بارگیری پروانه

بارگیری پروانه (به انگلیسی: Disk loading) به نسبت وزن هواگرد به مساحت پروانه گفته می‌شود. به عبارت دیگر به میانگین تغییر فشاری گفته می‌شود که در یک پروانه تولید شده‌است. این پروانه می‌تواند پروانه اصلی بالگرد، پروانه دم بالگرد یا پروانه هواپیما باشد. پروانه‌های مشابه با پروانه هواپیما، دارای «نسبت وزن به پروانهٔ» بیشتری هستند بنابراین توان کمتری برای هاور کردن دارند.^[۱] هواگرد تیلت‌روتور وی-۲۲ در هنگام هاور کردن، نسبت به یک بالگرد معمولی بار بیشتری بر روی دو پروانهٔ کوچک خود تحمل می‌کند؛ ولی در هنگام پرواز به‌حالت هواگرد ثابت‌بال بارگیری پروانهٔ آن از هواپیماهای توربوپراپ کمتر است زیرا در این حالت از بارگیری بال خود کمک می‌گیرد.^[۲]

پروانه بالگرد

روش محاسبه «بارگیری پروانه» بسیار ساده است و درواقع همان نسبت وزن به پروانه بحساب می‌آید. محاسبه آن برای یک بالگرد در هنگام هاور کردن، بدین گونه است که وزن کل بالگرد باید تقسیم بر مساحت پروانه اصلی بالگرد شود. مساحت پروانه به شیوه مساحت یک دایره به دست می‌آید و برای اینکار باید شعاع پروانه را به‌دست‌آورد؛ «بارگیری پروانه» در هنگام مانور دادن، پیاپی تغییر می‌کند و هرچقدر نسبت وزن بیشتر باشد، نیروی بیشتری برای حفظ سرعت پروانه از سوی موتور نیاز است.^[۳] هرچقدر بارگیری پروانه در یک بالگرد کمتر باشد، نشانهٔ بهینگی در نیروی رانش است و مزیت محسوب می‌شود.^[۴]

افزایش وزن بالگرد، بارگیری پروانه را افزایش می‌دهد. به این معنی که فشار وزن بیشتری بر روی پروانه وارد می‌نماید. به همین صورت، اگر بلندای پروانهٔ یک بالگرد را کاهش دهیم، بارگیری پروانهٔ آن افزایش خواهد یافت و نیازمند نیروی بیشتری از موتور خواهد بود تا بتواند هاور کند زیرا مقداری از نیروی برآر را از دست داده‌است. هرچقدر بارگیری پروانه کمتر باشد، بالگرد در هنگام خودگردی عملکرد بهتری خواهد داشت. معمولاً هواچرخها نسبت به بالگردها سبک‌تر هستند. از این رو بارگیری پروانه در هواچرخ بسیار کمتر است و درنتیجه در هنگام خودگردی فرود نرم‌تری را تجربه خواهند کرد.^[۵]^[۶]^[۷]

پروانه هواپیما

در هواپیماهای دارای پروانه نیز همانند بالگردها، هرچه نسبت بارگیری پروانه کمتر باشد، بهینه‌تر است. البته در هواپیماها، بارگیری بال نیز یکی دیگر از فاکتورهاست. در جریان هوای متلاطم پروانه بازدهٔ خود را از دست می‌دهد بنابراین برای برطرف کردن این مشکل از روش ملخ‌های متقاطع-دوار استفاده شده‌است.^[۸]

نسبت وزن به پروانه در هواپیمای ایرباس ای۴۰۰ام اطلس بسیار زیاد است که باعث می‌شود «بارگیری پروانه» آن بسیار زیاد باشد.^[۹]

نمونه‌ها

مقایسه بارگیری پروانه
نام بالگرد	کاربرد	بیشینهٔ وزن برخاست	مساحت کل پروانه	بیشینهٔ بارگیری پروانه
رابینسون آر-۲۲	بالگرد بسیارسبک چندمنظوره	1,370 lb (635 kg)	497 ft² (46.2 m²)	2.6 lb/ft² (14 kg/m²)
بل ۲۰۶	بالگرد سبک چندمنظوره	3,200 lb (1,451 kg)	872 ft² (81.1 m²)	3.7 lb/ft² (18 kg/m²)
شینوک	بالگرد ترابری نیمه‌سنگین	50,000 lb (22,680 kg)	5,655 ft² (526 m²)	8.8 lb/ft² (43 kg/m²)
میل-۲۶	بالگرد ترابری سنگین	123,500 lb (56,000 kg)	8,495 ft² (789 m²)	14.5 lb/ft² (71 kg/m²)
سی‌اچ-۵۳ئی	بالگرد ترابری سنگین	73,500 lb (33,300 kg)	4,900 ft² (460 m²)	15 lb/ft² (72 kg/m²)
وی-۲۲	بالگرد تیلت‌روتور عمودپرواز	60,500 lb (27,400 kg)	2,268 ft² (211.4 m²)	26.68 lb/ft² (129.63 kg/m²)

منابع

↑ Keys, C. N.; Stepniewski, W. Z. (1984). Rotary-wing aerodynamics. New York: Dover Publications. p. 3. ISBN 0-486-64647-5. It is interesting to note that there has always been a strong intuitive association of rotary-wing aircraft with low disc loading which is reflected in the commonly accepted name of rotor given to their lifting airscrews.
↑ Wang, James M.; Jones, Christopher T.; Nixon, Mark W. (1999-05-27). A Variable Diameter Short Haul Civil Tiltrotor. 55th Annual Forum of the American Helicopter Society. Montreal, Quebec, Canada. CiteSeerX 10.1.1.45.612. The variable diameter tiltrotor (VDTR) is a Sikorsky concept aimed at improving tiltrotor hover and cruise performance currently limited by disk loading that is much higher in hover than conventional helicopter, and much lower in cruise than turbo-prop systems.
↑ Rotorcraft Flying Handbook (PDF). U.S. Government Printing Office, Washington D.C.: U.S. Federal Aviation Administration. 2000. pp. 2–4, 19–3, G-2. FAA-8083-21. DISC LOADING—The total helicopter weight divided by the rotor disc area.
↑ Maisel, Martin D. , Demo J. Giulianetti and Daniel C. Dugan. NASA SP-2000-4517, "The History of the XV-15 Tilt Rotor Research Aircraft: From Concept to Flight" (PDF) p2. NASA, 2000. Accessed: 17 March 2012.
↑ Noor, Ahmed Khairy (1996). Future Aeronautical and Space Systems (Progress in Astronautics and Aeronautics). AIAA (American Institute of Aeronautics & Astronautics). p. 66. ISBN 1-56347-188-4. Reduced disk loading in the vertical mode also results in lower downwash and improved capability for autorotation.
↑ Leishman, J. Gordon. "Development of the Autogiro : A Technical Perspective بایگانی‌شده در ۲۰۰۵-۱۲-۳۱ توسط Wayback Machine" page 5. Hofstra University, New York, 2003.
↑ Rotorcraft Flying Handbook (PDF). U.S. Government Printing Office, Washington D.C. : U.S. Federal Aviation Administration. 2000. pp. 2–4, 19–3, G-2. FAA-8083-21. DISC LOADING—The total helicopter weight divided by the rotor disc area.
↑ Birdsall, David (1996). Aircraft Performance. Cambridge: Cambridge University Press. pp. 99. ISBN 0-521-56836-6. contra-rotating propellers this rotational loss can be eliminated and maximum efficiencies approaching 0.9 can be obtained even with high disc loading
↑ Reinhard Hilbig; Wagner, Siegfried; Ulrich Rist; Hans-Joachim Heinemann (2002). New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics III. Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design. Vol. 3. Berlin: Springer. p. 82. ISBN 3-540-42696-5. The A400M will be driven by four modern turboprop engines with a high disc loading.... The disc loading of the propellers is significantly higher than realised on former tactical transport aircraft like C130H or Transall C160.

[ISBN_0-486-64647-5-1] Keys, C. N.; Stepniewski, W. Z. (1984). Rotary-wing aerodynamics. New York: Dover Publications. p. 3. ISBN 0-486-64647-5. It is interesting to note that there has always been a strong intuitive association of rotary-wing aircraft with low disc loading which is reflected in the commonly accepted name of rotor given to their lifting airscrews.

[VDTR-2] Wang, James M.; Jones, Christopher T.; Nixon, Mark W. (1999-05-27). A Variable Diameter Short Haul Civil Tiltrotor. 55th Annual Forum of the American Helicopter Society. Montreal, Quebec, Canada. CiteSeerX 10.1.1.45.612. The variable diameter tiltrotor (VDTR) is a Sikorsky concept aimed at improving tiltrotor hover and cruise performance currently limited by disk loading that is much higher in hover than conventional helicopter, and much lower in cruise than turbo-prop systems.

[FAA-3] Rotorcraft Flying Handbook (PDF). U.S. Government Printing Office, Washington D.C.: U.S. Federal Aviation Administration. 2000. pp. 2–4, 19–3, G-2. FAA-8083-21. DISC LOADING—The total helicopter weight divided by the rotor disc area.

[xv15-4] Maisel, Martin D. , Demo J. Giulianetti and Daniel C. Dugan. NASA SP-2000-4517, "The History of the XV-15 Tilt Rotor Research Aircraft: From Concept to Flight" (PDF) p2. NASA, 2000. Accessed: 17 March 2012.

[5] Noor, Ahmed Khairy (1996). Future Aeronautical and Space Systems (Progress in Astronautics and Aeronautics). AIAA (American Institute of Aeronautics & Astronautics). p. 66. ISBN 1-56347-188-4. Reduced disk loading in the vertical mode also results in lower downwash and improved capability for autorotation.

[leishGyro-6] Leishman, J. Gordon. "Development of the Autogiro : A Technical Perspective بایگانی‌شده در ۲۰۰۵-۱۲-۳۱ توسط Wayback Machine" page 5. Hofstra University, New York, 2003.

[7] Rotorcraft Flying Handbook (PDF). U.S. Government Printing Office, Washington D.C. : U.S. Federal Aviation Administration. 2000. pp. 2–4, 19–3, G-2. FAA-8083-21. DISC LOADING—The total helicopter weight divided by the rotor disc area.

[8] Birdsall, David (1996). Aircraft Performance. Cambridge: Cambridge University Press. pp. 99. ISBN 0-521-56836-6. contra-rotating propellers this rotational loss can be eliminated and maximum efficiencies approaching 0.9 can be obtained even with high disc loading

[9] Reinhard Hilbig; Wagner, Siegfried; Ulrich Rist; Hans-Joachim Heinemann (2002). New Results in Numerical and Experimental Fluid Mechanics III. Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design. Vol. 3. Berlin: Springer. p. 82. ISBN 3-540-42696-5. The A400M will be driven by four modern turboprop engines with a high disc loading.... The disc loading of the propellers is significantly higher than realised on former tactical transport aircraft like C130H or Transall C160.

[۱]

[۲]

[۳]

[۴]

[۵]

[۶]

[۷]

[۸]

[۹]