμέτρου.
Αντίθετα μία σωστά σχεδιασμένη και κατασκευασμένη τρίφυλλη από ίνες άνθρακα ή υάλου μπορεί να έχει διάμετρο έως και 90-95% της αρχικής δίφυλλης, δηλαδή 11,25 Χ 6.

Ελικες με διπλούμενα φύλλα (folding props)

Οι έλικες με διπλούμενα πτερύγια εφαρμόζονται σε ηλεκτροκίνητα ανεμόπτερα και ελικοφόρα ελεύθερης πτήσης. Στην φάση της έλξης η φυγόκεντρος φέρνει τα πτερύγια σε κανονική θέση ενώ, στην φάση της ολίσθησης η αντίσταση του αέρα (ίσως και άλλος κατάλληλος μηχανισμός), τα φέρνουν σε θέση παράλληλη με την μύτη της ατράκτου. Ετσι και μειώνεται η αντίσταση της ολίσθησης, και προστατεύεται η μαλακή έλικα από την προσγείωση (τα περισσότερα από αυτά τα μοντέλα δεν έχουν σκέλη προσγείωσης, αλλά προσγειώνονται με την κοιλιά).

Ελικες με μεταβαλλόμενο βήμα στην πτήση (variable pitch)

Την δεκαετία του 80 ορισμένοι πρωταθλητές εφοδίασαν τα ακροβατικά τους μοντέλα με έλικες μεταβαλλόμενου βήματος μέσω της τηλεκατεύθυνσης. Οι κινητήρες της εποχής ήταν πολύστροφοι, και στην άνοδο το μοντέλο χρειαζότανε λεπτότερο βήμα απ' ότι στην ευθεία οριζοντία. Επίσης υπήρχαν ασκήσεις με παρατεταμένη κατακόρυφη βύθιση, που ήθελαν αρνητικό βήμα για να φρενάρουν.
Ο μηχανισμός της έλικας με μεταβαλόμενο βήμα ήταν πολύπλοκος, και ακριβός. Η ιδέα εγκατελήφθη πολύ σύντομα. Τέτοιοι μηχανισμοί ίσως να εφαρμοστούν σήμερα σε μοντέλα scale.
Μεταβαλόμενο βήμα έχουν τα αγωνιστικά λαστιχοκίνητα της κατηγορίας F1D, που στο μέσον της πτήσης, το βήμα μειώνεται, η έλικα γυρίζει πιο γρήγορα, και πετυχαίνουν να εκτελέσουν και δεύτερη άνοδο στην ίδια πτήση.

Ελικες με ανάποδο βήμα (pushers)

Ο άξονας των κινητήρων εσωτερικής καύσης των αερομοντέλων, περιστρέφεται όπως και οι δείκτες του ρολογιού (όταν τον βλέπουμε από πίσω). Αν αντί για έλξη (από την μύτη της ατράκτου), επιθυμούμε να έχουμε ώση (από το πίσω μέρος του φτερού), πρέπει να τοποθετήσουμε τον κινητήρα ώστε να κοιτάει προς τα πίσω, και να τον κάνουμε να περιστραφεί αντίστροφα. Αυτό απαιτεί άλλο άξονα με χρόνισμα αντίθετης λειτουργίας. Σχεδόν κανένας κατασκευαστής δεν έχει τέτοιο άξονα. Αρα δεν έχουμε άλλη λύση από το να γυρίσει κανονικά και να του βιδώσουμε μία ανάποδη έλικα (pusher).

Διευκρίνηση: ανάποδη δεν είναι η έλικα που απλά την βιδώνουμε ανάποδα (μπρός - πίσω). Ανάποδη είναι η έλικα που έχει βήμα αντίθετης φοράς από ότι η κλασσική.

Δυστυχώς η προσφερόμενες στο εμπόριο ανάποδες έλικες δεν έχουν μεγάλη ποικιλία διαμέτρου/βήματος.

Τα ηλεκτρικά μοτέρ δεν χρειάζονται ανάποδη έλικα για να σπρώξουν. Αρκεί να αντιστρέψεις την πολικότητα της τροφοδοσίας τους και αυτά θα γυρίσουν αντίστροφα, οπότε δέχονται τις κλασσικές έλικες. Η μόνη περίπτωση να χρειαστεί ανάποδη έλικα στα ηλεκτροκίνητα είναι σε δικηνιτήρια, που επιθυμούμε η μία να έχει αντίστροφη περιφορά από την άλλη (counter rotation).

Στατικές έλικες (static props)

Ενα μοντέλο scale (μακέττα) διαγωνίζεται στην στατική επίδειξη, και στην πτήση. Η έλικα που χρησιμοποιείται στην πτήση επιλέγεται, σύμφωνα με αυτά που αναπτύσσουμε από τις έτοιμες του εμπορίου. Αλλά αυτή η έλικα δεν έχει καμμία σχέση με την παρουσίαση της μακέττας. Δεν είναι scale. Για την στατική βαθμολογία επιτρέπεται να αλλαχθεί η έλικα της πτήσης με μία "στατική". Οι στατικές έλικες φτιάχνονται με την κλίμακα και την ίδια προσοχή που φτιάχνεται το σύνολο της μακέττας. Πολύ σπάνια, φτιάχνονται από ξύλο έλικες scale, ιδίως για τα αεροπλάνα της προ 1920 εποχής, που αντέχουν και χρησιμοποιούνται και στην πτήση. Το ίδιο μπορεί να δεί κανείς και σε λαστιχοκίνητα scale.

Τι είναι η γρήγορη έλικα;

Είναι η έλικα που μπορεί να γυρίζει γρηγορώτερα (στον ίδιο κινητήρα) από άλλη με ίδια ονομαστικά μεγέθη διάμετρο και βήμα.
Οι συνηθέστερες αιτίες είναι:
  • μικρότερο γεωμετρικό βήμα (κατά λάθος ή ξεπίτηδες για διαφημιστικούς λόγους)
  • προοδευτική μείωση γεωμετρικών βημάτων προς τα ακροπτερύγια
  • μικρότερη επιφάνεια φύλλων
  • λεπτότερη αεροτομή
  • πιό συμμετρική αεροτομή
  • διαφορετική κατανομή επιφάνειας (λιγότερη στα ακροπτερύγια)
  • ελλειπτικό ή φάλτσο ακροπτερύγιο
Μια γρήγορη έλικα μπορεί να είναι καλύτερη ή χειρότερη για μία συγκεκριμένη περίπτωση. Δεν πρέπει να βασίζεσαι μόνο στο στροφόμετρο.

Επάνω: φάλτσο ακροπτερύγιο. Κάτω: τετράγωνο ακροπτερύγιο

Φτερωτές (impellers)

Μία έλικα πολύ μικρής διαμέτρου, δεν είναι αποδοτική. Αυτή η περίπτωση βελτιώνεται αν η έλικα γυρίζει μέσα σε ένα αγωγό. Τότε την ονομάζουμε φτερωτή (impeller). Το όλο σύστημα φτερωτής και σωλήνα λέγεται φάνα (ducted fan).

Τα ακροπτερύγια της φτερωτής εκτείνονται έως το εσωτερικό τοίχωμα του αγωγού, ίσα-ίσα να μην τον ακουμπούν. Ετσι μειώνονται οι στρόβιλοι στα ακροπτερύγια σαν να είχαμε δισδιάστατη ροή. Για να αυξηθεί η ικανότητα απορρόφησης της ενέργειας του κινητήρα ή μοτέρ που την γυρίζει η φτερωτή έχει:

  • περισσότερα πτερύγια (3,5,6 ή περισσότερα πτερύγια)
  • πιό πλατειά πτερύγια
  • μεγαλύτερη συχνότητα περιστροφής

    Επειδή η ροή που δημιουργεί η φτερωτή είναι πολύ ελικοειδής, πίσω ακριβώς από αυτή στήνεται ένας "στάτορας", δηλαδή ακίνητα πτερύγια, με προσεκτικά επιλεγμένη κλίση, ώστε να απαλύνουν όσο το δυνατόν την περιστροφική κίνηση της ροής, χωρίς να μειώνουν την ενέργειά της.

    Ο κινητήρας εσωτερικής καύσης μπορεί να στηρίζεται πρίν ή μετά από την φτερωτή. Είναι προφανές ότι το σώμα του κινητήρα και ο σιγαστήρας/πίπα μπλοκάρουν μέρος του δίσκου. Ηπιότερα είναι τα προβλήματα αν η φτερωτή συνδυάζεται με ηλεκτρικό μοτέρ που δεν έχει μεγάλη προβαλόμενη επιφάνεια ούτε παρελκόμενα που εμποδίζουν.

    Ενα ηλεκτροκίνητο ducted fan της GWS.

    1. Τρίφυλλη φτερωτή, 2. Σωλήνας 3. Στάτορας

     

    Βαθμός απόδοσης

    Ο βαθμός απόδοσης (ή λόγος απόδοσης) της έλικας, όπως και για άλλες περιπτώσεις είναι το κλάσμα: αποδιδόμενο έργο / προσφερόμενο έργο.

    Το αποδιδόμενο έργο ισούται με το γινόμενο της έλξης (της δύναμης που η έλικα έλκει), επί την απόσταση που έλικα μετακινείται (στην πράξη μαζί με το αεροπλάνο).

    Ετσι όταν είτε η έλξη, είτε η μετατόπιση, είναι μηδέν, και το αποδιδόμενο έργο είναι μηδέν, και η απόδοση είναι και αυτή μηδέν.

    Αρα αν η έλικα προωθείται κάθε περιστροφή όσο και το βήμα της, αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει γωνία προσβολής, άρα δεν υπάρχει και έλξη. Αντίστοιχα αν το αεροπλάνο είναι ακίνητο στο έδαφος ενώ η έλικα γυρίζει, δεν υφίσταται μετατόπιση. Μεταξύ αυτών των δύο ακραίων περιπτώσεων βρίσκονται οι πραγματικές συνθήκες της πτήσης.

    Μερικοί ισχυρίζονται ότι όταν η έλικα έχει γλύστριμα 30% σημαίνει ότι η έλικα έχει βαθμό απόδοσης 70%. Ομως αυτός δεν είναι ο σωστός τρόπος να υπολογίσεις τον βαθμό απόδοσης, αφού αφορά σύγκριση αποστάσεων και όχι έργων.

    Υπολογισμός βαθμού απόδοσης έλικας (σε υποθετική περίπτωση)

    Υπευθυμίζουμε ότι:
    • Στην ισοταχή πτήση, η έλξη ισούται με την αντίσταση του αεροπλάνου (που είναι εύκολο να υπολογιστεί).
    • Αν την σχέση [ έργο = αντίσταση * μετατόπιση ] διαιρέσουμε επί τον χρόνο (sec) παίρνουμε την σχέση [ [ έργο/sec = αντίσταση * μετατόπιση / sec ] ή [ ισχύς = αντίσταση * ταχύτητα ].
    Εστω ότι η αντίσταση ενός μοντέλου σε ταχύτητα V = 125 km/h (= 25 m/sec), είναι = 3,5 kgf (= 35 Newtons), και η ισχύς που έχει ο άξονας του κινητήρα σε αυτή την περίπτωση είναι : 1,5 hp (= 1120 joule/sec).

    Παραγόμενο έργο από την έλικα ανά δευτερόλεπτο : (δύναμη) 35 * (ταχύτητα) 25 = 875 joules
    Προσφερόμενο έργο στην έλικα ανά δευτερόλεπτο : 1120 joules

    Αρα απόδοση ισούται με 875/1120*100 = 78%

    ΥΛΙΚΟ

    Ξύλο

    Το ξύλο ήταν το καλύτερο υλικό για έλικες έως την εφαρμογή των συνθετικών πλαστικών. Οι ξύλινες διατηρούν το βήμα τους, είναι ελαφρύτερες, έχουν μικρότερη γυροσκοπική αντίδραση, ζυγίζονται ευκολώτερα, εμφανίζουν λιγότερους κραδασμούς, αντέχουν σε ταχεία περιστροφή μειώνοντας τον κίνδυνο να εκτοξεύσουν κάποιο σπασμένο φύλλο από την φυγόκεντρο και την κόπωση. Μεταποιούνται ευκολώτερα και φινίρονται σε γυαλιστερή επιφάνεια με βερνίκι. Το μειονέκτημά τους είναι η μικρή αντοχή τους σε μία απλή επαφή με τον διάδρομο στην προσγείωση, και σπανιώτερα η τάση τους να σκευρώσουν.

    Νάϋλον

    Οι έλικες από σκέτο νάϋλον είναι καλές μόνο για να ανακατεύεις τις μπογιές σου. Στην πτήση τα πτερύγιά τους στρεβλώνουν μεταβάλλοντας το βήμα, ταλαντούνται εμπρός πίσω, και σπάνε ευκολώτατα εκτοξεύοντας τα φύλλα, ιδίως στον κρύο καιρό. Απαιτούν ένα ελάχιστο ποσοστό υγρασίας για να διατηρούν την σχετική αντοχή τους.
    Τις περισσότερες φορές έχουν μεγάλη ανισότητα στην κατανομή του υλικού, που κάνει την ζυγοστάθμισή τους δύσκολη και χρονοβόρα. Οι μεγάλες ναϋλον είναι τόσο βαριές, που με την φυγόκεντρο μπορεί να εκταθούν ως και 3 χιλιοστά σε κάθε φύλλο.
    Είναι η φθηνή λύση για τα μικρότερα μοντέλα των αρχαρίων που προσγειώνονται ανώμαλα. Ποτέ μη βάλεις απλή ναϋλον έλικα σε κινητήρα μεγαλύτερο από .25κ.ι. (4 κ.ε.).

    Εμπλουτισμένες νάϋλον (glass reinforced nylon)

    Οι περισσότερες έλικες που συναντάμε σε καθημερινή βάση είναι νάϋλον εμπλουτισμένες με μικρές ίνες υάλου σε ποσοστά 30-50%. Και αυτές έχουν τα μειονεκτήματα του απλού νάϋλον, αλλά σε μικρότερο βαθμό.

    Το βασικότερο μεινέκτημα είναι και εδώ το όριο στις καταπονήσεις της περιστροφής. Μία έλικα εμπλουτισμένου ναϋλον που θα μπορούσε να αντέξει στις 50.000 σαλ σε ένα ηλεκτροκινητήρα (που δεν έχει κραδασμούς) μπορεί να σπάσει στις 15.000 σαλ σε ένα δίχρονο ή τετράχρονο κινητήρα από τους κραδασμούς.

    Για τον μέσο αερομοντελιστή οι έλικες από εμπλουτισμένο ναϋλον είναι η στάνταρ επιλογή. Είναι φθηνές και οι καλές μάρκες έχουν καλή απόδοση. Το μειονέκτημα είναι ότι υπάρχει και πλήθος από μάρκες (ανάμεσα στις αρχαιότερες), που δεν έχουν σχεδιαστεί ή κατασκευαστεί σωστά.

    Εποξικές με νήματα υάλου/άνθρακα

    Οι έλικες από εποξική ρητίνη είναι εμπλουτισμένες με νήματα υάλου ή άνθρακα. Τα νήματα αυτά δεν είναι μικρά κομματάκια (όπως στις νάϋλον), αλλά μακρυά νήματα που έχουν αναπτυχθεί με προσοχή μέσα στο καλούπι, και τρέχουν από άκρη σε άκρη.
    Το μυστικό της καλής ποιότητας και αντοχής βρίσκεται στην χρήση σωστής ρητίνης και στην πάκτωση όσο περισσότερης ποσότητας ινών είναι δυνατόν μέσα στο καλούπι (55-65%). Γι' αυτό μόλις βγαίνουν από το καλούπι έχουν γύρω - γύρω ένα λεπτό στρώμα υλικού (flash) που χρειάζεται να αφαιρεθεί και να φινιριστεί η περιφέρεια. Αυτό αυξάνει το κόστος των εργατικών που έχει και την μεγαλύτερη συμμετοχή στο συνολικό κόστος της. Κάθε μία έλικα χρειάζεται από 15 έως 115 εργατολεπτά για την ολοκλήρωσή της (ανάλογα και με το μέγεθος).

    Οι "υάλου" μπορεί να παραχθούν σε οιοδήποτε χρωματισμο, ενώ οι "άνθρακα" πάντα θα ειναι μαύρες. Πληροφοριακά τα νήματα aramide (Kevlar) είναι πολύ εύκαμπτα για να παραχθεί από αυτά μία έλικα.
    Οι εποξικές έλικες έχουν την μεγαλύτερη αντοχή (στον αέρα) και την μικρότερη παραμόρφωση από τα φορτία, και γι' αυτό μπορούν να κατασκευαστούν με στενά και λεπτά φύλλα. Δυστυχώς και αυτές τραυματίζονται αν ακουμπήσουν το έδαφος κατά την λειτουργία τους.

    Πολλές που εξωτερικά εμφανίζουν ύφασμα νημάτων άνθρακα, στον πυρήνα τους έχουν νήματα υάλου για οικονομία υλικού, αλλά έτσι αυξάνουν την αντοχή στην θραύση. Οι "υάλου" φαινομενικά παράγουν ένα πιό μαλακό θόρυβο, και οι "άνθρακα" παράγουν ένα πιό μεταλλικό θόρυβο. Ασχετα με το τι νομίζει το αυτί, τα όργανα δείχνουν ότι πιό αθόρυβες είναι οι δεύτερες.

    Γενικά μία έλικα υάλου/ρητίνης μπορεί να αντικαταστήσει επαξίως μία έλικα άνθρακα/ρητίνης, εκτός από τις περιπτώσεις των πολύ υψηλών στροφών.

    [ Β' μέρος ]


    [ Τύποι κινητήρων ] - [ Τα μέρη των κινητήρων ] - [ Αρχή λειτουργίας ] - [ Ο κυβισμός ] - [ Η εκκίνηση ] - [ Το στρώσιμο ] - [ Κινητήρες ABC ] - [ Το καρμπυρατέρ ] - [ Σιγαστήρες ] - [ Συντονιζόμενες εξατμίσεις ] - [ Ροπή και Ισχύς ] - [ Φροντίδα - Συντήρηση ] - [ Βάσεις ] - [ Ψύξη ] - [ Δεξαμενές υγρών καυσίμων ] - [ Το μπουζί πυράκτωσης ] - [ Καύσιμα ]
  •  

    Πρώτη σελίδα/Home Περιεχόμενα