26. Elisa

ELISA JE KOT ROČICA DISKA
Rankin in Fraude sta že v 19. stoletju naredila prve raziskave za ladijski vijak, osnovne enačbe pa še danes veljajo. Elisa je obravnavana kot ročica diska, katera prenaša moč iz osi na tekočino. Najbolj sta obdelala obliko in število krakov, ideja pa je bila osnovati princip za sistematično preizkušanje različnih oblik elis.

ZMOGLJIVOST ELISE
Na prvi risbi elisa predstavlja disk s premerom D. Pri vrtenju krakov se pred diskom zmanjša tlak čez celo lice diska do neke razdalje pred njim. Pri disku je tlak p, na neki razdalji pred diskom pa statični tlak Po. Ker se energija elise prenaša na zrak je takoj za eliso tlak dp za malenkost višji (p + dp). Daleč za diskom elise se tlak zopet vrne nazaj v statično vrednost Po. Domneva, da je sprememba tlaka razširjena čez celo površino diska je napačna, posebno v središču diska.
Elisi je možno določiti razmerje od dobavljene energije preko osi, do oddanega dela ali učinkovitost:

Zmogljivost = Ep = oddana moč / gnana moč = potisk x (hitrost / moč)

Razlika tlakov pred in za diskom ustvarja potisk, ki ga enostavno dobimo z množenjem razlike dp s površino diska (D = premer diska):

Potisk = 0,7854 x D^2 x dp

Po Bernoullijevi teoriji sledi, da ko se tlak pred diskom zmanjša, pospeši tok zraka v smeri elise. Hitrost pospešenega toka skozi disk in hitrost letala se seštevata. Za eliso se tlak poveča in pospeši tok zraka stran od elise s hitrostjo V+2v. Polovica pospešenega toka zraka se dogodi pred eliso in pol za njo. Primer pospešenega toka pred in za eliso prikazuje risba.

Elisa kot ročica diska

Razmerje med v in V je zelo pomembno. Primerjava s hitrostjo letenja s povečanjem hitrosti toka skozi disk imenujemo faktor pretoka in se označuje z malo črko a.

Faktor pretoka = a – v / V

Zveza potiska pri hitrosti letenja in pretočni faktor določata zvezo idealno zmogljive elise. Rezultat je vedno manjši od 1.

Idealna zmogljivost = Ei = (potisk x hitrost)/((potisk x (V + v)) = (T x V)/((T x (V + v))

Ker je v/V=a, črtamo faktor potiska in poenostavimo enačbo:

Ei = 1 / (1+a)

Sedaj lahko merimo pravi potisk in pretočni faktor za realno eliso in primerjamo z idealnim, ki določa najvišjo mejo pri določeni hitrosti in razpoložljivi moči. Izjemno dobro oblikovana elisa lahko prekorači 90% zmogljivosti pri najboljših pogojih. Slaba elisa pri enakih pogojih doseže le do 50% zmogljivosti. Zaradi tega je jasno, da zmogljivosti elise ne smemo zanemariti. Pri dobro izbrani elisi lahko za isti učinek uporabimo do 40% manj moči motorja.

IDEALNA ENAČBA
Večja je hitrost pospešenega toka skozi eliso, večji pretočni faktor ima. Če se npr. Poveča hitrost toka in doda hitrosti toka pri elisi tako, da je enak hitrosti letenja, potem za eliso nastane V+2V=3V. Razmerje v/V je 1 in idealna zmogljivost 0,5. Če je pretočni faktor majhen in poraste zmogljivost (če je samo 1/10 V), potem je pospešen tok za eliso V+(1/5 x V) ali 1,2 V, pri idealni zmogljivosti 0,909. Dani potisk lahko dosežemo na dva načina; z uporabo velikega premera elise z manjšimi vrtljaji, ki proizvede manjšo razliko tlakov na veliki površini diska, ali z velikimi vrtljaji majhne elise, ki ustvari večjo razliko tlakov na manjši površini. Velik premer elise kaže, da bo bolj zmogljiva, kar na splošno velja za vse modele.
Elise na pravih letalih imajo omejen premer zaradi omejene obodne hitrosti konca kraka. Če se obodna hitrost približa hitrosti zvoka, zmogljivost elise pade. Elise modelov redko dosežejo take hitrosti, čeprav je možno tudi to. Pri modelih je premer elise omejen na drugačen način. Višina podvozja in oddaljenost konca elise od tal določa maksimalni premer elise, čeprav bi bilo za boljšo zmogljivost možno uporabiti večjo eliso.
S premerom elise pa ne smemo pretiravati, saj večja elisa pri preobremenjenem motorju ne more ustvariti več potiska kot nekoliko manjša elisa. Dejstvo je, da na dveh enakih motorjih, en z reduktorjem in veliko eliso, drugi pa brez reduktorja in majhno eliso, dobimo veliko razliko. Večji vlek se doseže na večji in počasneje vrteči se elisi. Tu najbolj pride do izraza razmerje med premerom elise in korakom.
Faktor pretoka je odvisen tudi od hitrosti letenja. Pri manjši hitrosti letenja je faktor pretoka večji in obratno. Če model stoji na tleh z delujočim motorjem je hitrost 0, kakšna je hitrost toka skozi eliso ni pomembno saj je zmogljivost elise 0. Ko se hitrost modela poveča, naraste tudi zmogljivost. Najvišja zmogljivost elise je odvisna od upora, ki se s hitrostjo povečuje. Ko je upor celotnega modela enak potisku, elisa doseže največjo možno zmogljivost pri ravnem letu. Razmere med vzpenjanjem so enake, le model težje doseže hitrost pri kateri je potisk enak uporu modela.
Če je elisa oblikovana za točno določen režim letenja pri določeni hitrosti in moči, bo elisa najbolj zmogljiva le pri tem režimu letenja, pri ostalih režimih pa slabše. Pri uporabi elise za doseganje velike hitrosti, bo med pristajanjem, ko je hitrost modela majhna, njena zmogljivost zelo majhna. Potrebujemo pa tudi okreten model in hitre pospeške, zato je pri elisah s stalnim korakom potrebno poiskati kompromis. Elise za velike hitrosti imajo zelo ozek pas zmogljivosti, zato niso primerne za akrobatsko letenje, kjer hitrost letenja med akrobacijami stalno niha. Pri navpičnem vzpenjanju je hitrost letenja manjša, zato za ohranjanje vzpenjanja potrebujemo eliso, ki je zmogljiva pri manjših hitrostih. Kljub temu pa za določene manevre potrebujemo hitre pospeške in doseganje višjih hitrosti, zato potrebujemo eliso z velikim razponom zmogljivosti.

ELISA JE SISTEM VRTEČEGA SE KRILA
Bolj podroben pogled na eliso nam pokaže, da je vsak krak krilo, ki se vrti. Zelo poenostavljeno nam to prikazuje risba.

Preprosta elisa iz dveh lopatic

Vsako krilo je pod določenim vpadnim kotom, kar pri elisi imenujemo korak in je pot, ki jo krilo naredi v enem obratu. Sila upora se vrtenju upira in ustvarja vrtilni moment, ki je nasproten smeri vrtenja. Ta vrtilni moment je vzrok za moment valjanja, katera smer je odvisna od smeri vrtenja elise. Ko je vrtilni moment elise enak vrtilnemu momentu motorja, doseže elisa najvišje razmerje vrtenja. Ena pot za povečanje učinkovitosti elise je zmanjšanje upora na krakih, kar dovoli višje razmerje vrtenja pri dani moči motorja. Na podlagi tega se poveča razlika tlakov pred in za vrtečim se diskom elise, zato se poveča vlečna sila. Kot pri krilu proizvaja vsak krak elise dvojni upor; inducirani upor in upor profila.
Ko kraki elise proizvajajo vzgon z razliko tlakov se pojavijo vrtinci na zunanjem in notranjem delu vsakega kraka. Ti vrtinci so odvisni od vitkosti, oblike in zvitosti kraka. Zaradi vrtenja elise, ki se vrti na določeni osi, se vsak del elise vrti z različno hitrostjo glede na zrak. Večja kot je razdalja od osi vrtenja, večjo hitrost dosega.
Kot na krilu se lahko tudi na kraku elise poruši vzgon ali proizvaja velik upor pri majhnem vzgonu. Če se krak sreča z zrakom pod negativnim kotom pa lahko proizvede celo obratno vlečno silo.
Vse te napake in izgube so neizbežne v določenem obsegu, zato se takrat zmanjša učinkovitost elise in ne more doseči idealnega razmerja. Te izgube teoretično lahko odpravimo, vendar mora biti elisa oblikovanja tudi za doseganje velikih obremenitev pri visokih vrtljajih, kjer se ne zvija ali razpade. Zaradi tega je elisa v korenu zelo odebeljena.

Objave iz iste kategorije: