что такое реактивный момент

Реакция винтомоторной группы

1. Величина и направление реактивного момента:

а. Направление реакции винтомоторной группы

Момент, кренящий самолет в сторону, обратную вращению винта, называется реакцией винтомоторной группы или реактивным моментом. Реактивный момент возникает в следствие того, что двигатель самолета, вращая винт, преодолевает сопротивление инертных воздушных масс.

б. Величина реактивного момента

Величина реактивного момента пропорциональна квадрату числа оборотов двигателя. Заметим: пропорциональна, а не равна, т.к. на величину реактивного момента также влияют плотность воздуха и угол атаки набегающего потока воздуха на винт. Когда лётчик дает полный газ, реактивный момент максимален, а при планировании или на посадке реактивный момент практически отсутствует.

2. Влияние реакции винтомоторной группы на движение самолета:

В полете реактивный момент, создавая крен в сторону, обратную вращению винта, нарушает в первую очередь поперечное равновесие самолета, а затем, как следствие, и равновесие пути или путевое равновесие.
На разбеге реактивный момент, создавая кренящий момент, прижимает соответствующую стойку шасси к земле. Увеличивающееся сопротивление движению с этой стороны, разворачивает самолет.

На самолете Як-52, имеющем левое вращение винта (против часовой стрелки, если смотреть из кабины), если не компенсировать реактивный момент, то в полете возникает правый крен и, как следствие, разворот вправо.
Соответственно на разбеге самолет Як-52 имеет большее сопротивление движению на правой стойке шасси и разворачивается вправо.

Таким образом, если направление реактивного момента постоянно и определяется направлением вращения винта, то его величина переменна и зависит от оборотов двигателя, а также от шага винта и параметров атмоферы.
Ясно, что полностью компенсировать влияние реактивного момента на движение самолета может только летчик. Но устранить некую часть этого влияния и сохранить равновесие самолета на определенном режиме полета, можно и конструктивными мероприятииями.

а. Сохранение поперечного равновесия

б. Сохранение равновесия пути

На разбеге Як- 52 реактивный момент не компенсируется триммерами элеронов из-за малой скорости и колесо правой стойки прижимается к земле. Увеличение сопротивления справа разворачивает самолет вправо.
Вывод: на разбеге летчик должен компенсировать правый разворот рулем поворота. С увеличением скорости противодействие реактивному моменту от триммеров элеронов возрастает, а сопротивление обоих колес уменьшается. Летчик должен ослаблять давление на левую педаль.

Источник

Реактивный момент от гребного винта

Наверняка многие обращали внимание на то, что порой катер или мотолодка ведет себя более чем странно: в сторону одного борта поворачивает охотней, чем в сторону другого, на заднем ходу упорно движется прямо, несмотря на положенный на борт руль, а после переключения с переднего хода на реверс выставляется боком. Все перечисленное — проделки реактивного момента, создаваемого гребным винтом. Движитель этот, увы, далеко не совершенен, и с производимыми им побочными эффектами остается только мириться. Но все не так уж плохо: в ряде случаев их можно поставить себе на службу!

Как он проявляется?

Гребной винт создает два основных побочных эффекта, влияющих на управление лодкой и заметных, что называется, невооруженным глазом: это крен в противоположную вращению винта сторону и увод кормы в сторону его вращения. Кстати, сразу оговоримся: винт, который на переднем ходу вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны транца, принято именовать винтом правого вращения. Поскольку такие винты наиболее распространены, они и показаны на всех приведенных иллюстрациях.

Увод кормы наиболее заметно проявляется на малой скорости, особенно на заднем ходу. Как правило, мы его особо не замечаем, рефлекторно доворачивая руль или перекладывая румпель, но уже упомянутое быстрое переключение на реверс с переднего хода способно поставить лодку перпендикулярно к намеченному курсу. Короче говоря, увод кормы более всего дает о себе знать на переходных режимах — при смене направления движения, разгоне или снижении скорости. Длинные килеватые лодки лучше сопротивляются производимому гребным винтом эффекту, чем короткие и плоскодонные (рис. 1) — та же небольшая надувнушка даже с положенным на правый борт рулем на заднем ходу упорно стремится влево.

Еще один эффект, способный причинить судоводителю некоторые неудобства, характерен только для подвесных моторов и поворотно-угловых колонок — реактивный момент отклоняет их в сторону вращения винта, поворачивая вокруг оси баллера, отчего лодка «лежит на руле» (рис. 2). На классических катерах с наклонным дейдвудом такого не бывает, и если на штурвале или румпеле на ходу ощущается постоянная нагрузка, то причины надо искать в другом месте.

Откуда он берется?

Данная публикация не ставит своей целью теоретически обосновывать производимые гребным винтом побочные эффекты — подавляющее большинство ее положений взяты из судоводительского опыта. Тем более что даже крупные специалисты по гидродинамике растолковывают природу явления крайне осторожно. Но, прежде чем перейти к практической стороне дела, все же попробуем разобраться, какие силы помимо упора, приводящего лодку в движение, создает гребной винт и откуда они берутся.

Строго говоря, действием реактивного момента в чистом виде можно называть явление, которое лучше проиллюстрировать на простейшем опыте. Возьмите обыкновенный бытовой вентилятор, удерживая его на весу за корпус, и вставьте вилку в розетку. В момент включения моторчика вы сразу почувствуете, как он качнется в пальцах, стремясь провернуться в сторону, противоположную вращению пропеллера. Описанный эффект еще более ярко проявляется при использовании электродрели, особенно когда сверло немного подклинивает — дрель приходится крепко удерживать, чтобы она не провернулась вокруг сверла. Азбучная истина: любое действие рождает противодействие. То же самое происходит и при вращении гребного винта — реактивный момент стремится провернуть лодку вокруг оси гребного вала в сторону, противоположную его вращению (рис. 3).

Вот и первое объяснение, почему лодка на ходу кренится в противоположную вращению винта сторону. Крен, в свою очередь, способен вызвать и увод с курса — во-первых, центр сопротивления смещается в сторону борта, на который кренится лодка, а во-вторых, в противоположную сторону смещается создающий тягу винт (рис. 4), поскольку он установлен на колонке или дейдвуде на некотором расстоянии от днища лодки.

Но есть и иная причина, вызывающая точно такие же последствия — крен и увод с курса, а также «ответственная» за повышенную нагрузку на руле в случае использования подвесного мотора или поворотно-угловой колонки. Как уже отмечалось, эта сторона явления изучена еще не до конца, но кое-какие вполне логичные предположения сделать все-таки можно.

Очевидно, дело в том, что по каким-то причинам лопасти ниже гребного вала испытывают большее сопротивление, чем у поверхности. Поскольку винт вращается в плоскости, перпендикулярной ДП, на валу возникает поперечная составляющая сила, направленная в сторону вращения винта (рис. 5). Наиболее ярко этот эффект проявляется в случае с полупогруженным гребным винтом, лопасти которого выше вала вообще не испытывают сопротивления воды (рис. 6, в). Если совсем утрировать ситуацию, то можно представить его в виде расположенного перпендикулярно ДП лодки гребного колеса — совершенно понятно, куда будет стремится его вал. Результаты лабораторных испытаний в опытовом бассейне показывают, что боковая сила, создаваемая полупогруженным гребным винтом, может достигать величины его упора!

Ответственна эта возникающая на валу боковая сила не только за увод кормы (рис. 1), но и за крен — «в помощь» уже рассмотренному реактивному моменту (рис. 7). Колонка или дейдвуд образуют рычаг, поворачивающий корпус лодки вокруг некой оси, условно показанной на рисунках красным кружком.

Как его приручить?

Влияние реактивного момента гребного винта обязательно следует учитывать при маневрировании — радиус циркуляции в сторону левого борта на судне с винтом правого вращения меньше, чем в противоположную. В ряде случаев этим можно воспользоваться, обернув побочный эффект во благо.

Например, вам нужно развернуться в узком канале. Понятно, что с винтом правого вращения этот маневр следует осуществлять в сторону левого борта — как мы разворачиваем автомобиль на дороге (и на переднем, и на заднем ходу). Но есть и одна маленькая хитрость: перед разворотом нужно снизить скорость, чтобы лодка двигалась буквально «шепотом», и, переложив руль до упора влево, один-два раза резко и кратковременно прибавить газ. Набрать скорость лодка не успеет, а боковой увод проявит себя во всей красе. Таким приемом лодку можно развернуть буквально на месте (рис. 8).

Или, предположим, вы подходите к причальной стенке, а свободного места между стоящими у нее судами только-только хватает втиснуться боком. Призовем на помощь реактивный момент! На самом малом направляем лодку к причалу, чтобы ошвартоваться левым бортом. Последние метры движемся с минимальной скоростью по инерции и с небольшим упреждением включаем реверс, кратковременно прибавив обороты до среднего или даже полного. Корму притянет к причалу, как магнитом (рис. 9), причем перекладка руля может даже не потребоваться.

Не лишним будет и отработать в спокойной обстановке режим «экстренного торможения» — переключение с полного переднего хода на реверс. Здесь тоже есть одна тонкость: когда при использовании винта правого вращения корму на реверсе забрасывает влево, нос лодки, соответственно, катится вправо. Поскольку лодка некоторое время продолжается двигаться вперед, первым естественным побуждением бывает положить руль влево, как на переднем ходу. Но винт-то тянет назад, и на лодке с подвесным мотором или поворотно-угловой колонкой это только усугубит ситуацию — корму еще больше утащит влево (рис. 10, а), поэтому «парировать» занос следует поворотом руля вправо (рис. 10, б). Когда лодка остановится и пойдет назад, для движения по прямой руль нужно по-прежнему держать немного отклоненным вправо — на заднем ходу увод кормы проявляется намного заметней, чем на переднем.

Внимание! Включать передний ход или реверс следует только при оборотах холостого хода! Даже при использовании однорукояточного дистанционного управления, которое автоматически уменьшает обороты перед переключением, при переходе с переднего хода на реверс и обратно обязательно делайте небольшую задержку в «нейтрали», чтобы погасить инерцию коленвала. Если обороты в момент переключения окажутся чересчур высокими, есть риск погубить редуктор.

Так как поведение даже близких по размерам лодок может заметно отличаться, воздержимся от советов, на какой конкретно угол поворачивать руль, с какой скоростью должна двигаться лодка и до каких оборотов и на какой промежуток времени следует кратковременно «раскручивать» двигатель и, соответственно, винт. Многое зависит и от нагрузки, и от продольной центровки лодки. После двух-трех тренировок вы легко определите точные параметры самостоятельно.

Главное, что следует помнить — это чем ниже скорость и выше обороты винта, тем сильнее проявляется занос кормы в сторону его вращения.

Если лодка оборудована триммером — системой регулировки дифферента с дистанционным управлением, рекомендуем немного поэкспериментировать и оценить, насколько угол установки подвесного мотора или колонки влияет на увод кормы, тем более что необходимость в ювелирно точном маневрировании возникает обычно у берега, где мы приподнимаем мотор или колонку, чтобы поберечь винт на мелководье. Как правило, чем больше колонка «отпущена» от транца, тем заметнее увод кормы, поскольку при этом гребной винт приближается к поверхности воды, а то и частично выходит из нее (рис. 6). Кроме того, в таком положении винт создает меньший упор, чем в «занутренном». Этим обстоятельством вполне можно воспользоваться, однако не все так просто — чем больше мотор поднят из воды, тем больше риск подхвата винтом воздуха, особенно при повышенных оборотах двигателя и больших углах перекладки руля. При максимально поднятой колонке наилучших результатов можно добиться на малом газу, когда лопасти шлепают по воде, словно пароходные плицы.

Как с ним бороться?

Конечно, побочные эффекты работы гребного винта можно порой обратить во благо, но явления это все же вредные, и бороться с ними, безусловно, нужно. Не будем забывать о том, что помимо тех неудобств, которые причиняет судоводителю «асимметричность» поведения лодки, на преодоление реактивного момента бесполезно тратится и некая доля мощности. Увы, невзирая на все старания конструкторов, вряд ли он будет окончательно побежден. Речь может идти лишь о том, как уменьшить тяжесть его последствий.

Устранить создаваемый им ходовой крен проще всего — за счет перераспределения груза и пассажиров в лодке. Кстати, во многом по этой причине на большинстве лодок пост управления располагается на правом борту — чтобы вес водителя компенсировал крен, вызываемый влиянием реактивного момента и бокового увода (рис. 7).

Самый простой способ избавиться от нагрузки на штурвале или румпеле — увеличить трение в деталях дистанционного управления или подтянуть фрикцион баллера на подвесном моторе. Управление станет потуже, но зато избавит от возникновения нештатных ситуаций — например, если на полном ходу отпустить румпель того же «Вихря», мотор моментально повернется на правый борт, что может быть чревато столкновением с соседней лодкой или опрокидыванием. На современных моторах и колонках с выхлопом через ступицу винта имеется компенсатор — небольшой плавничок, расположенный на антикавитационной плите и отклоняющий поток воды в сторону увода кормы (рис. 11). Как правило, он установлен на круглой поворотной шайбе и регулируется. Определить оптимальный угол установки компенсатора можно только экспериментальным путем.

Внимание! Подбирая положение компенсатора при наличии триммера с дистанционным управлением, добивайтесь отсутствия нагрузки на штурвале и бокового увода при том положении мотора или угловой колонки, которое вы задействуете чаще всего — например, при откинутом для достижения максимальной скорости.

Дело в том, что в ряде случаев использование кнопок «Up» и «Down» способно поменять усилие на штурвале на прямо противопололожное — при полностью «поджатом» триммере руль некоторых лодок может тянуть не вправо, а влево. Возможным объяснением такого поведения могут быть какие-то особенности конкретного корпуса и, соответственно, срывающегося с него потока, а также «подпор» на антикавитационной плите, расположенной под отрицательным углом к нему.

Частично плавничок позволяет решить и проблему увода кормы, сопряженную с необходимостью перекладки руля на ходу, но все же действительно радикальным «лекарством» может быть только второй винт, вращающийся в противоположную первому сторону. В этом случае возникающие на обоих винтах поперечно направленные силы взаимно компенсируют друг друга. Наиболее распространенный вариант — двухмоторная (двухвальная) установка, имеющая немало собственных преимуществ (рис. 12). Так, например, при работе «враздрай» — передним ходом на одном борту и задним на другом — лодку можно развернуть буквально на месте. Специалисты рекомендуют следовать следующему принципу: «правый» винт — на правом борту, «левый» — на левом. С точки зрения маневренности в узкостях на малом ходу такая схема более выигрышна, поскольку при работе винтов «враздрай» составляющая поперечных сил на обоих валах направлена в сторону разворота, дополнительно способствуя его выполнению (рис. 13).

Винты противоположного вращения могут устанавливаться и соосно (рис. 14), прежде всего на поворотно-угловых колонках — например, «DuoProp» двигателей «Volvo Penta» или «Bravo III» моторов «MerCruiser». Конструктивно редуктор такой колонки сложней, чем у обычной, но практика показала, что на определенных режимах соосная установка гребных винтов обладает рядом преимуществ, причем не только с точки зрения компенсации реактивного момента.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Если бурильная колонна состоит из труб различных диаметров, толщины стенок и материала, то общий угол ее закручивания от действия реактивного момента забойного двигателя определяется суммой углов закручивания отдельных секций. [19]

При этом способе бурения на бурильную колонну одновременно действуют осевые нагрузки от собственного веса труб с учетом их облегчения в промывочной жидкости Р, вращающий момент ротора буровой установки Mpaj, реактивный момент забойного двигателя М3 д и избыточное внутреннее давление промывочной жидкости. Как и в ранее рассмотренных случаях, нижняя часть бурильной колонны находится под действием сжимающих нагрузок. [25]

После определения реактивного момента на валу забойного двигателя вычисляют LK по формуле (9.21), затем сопоставляют ее с искривленным интервалом скважины и выясняют количество комплектов бурильных труб с различной характеристикой ( диаметр, толщина стенки и материал труб), которые подвергаются закручиванию от действия реактивного момента забойного двигателя Затем определяют общиЯ угол закручивания бурильной колонны. [27]

В первых двух методах ориентирование отклонителя производится до начала бурения. Вследствие этого при ориентировании приходится учитывать угол, на который закрутится бурильная колонна под действием реактивного момента забойного двигателя при бурении. [28]

В первых двух методах ориентирование отклонителя производится до начала бурения. Вследствие атого при ориентировании приходится учитывать УГОЛ, на который закрутится бурильная колонна под действием реактивного момента забойного двигателя при бурении. [29]

Источник

Активные и реактивные моменты сопротивления

Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 12358 ; Нарушение авторских прав

Механика электропривода

Активные моменты сопротивления – моменты, вызванные весом поднимаемого и спускаемого груза. В уравнении механического движения электропривода перед этим моментом всегда ставится знак (–) независимо от подъема или спуска груза.

Реактивный момент сопротивления – момент, всегда препятствующий движению электропривода и изменяющий свой знак при изменении направления движения (например при резании металла). При положительной скорости электродвигателя перед этим моментом в уравнении механического движения электропривода необходимо ставить знак (–), а при обратном движении знак (+).

За положительное направление вала двигателя принимается вращение по часовой стрелке. Если временной момент на валу двигателя направлен в эту сторону, то ему приписывают знак (+). При обратном направлении движения – знак (–). В тормозных режимах двигателя знаки перед вращающимся моментом двигателя и угловой скоростью противоположны.

2.2. Приведение к валу электродвигателя моментов
и сил сопротивления, моментов инерции и инерционных масс

Механическая часть электропривода может быть сложной и представлять кинематическую цепь с большим числом движущихся элементов (шестерни, соединительные муфты, тормозные шкивы, барабаны, поворотные платформы, линейный стол, поднимаемые грузы и т.д.). Движение одного элемента дает полную информацию о движении всех остальных элементов. Обычно в качестве такого элемента принимают вал двигателя, приводя к нему моменты и усилия сопротивления, а также моменты инерции и массы.

В результате такого приведения реальная кинематическая схема заменяется расчетной энергетически эквивалентной схемой. Это позволяет наиболее точно исследовать характер движения привода и режим его работы, точнее формировать законы движения. Покажем такое приведение на примере схемы механической части электропривода подъемной лебедки (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема механической части электропривода

На основании вышеизложенного запишем в окончательном виде формулы приведенных к валу электродвигателя параметров исполнительных органов [1,2].

Примем следующие допущения: система жесткая, без зазоров.

При прямом потоке энергии в механической части ( подъем груза)

. (2.1)

При обратном потоке энергии в механической части (опускание груза)

, (2.2)

В формулах (2.1) и (2.2):

– передаточное число редуктора;

– КПД передачи.

При линейном движении ИО и прямом потоке энергии (подъем груза)

. (2.3)

При обратном потоке энергии (опускание груза)

. (2.4)

В формулах (2.3) и (2.4):

– сила тяжести, Н;

, m – масса груза вместе с крюком, кг;

g = 9,81 м/с 2 – ускорение силы тяжести;

– радиус приведения кинематической цепи между двигателем и исполнительным органом, м.

Приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции

, (2.5)

2.3. Механические характеристики исполнительных органов
и электродвигателей

При рассмотрении работы электродвигателя, приводящего в действие исполнительный орган, необходимо выявить соответствие механических характеристик двигателя характеристикам исполнительных органов. Поэтому для правильного проектирования и экономической эксплуатации электропривода необходимо изучить эти характеристики.

Зависимость между скоростью и приведенным к валу двигателя моментом сопротивления исполнительного органа называют механической характеристикой исполнительного органа.

Эмпирическая формула для механической характеристики имеет вид [1]:

, (2.6)

где – момент сопротивления ИО при скорости ;

– момент сопротивления трения в движущихся частях ИО;

– момент сопротивления при номинальной скорости ;

– показатель степени, характеризующий изменение момента сопротивления при изменении скорости.

Приведенная формула (2.6) позволяетклассифицироватьмеханические характеристики исполнительных органов на следующие основныекатегории.

1. Не зависящая от скорости механическая характеристика (прямая 1 на рис. 2.2.). При этом х = 0 и момент сопротивления не зависит от скорости. Такой характеристикой обладают все подъемные установки, механизмы подач металлорежущих станков, поршневые насосы при неизменной высоте подачи, конвейеры с постоянной массой передвигаемого материала и т.д., а также все ИО, у которых основным моментом сопротивления является момент сопротивления трения.

2. Линейно-возрастающая механическая характеристика (прямая 2 на
рис. 2.2.). В этом случае =1 и момент сопротивления линейно зависит от скорости . Такая характеристика получается, например, в приводе генератора постоянного тока с независимым возбуждением, если последний будет работать на постоянный внешний резистор.

Рис. 2.2. Механические характеристики исполнительных органов

3. Нелинейно-возрастающая (параболическая) механическая характеристика (кривая 3 на рис.2.2.). Этой характеристике соответствует =2; момент сопротивления здесь зависит от квадрата скорости. По характеристике 3 работают все исполнительные органы центробежного типа (насосы, вентиляторы, компрессоры, дымососы, гребные винты и т.д.).

4. Нелинейно-спадающая (гиперболическая) механическая характеристика (кривая 4 на рис. 2.2). При этом х = –1 и момент сопротивления изменяется обратно пропорционально скорости.

Механическую характеристику вида 4 имеют механизмы главного движения токарных, фрезерных и других станков, различные наматывающие устройства.

Механической характеристикой электродвигателя вращательного движения называется зависимость его угловой скорости от развиваемого им момента, т.е. .

Естественной называется механическая характеристика двигателя, которая соответствует основной схеме включения двигателя, номинальным параметрам питающего напряжения и отсутствию в электрических цепях дополнительных элементов (например, резисторов). В противном случае электродвигатель будет иметь искусственную (регулировочную) характеристику. Искусственных характеристик у электродвигателя может быть много.

На рисунке 2.3 показаны естественные характеристики наиболее распространенных электродвигателей вращательного движения:

1 – двигателя постоянного тока независимого возбуждения;

2 – двигателя постоянного тока последовательного возбуждения;

3 – асинхронного двигателя;

4 – синхронного двигателя.

Для оценки жесткости механической характеристики двигателя вводится понятие жесткости, которое определяется как [1,4]

, (2.7)

Используя этот показатель, характеристику синхронного двигателя (прямая 4 на рис. 2.3) можно назвать абсолютно жесткой (), двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (прямая 1) – жесткой (), а с последовательным возбуждением (кривая 2) – мягкой ().

Рис. 2.3. Естественные механические характеристики электродвигателя

Характеристика асинхронного двигателя (кривая 3) имеет переменную жесткость – на рабочем участке жесткость отрицательна и незначительна по модулю, в области критического момента она равна нулю, а при меньших скоростях – положительна и невелика.

Характеристика 5 – абсолютно мягкая механическая характеристика (). Момент двигателя с изменением угловой скорости остается неизменным. Такой характеристикой обладают, например, двигатели постоянного тока независимого возбуждения при питании их от источника тока или при работе в замкнутых системах электропривода в режиме стабилизации тока якоря.

Понятие жесткости может быть применено к механическим характеристикам исполнительных органов. Эти характеристики можно оценивать жесткостью

. (2.8)

Тогда для характеристики 1 (рис.2.2) , для характеристик 2 и 3 , а для характеристики 4 .

Источник