Warum drehen sich gegenläufige Propeller mit NK-12-Antrieb nicht mit gleicher Drehzahl?

Der Kuznetsov NK-12 ist ein sowjetischer Turboprop-Motor der 1950er Jahre, der vom Konstruktionsbüro Kuznetsov entworfen wurde. Die NK-12 treibt zwei große vierflügelige gegenläufige Propeller mit einem Durchmesser von 5,6 m (18 Fuß) (NK-12MA) und 6,2 m (20 Fuß) Durchmesser (NK-12MV) an. Es ist das stärkste Turboprop-Triebwerk, das jemals in Dienst gestellt wurde. ( Wikipedia: Kusnezow NK-12)

Tupolev TU-95 (NATO-Codename Bear) und Antonov AN-22 (NATO-Codename Cock) verwenden den NK-12-Turboprop-Motor, und wie in vielen im Internet verfügbaren Videos leicht zu sehen ist, sind ihre Propeller nicht so ausgerichtet würde sie mit gleicher Drehzahl drehen lassen.

Das Drehverhältnis des TU-95-Propellers ist so, dass für jede volle Umdrehung des vorderen Propellers der hintere etwas mehr als eine halbe Umdrehung dreht: TU-95-Motorstart auf Youtube .

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Die beiden oberen Rahmen zeigen die Verzögerung des hinteren Propellers, nachdem sich der vordere Propeller um eine Vierteldrehung bewegt hat.

Für AN-22 ist das Verhältnis eine volle Umdrehung für die vordere Stütze und etwa 3/4 für die hintere: AN-22-Motorstart auf Youtube .

Warum solche Verhältnisse? Warum hat der vordere Propeller eine deutlich höhere Drehzahl als der hintere? Die Luft, die durch die Scheibe des ersten Propellers gegangen ist, wurde offensichtlich beschleunigt und hat einen Drallimpuls erhalten. Das müsste irgendwie berücksichtigt werden.

Meine eigene Vermutung wäre, dass dies mit den oben genannten Strömungsänderungen, der Lastverteilung zwischen den Propellern und / oder etwas mit Vibrationen und Resonanzen des Antriebsstrangs zu tun hat.

Bitte zögern Sie nicht, mir in diesem Fall das Gegenteil zu beweisen, aber damit das funktioniert, würde ich einige harte Beweise für den NK-12-Antriebsstrang benötigen.

Können Sie das Dokument mit den Übersetzungsverhältnissen verlinken?
Ich habe keine solche Dokumentation, die unterschiedlichen Drehzahlen sind in den Videos zu sehen, die ich in die Frage verlinkt habe. Das AN-22-Video ist von sehr guter Qualität und zeigt den Start von zwei Motoren mit dem gleichen Verhältnis der Propellerdrehzahl auf beiden. Ich bin mir sicher, dass Dokumentation verfügbar ist, aber höchstwahrscheinlich ist sie auf Russisch, und das ist ein Problem für mich ...
Ok, Sie stützen diese Meinung zum Übersetzungsverhältnis also ausschließlich auf die Videos. Was ist, wenn es von separaten Turbinen oder einem Planeten mit Freilauf angetrieben wird?
Nun, die Requisiten drehen sich unbestreitbar mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Ich würde mich sehr freuen, wenn jemand beweisen kann, dass eines von dem, was Sie sich ausgedacht haben, wahr ist. Separate Turbinen könnten möglich sein, und es wurde hier auf ASE spekuliert. Wie würde übrigens ein freilaufendes Planetengetriebe die Leistung übertragen? (Es könnte, aber ich sehe nicht wie).
Sie haben 1 Leistungseingang (von der Turbine) und 2 Leistungsausgänge, auf die Sie die Leistung aufteilen. Das sind 3 Dinge, und Planetare sind wirklich gut darin, die Macht auf 3 Dinge aufzuteilen. Sie müssen nur sicherstellen, dass die Lasten ausgeglichen sind. Dies ist das gleiche Energiebilanzproblem, das jedes Auto mit seinem Differential hat.
Ich muss ein Bild oder ein Video davon ausgraben, kann mich nur nicht darum kümmern. In der Zwischenzeit bewegen Sie sich hier eindeutig auf eine akzeptable Antwort zu 👍🏻

Antworten (2)

Der NK-12-Motor verwendet ein epizyklisches (Planeten-) Differentialgetriebe. Im Gegensatz zu den typischen Planetengetrieben, bei denen eines der Zahnräder feststeht, bewegen sich hier alle drei Teile: Die Turbine treibt die Sonne an, das Planetenrad treibt den vorderen Propeller an und der Ring treibt den hinteren Propeller an.

Die Übersetzungsverhältnisse sind zwischen vorne und hinten gleich, aber das Drehmoment ist nicht . Der Unterschied, den Sie sehen, hat mit diesem Drehmomentunterschied sowie mit unterschiedlichen rotierenden Massen und Reibung während des Starts zu tun. Das Drehmoment ist das, was eigentlich wichtig ist.

Wenn Sie einen Teil halten, werden die anderen beiden in der erwarteten Synchronisierung sein. Sagen wir, wenn Sie eine Stütze blockieren und die Turbine starten, dreht sie einfach die andere Stütze doppelt so schnell. (Aber wenn Sie die Turbine blockieren, werden die Dinge weniger intuitiv: Die Stützen sollten sich in die gleiche Richtung drehen, wenn Sie eine von Hand bewegen). Wenn Sie nun der Turbine erlauben, sich frei zu drehen, haben Sie zwei Freiheitsgrade, und die letztendliche relative Drehzahl in einem solchen System hängt vom Drehmoment an jeder Stütze ab.

In der folgenden Erklärung verwende ich diese Arbeit von S. Falaleyev et al (pdf auf Russisch). Hier ist das Diagramm des Getriebes:

NK-12MW-Getriebediagramm

Wenn wir die Drehmomentbalance so annehmen, dass die Drehzahlen gleich sind (bis auf das Vorzeichen), lautet das Übersetzungsverhältnis (ich überspringe die Herleitung):

ich = 1 + 2 ( z 2 ⋅ z 4 z 1 ⋅ z 3 )

( z sind die Zähnezahlen laut Diagramm). Für die gegebenen Zahlen erhalten wir 11.33 (oder besser gesagt, es sollte sein 1 / 11.33 = 0,088 die Ermäßigung). Die Nenndrehzahl der Propeller betrug nur 735 U/min!

Gleichzeitig ist das Drehmomentverhältnis (vorn zu hinten) gegeben

M F M R = − ( 1 + z 1 ⋅ z 3 z 2 ⋅ z 4 ) ≈ − 1.19

Somit erhält die vordere Stütze fast 20 % mehr Drehmoment als die hintere Stütze. Deshalb dreht er beim Start schneller hoch. (Es ist auch leichter als das hintere).

Bei Nenndrehzahl stellt der Regler automatisch eine feinere Blattsteigung am Heckpropeller ein, um die Drehzahlen anzugleichen. (Warum nicht einfach höhere Geschwindigkeit/Schub von der vorderen Stütze akzeptieren? Anscheinend, weil die Stütze durch die Spitzengeschwindigkeit begrenzt ist und wir nicht wollen, dass die vordere Überschallgeschwindigkeit erreicht, während die hintere entspannt ist).

Hervorragende Antwort!
Das ist großartig, vorher konnte ich mit Hilfe von Google Translate einige Informationen über das Getriebe erhalten, aber es war sehr allgemein. Ihr verlinktes Dokument scheint sehr informativ zu sein, ich muss tiefer graben! Sehr schön, wie sie das Untersetzungsgetriebe und den CRP-Teiler in demselben Zahnradsatz kombiniert haben.
Danke für den Dokumentlink, es ist eine ziemlich interessante Lektüre. @ JPEG61 lassen Sie mich wissen, wenn Sie Hilfe beim Entschlüsseln einer Passage benötigen.
brillant! Sie verwenden ein Differentialgetriebe als natürlichen Drehmomentverteiler!
Was mich hier getäuscht hatte, war, dass ich dachte, es würde Ähnlichkeiten mit Autos und ihren Differentialen geben. Dann ist da noch die Sache, dass das Planetengetriebe auf NK-12 nicht Ihre Gartensorte epizyklisch ist ...

Ich kann die technische Unterstützung nicht anbieten, aber vor Jahren habe ich gelesen, dass, wenn die Requisiten so konstruiert sind, dass sie mit leicht unterschiedlichen Drehzahlen laufen, dies den ansonsten höllischen Sound reduziert, der von den Kontra-Requisiten erzeugt wird. Lärm war ein Problem mit diesen, seit Ingenieure damit begannen (glaube ich Ende des Zweiten Weltkriegs). Natürlich ist keines der NK-12 angetriebenen Flugzeuge als "Whisper Jets" bekannt ...

Dies erscheint durchaus plausibel.
Warum drehen sich gegenläufige Propeller mit NK-12-Antrieb nicht mit gleicher Drehzahl?
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