Por que os aviões não têm transmissão manual?

Aeronaves têm engrenagens fixas (quando elas possuem engrenagens)! No entanto, em certo sentido, uma hélice de passo variável pode ser considerada análoga à transmissão em um carro e era manual em algumas aeronaves.

A potência transmitida pela hélice é, dentro de algum intervalo razoável, proporcional à sua taxa de rotação. E assim é, novamente dentro de algum intervalo razoável, a potência produzida pelo motor. Assim, para aviões lentos, uma hélice de passo fixo, conectada por engrenagem fixa, faz um trabalho decente. Quando você abre o acelerador, a velocidade do motor aumenta, o mesmo acontece com a hélice e isso é exatamente o que ela precisa fazer para transmitir a potência. As aeronaves mais simples não têm engrenagens e a hélice é montada diretamente no eixo do motor; os motores de maior potência geralmente têm redutores de 2: 1, pois a rotação do motor seria muito alta para uma hélice.

Agora, em velocidade mais alta, o aparente passo da hélice é reduzido, já que o ar já está se movendo, de modo que giraria mais rápido e mais rápido e, eventualmente, mais rápido para o motor. Para combater isso, as aeronaves mais rápidas movidas a hélice têm hélice de passo variável. À medida que a velocidade aumenta, ela é ajustada para um ângulo de ataque mais alto (grosso), de modo que ela continue fornecendo potência sem aumentar o rpm.

Os primeiros hélices de passo variável tinham controle manual de passo, mas hélices de velocidade bastante rápida foram desenvolvidas (muitas aeronaves da Segunda Guerra Mundial já tinham) onde um peso na mola controla o passo da hélice de forma que a rotação constante seja mantida. As unidades controladas manualmente precisaram de muita atenção e o sistema de velocidade constante é bastante simples, então o controle de inclinação manual foi rapidamente abandonado.

E isso é equivalente à perfeita transmissão de engrenagem variável. O piloto ainda tem uma alavanca de aceleração e uma alavanca de passo da hélice e seleciona a potência e a rpm de forma independente. RPMs mais altas permitem maior potência, mas não exigem isso, então a aterrissagem geralmente é feita com baixa potência, mas com máx. Rpm, para que o motor reaja rapidamente se a energia for adicionada (não é necessário girar). Durante o cruzeiro, um valor mais moderado é selecionado (de acordo com a recomendação do fabricante) para reduzir o desgaste do motor.

Os motores turboélice sempre têm hélices de velocidade constante, porque em um motor de turbina a diferença entre a velocidade da turbina em marcha lenta e a potência total não é realmente tão grande. Novamente, a rpm limita a potência máxima, então a aterrissagem é feita com baixa potência, mas altas rotações e o motor reage rapidamente quando a energia é adicionada.

Por último, os motores turbojato / turbojato apenas ligam as turbinas e compressores conforme necessário. Não é muito diferente da hélice fixa, apesar de os motores a jato agora normalmente terem palhetas-guia variáveis no estator (que estão ligadas apenas à rotação).

Porque a maioria dos motores de aeronaves não tem transmissão por engrenagem:

^{Imagem de wiki}

A energia é transmitida diretamente da turbina para o compressor com um eixo rígido.

É verdade, no entanto, que alguns motores têm, em particular, motores a hélice:

^{Imagem de ATSB}

mas você tem que perceber que esta uma relação de engrenagem fixa, não há mudança de marchas está envolvido e, portanto, nenhuma transmissão manual ou automática é necessária.

O que você pode ter, nos motores de hélice de "estilo antigo", são diferentes alavancas / botões para pressão do manifold / acelerador, passo da hélice e mistura.

Torque

Eu suspeito que a resposta real envolve torque.

RPM do motor com veículo parado

Os motores de aeronaves não têm ou precisam de várias engrenagens porque o motor não move a aeronave da parada ao aplicar torque nas rodas. Em vez disso, um motor de avião pode operar a RPM total enquanto a aeronave está parada no início de uma pista.

Se você puser seu carro na marcha mais alta (6º?), correu no máximo RPM (8000?) e caiu a embreagem, algo iria quebrar - no mínimo você queimaria a embreagem e se arrastaria lentamente. Motores de aeronaves não têm ou precisam de uma embreagem, em última análise, porque eles estão empurrando o ar, não girando as rodas no asfalto.

Engrenagens de taxa variável em veículos rodoviários (carros, bicicletas, etc.) são necessárias para combinar as capacidades de velocidade e torque do motor principal (motor a gasolina, potência da perna humana, etc.) com os requisitos de velocidade e torque da estrada rodas sobre condições variáveis de velocidade de veículo, grau de estrada, etc. Basicamente, há uma necessidade (ou pelo menos benefício) para variar a vantagem mecânica entre motor principal e rodas motrizes.

O motor principal (motor a jato ou a pistão, turbofan ou hélice) em uma aeronave produz impulso em grande parte independente da velocidade do ar, portanto, para muitas aeronaves, não é necessária uma engrenagem com relação variável. Para aeronaves a hélice, pode ser benéfico variar a vantagem mecânica entre o motor e a corrente de ar. Isso é feito não pela redução da taxa variável, mas pelo variação do tom da hélice . Por um lado, a variação do passo pode variar a vantagem mecânica ao longo de um intervalo contínuo, onde uma caixa de velocidades é limitada a alguns passos fixos. Por outro, os sistemas de engrenagens acrescentam muito peso. Mudar de marcha significaria desconectar o motor da hélice quando uma relação de marcha diferente é selecionada - isso é um grande problema de confiabilidade / segurança e, para um motor a pistão, não poderia sequer ser viável. Motores de pistão não podem funcionar sem um volante; em uma aeronave, a hélice serve como volante.

Assim, onde os benefícios da vantagem mecânica variável justificam o custo, o peso e a complexidade adicionados, uma hélice de passo variável é ajustada.

Alguns sistemas de passo variável fornecem uma alavanca que controla diretamente o passo - o piloto move a alavanca sobre um intervalo entre "fino" (o motor tem mais vantagem mecânica, adequado para decolar) e "grosso" vantagem, adequado para cruzeiro).

Outros sistemas de passo variável fornecem uma alavanca que seleciona uma rotação do motor alvo. O sistema de controle de inclinação ajusta continuamente o passo da hélice na tentativa de manter a rotação selecionada. O piloto usa o acelerador para aumentar ou diminuir o empuxo do motor e o controle de inclinação para otimizar a rotação do motor para as condições de operação (decolar, subir, navegar, etc.). Em um PA32-300 , por exemplo, o controle de afinação seria totalmente avançado RPM) para táxi, decolagem e subida inicial, mas seria ajustado um pouco para o cruzeiro para reduzir a rotação do motor (e o consumo de combustível).

Você poderia pensar nos sistemas de controle de pitch que eu descrevi como análogos a um manual e a uma transmissão automática, respectivamente, mas a analogia é, na melhor das hipóteses, frouxa.

Resposta ligeiramente diferente ao último. Os motores de chicoteamento de ar não precisam de muito torque para empurrar através da fricção viscosa que resiste ao deslocamento da lâmina. É por isso que os quadrotores funcionam e ainda são muito leves.

Comparação simples, empurre contra uma parede e há uma força normal empurrando para trás. Agora agite seu braço no ar. A única força de resistência é uma função da velocidade do seu braço. É minúsculo.

Como eles não precisam usar a redução de marchas para aumentar o torque como em outras aplicações, eles não precisam de uma transmissão de troca de marchas. Na verdade, o efeito de Bernoulli funciona na propulsão do fluxo de ar sobre a lâmina, de modo que você deseja que as hélices girem o máximo de vezes possível para obter a sustentação máxima. Motores elétricos para quadrotores giram 10000 RPM, por exemplo. Eles controlam a velocidade de rotação do motor através do afogamento de ar e combustível para turbopropulsores ou modulação de largura de pulso para motores elétricos. Turbinas são ar e combustível, eu acho, mas isso não é meu conhecimento.

Os simuladores de voo não têm transmissões orientadas porque os aviões reais não têm transmissões orientadas. A coisa mais próxima que um avião teria é um suporte de inclinação variável.

Com um veículo com rodas, a rotação do motor é facilmente calculada como uma relação com a velocidade no solo e com a engrenagem. Não há nada assim com uma aeronave.

Outro fator não mencionado é que em veículos terrestres as engrenagens são usadas para viajar lentamente, para que o motor possa permanecer em sua faixa de operação. Mas um avião não voará abaixo de uma certa velocidade mínima de estol, então as marchas são bem inúteis. Em um típico avião pequeno, o seu alcance de velocidade de vôo (digamos 65-150 mph) corresponde a uma faixa de rotação do motor de aproximadamente 1700-2500 rpm. Se você acelerar para o modo inativo (ou o seu motor pára), você basicamente tem que planar, trocando a altitude pela velocidade necessária para se manter acima da velocidade de estol.

Muitas respostas complicadas ... mas a verdade simples está no próprio termo - transmissão!

A potência deve ser transmitida, de alguma forma, do motor para qualquer coisa que empurre o veículo para a frente - as rodas ou a hélice. Os motores de combustão interna têm uma faixa ótima de rpm de transmissão de energia - acima ou abaixo da qual a eficiência do motor cai drasticamente.

A diferença entre veículos terrestres e veículos aéreos ou marítimos é, como mencionado por outros aqui, que a fricção entre a roda & A terra precisa de um torque de partida muito maior para fazer com que a roda se mova. Considerando que, girando uma hélice através do ar ou da água pode ser feito muito mais facilmente & rapidamente.

Na verdade, isso também se relaciona com o motivo pelo qual apenas veículos terrestres têm (e podem ter) freios. Nem veículos aéreos nem marítimos podem ter freios. Porque a frenagem envolve o mesmo atrito que foi superado para dar partida no veículo. Devido aos coeficientes de fricção mais baixos, tanto o mar & os veículos aéreos continuam a se mover mesmo que o motor pare de funcionar. Obviamente, os veículos aéreos nunca precisam ser freiados enquanto ainda estão no ar. Mas os veículos aquáticos fazem isso e isso é conseguido invertendo a direção da rotação da hélice.

Porque as hélices na água e no ar usam o atrito para mover o objeto. E esse atrito é bem menor do que aquele entre asfalto e pneus. De certa forma, o gás está agindo como caixa de câmbio. O outro lado desta moeda é que torna difícil fazer acelerações rápidas de 0.