Gli aerei hanno marce fisse (quando ne hanno affatto)! Tuttavia in un certo senso un'elica a passo variabile può essere considerata analoga alla trasmissione di un'auto ed era manuale in alcuni aerei.

La potenza trasmessa dall'elica è, entro un intervallo ragionevole, proporzionale alla sua velocità di rotazione . E così è, sempre entro un intervallo ragionevole, la potenza prodotta dal motore. Quindi, per gli aerei lenti, un'elica a passo fisso collegata da un carrello fisso fa un lavoro decente. Quando si apre l'acceleratore, la velocità del motore aumenta, così fa l'elica ed è esattamente ciò che deve fare per trasmettere la potenza. Gli aerei più semplici non hanno affatto ingranaggi e l'elica è montata direttamente sull'albero del motore, i motori di potenza superiore spesso hanno un riduttore 2: 1 poiché il regime del motore sarebbe troppo alto per un'elica.

Ora a velocità più elevate , il passo apparente dell'elica si riduce poiché l'aria è già in movimento, quindi girerebbe sempre più velocemente e alla fine troppo velocemente per il motore. Per contrastare questo problema, i velivoli ad elica più veloci hanno un'elica a passo variabile. All'aumentare della velocità, è impostato su un angolo di attacco più alto (più grossolano) in modo da continuare a fornire potenza senza aumentare il numero di giri.

Le prime eliche a passo variabile avevano il passo controllato manualmente, ma abbastanza rapidamente furono sviluppate eliche a velocità costante (molte Gli aerei della seconda guerra mondiale li avevano già) dove un peso su molla controlla il passo dell'elica in modo che venga mantenuto un regime costante. Le unità controllate manualmente richiedevano molta attenzione e il sistema a velocità costante è piuttosto semplice, quindi il controllo manuale del passo è stato rapidamente abbandonato.

E questo è un po 'equivalente alla perfetta trasmissione a ingranaggi variabili. Il pilota ha ancora una leva dell'acceleratore e una leva del passo dell'elica e seleziona la potenza e il regime in modo indipendente. Un numero di giri più alto consente una potenza maggiore, ma non la richiede, quindi l'atterraggio viene solitamente eseguito con una potenza bassa, ma il regime massimo in modo che il motore reagisca rapidamente se viene aggiunta potenza (non è necessario che giri). Durante la crociera viene selezionato un valore più moderato (secondo le raccomandazioni del produttore) per ridurre l'usura del motore.

I motori turboelica hanno sempre eliche a velocità costante, perché in un motore a turbina la differenza tra la velocità della turbina al minimo e alla massima potenza non è in realtà così grande. Anche in questo caso il numero di giri limita la potenza massima, quindi l'atterraggio viene effettuato con bassa potenza, ma alto numero di giri e il motore reagisce rapidamente quando viene aggiunta potenza.

Infine i motori turbogetto / turbofan girano semplicemente le turbine ei compressori quando necessario . In realtà non è molto diverso dall'elica fissa, anche se i motori a reazione ora hanno solitamente alette di guida variabili nello statore (che sono semplicemente collegate al numero di giri).

Poiché la maggior parte dei motori degli aeromobili non ha affatto la trasmissione a ingranaggi:

^{Immagine da wiki}

Il la potenza viene trasmessa direttamente dalla turbina al compressore con un albero rigido.

È vero, però, che alcuni motori ce l'hanno, in particolare i motori ad elica:

^{Immagine da ATSB}

ma devi renderti conto che questo è un rapporto di trasmissione fisso, non è coinvolto alcun cambio di marcia e quindi , non è richiesta alcuna "trasmissione" manuale o automatica.

Quello che potresti avere, nei motori ad elica "vecchio stile", sono leve / manopole diverse per pressione / acceleratore del collettore, passo dell'elica e miscela.

Coppia

Sospetto che la vera risposta sia la coppia.

Regime del motore a veicolo fermo

I motori degli aerei non hanno o necessitano di più marce perché il motore non sposta l'aereo da fermo applicando la coppia alle ruote. Invece un motore aeronautico può funzionare a pieno regime mentre l'aereo è fermo all'inizio di una pista.

Se metti la marcia più alta (6a?), la giri al massimo (8000?) e lasci cadere la frizione, qualcosa si spezzerebbe - per lo meno bruceresti la frizione e gattonerai via lentamente. I motori degli aerei non hanno o hanno bisogno di una frizione, in definitiva perché spingono l'aria, non fanno girare le ruote sull'asfalto.

È necessario un rapporto di trasmissione variabile nei veicoli stradali (auto, biciclette, ecc.) per far corrispondere le capacità di velocità e coppia del motore primo (motore a gas, potenza della gamba umana, ecc.) ai requisiti di velocità e coppia della strada ruote in condizioni variabili di velocità del veicolo, pendenza stradale, ecc. Fondamentalmente, è necessario (o almeno vantaggio) variare il vantaggio meccanico tra il motore primo e la ruota motrice.

Il motore primo (motore a reazione oa pistoni, turboventola o elica) in un aeromobile produce una spinta in gran parte indipendente dalla velocità relativa, quindi per molti aeromobili non è richiesto un rapporto di trasmissione variabile. Per gli aeromobili ad elica, può essere utile variare il vantaggio meccanico tra il propulsore e il flusso d'aria. Non viene eseguito mediante un rapporto di trasmissione variabile, ma variando il passo dell'elica. Per prima cosa, la variazione del passo può variare il vantaggio meccanico su un intervallo continuo in cui un cambio è limitato a pochi passaggi fissi. Dall'altro, i sistemi di ingranaggi aggiungono molto peso. Cambiare marcia significherebbe scollegare il motore dall'elica quando viene selezionato un rapporto di trasmissione diverso: questo è un grosso problema di affidabilità / sicurezza e, per un motore a pistoni, non potrebbe nemmeno essere praticabile. I motori a pistoni non possono funzionare senza un volano; in un aereo, l'elica funge da volano.

Quindi, laddove i vantaggi del vantaggio meccanico variabile giustificano il costo aggiuntivo, il peso e la complessità, viene montata un'elica a passo variabile.

Alcuni sistemi a passo variabile forniscono una leva che controlla direttamente il passo: il pilota sposta la leva in un intervallo compreso tra "fine" (il motore ottiene un vantaggio meccanico maggiore, adatto al decollo) e "grossolano" ( motore ha meno vantaggio meccanico, adatto per la crociera).

Altri sistemi a passo variabile forniscono una leva che seleziona un regime motore target. Il sistema di controllo del passo regola continuamente il passo dell'elica nel tentativo di mantenere il regime selezionato. Il pilota utilizza l'acceleratore per aumentare o diminuire la spinta del motore e il controllo del passo per ottimizzare il regime del motore per le condizioni operative (decollo, salita, crociera, ecc.). Su un PA32-300, ad esempio, il controllo del passo sarebbe completamente in avanti (RPM max) per taxi, decollo e salita iniziale, ma verrebbe leggermente regolato indietro per ridurre la crociera giri / min del motore (e consumo di carburante).

Potresti pensare ai sistemi di controllo del passo che ho descritto come analoghi rispettivamente a un cambio manuale e automatico, ma l'analogia è al massimo sciolta.

Risposta leggermente diversa dall'ultima. I motori ad aria compressa non richiedono molta coppia per spingere attraverso l'attrito viscoso che resiste alla corsa della lama. Ecco perché i quadrirotori funzionano e tuttavia sono molto leggeri.

Confronto semplice, spingere contro un muro e c'è una forza normale che respinge. Ora agita il braccio in aria. L'unica forza che resiste è una funzione della velocità del tuo braccio. È minuscolo.

Poiché non è necessario utilizzare la riduzione del cambio per aumentare la coppia come altre applicazioni, non hanno bisogno di una trasmissione con cambio marcia. Infatti l'effetto Bernoulli agisce sulla spinta del flusso d'aria sopra la pala, quindi si desidera che le eliche girino il maggior numero di volte possibile per ottenere la massima portanza. Ad esempio, i motori elettrici per quadrirotori girano a 10000 RPM. Controllano la velocità di rotazione del motore attraverso la regolazione di aria e carburante per i turboprop o la modulazione della larghezza di impulso per i motori elettrici. Anche le turbine sono aria e carburante, credo, ma non è la mia esperienza.

I simulatori di volo non hanno trasmissioni a ingranaggi perché gli aerei reali non hanno trasmissioni a ingranaggi. La cosa più vicina a un aereo è un'elica a passo variabile.

Con un veicolo con ruote, il numero di giri del motore è facilmente calcolato come rapporto con la velocità di avanzamento e il cambio. Non c'è niente del genere con un aereo.

Un altro fattore non menzionato è che nei veicoli terrestri le marce vengono utilizzate per viaggiare lentamente, quindi il motore può rimanere nel suo raggio di azione. Ma un aeroplano non volerà al di sotto di una certa velocità minima di stallo, quindi le marce sono piuttosto inutili. In un tipico piccolo aereo, la tua gamma di velocità di volo (diciamo 65-150 mph) corrisponde a una gamma di velocità del motore di circa 1700-2500 giri / min. Se torni al minimo (o il tuo motore si spegne), devi fondamentalmente planare, scambiando l'altitudine con la velocità necessaria per rimanere sopra la velocità di stallo.

Molte risposte complicate ... ma la semplice verità sta nel termine stesso: trasmissione!

La potenza deve essere trasmessa, in qualche modo, dal motore a qualunque cosa spingerà il veicolo in avanti: le ruote o l'elica. I motori a combustione interna hanno una gamma di giri di trasmissione di potenza ottimale - al di sopra o al di sotto del quale l'efficienza del motore scende drasticamente.

La differenza tra veicoli terrestri e veicoli aerei o marittimi è, come menzionato da altri qui, che il attrito tra la ruota & land ha bisogno di una coppia di spunto molto maggiore per far muovere quella ruota. Considerando che, ruotare un'elica attraverso l'aria o l'acqua può essere fatto molto più facilmente & rapidamente.

In effetti, questo è anche collegato al motivo per cui solo i veicoli terrestri hanno (e possono avere) freni. Né i veicoli aerei né quelli marittimi possono avere freni. Perché la frenata comporta lo stesso attrito che è stato superato per avviare il veicolo. A causa dei coefficienti di attrito inferiori, entrambi i veicoli aerei & del mare continuano a muoversi anche se il motore smette di funzionare. Ovviamente, i veicoli aerei non devono mai essere frenati fino all'arresto mentre sono ancora in aria. Ma i veicoli acquatici lo fanno e ciò si ottiene invertendo la direzione di rotazione dell'elica.

Perché le eliche nell'acqua e nell'aria utilizzano l'attrito per spostare l'oggetto. E questo attrito è molto inferiore a quello tra asfalto e pneumatici. In un certo senso, il gas funge da cambio. L'altro lato di questa medaglia è che rende difficile eseguire accelerazioni rapide da 0.