ВПЛИВ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОГО ВОДОВІДШТОВХУВАЛЬНОГО ПОКРИТТЯ ЛОПАТЕЙ ПОВІТРЯНОГО ГВИНТА НА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНІСТЬ І АЕРОДИНАМІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.2.1.33Ключові слова:
повітряний гвинт, зниження енергетичних витрат, аеродинамічні характеристики, покриття, електростатичні сили, лобовий опір, енергоефективністьАнотація
У статті розглянуто методи підвищення енергоефективності повітряних гвинтів фіксованого та змінного кроку шляхом нанесення інноваційного електростатичного водовідштовхувального покриття на поверхню лопатей. Задача дослідження полягала у розробці методів, що дозволяють зменшити лобовий опір гвинта, що сприяє зменшенню витрат енергії та покращенню енергоефективності роботи гвинтомоторної групи. Вивчено вплив водовідштовхувальних покриттів на зменшення опору повітря та покращення аеродинамічних характеристик, що безпосередньо впливає на економію палива та підвищення ефективності енергоспоживання. Для досягнення поставленої мети в статті запропоновано використовувати електростатичні покриття, що дозволяють мінімізувати негативний вплив вологості на поверхню лопатей і знижують тертя між лопаттю та потоком повітря. Проведено порівняльний аналіз ефективності різних способів підвищення енергоефективності гвинтів, а також оцінку економічної вигоди від застосування водовідштовхувальних покриттів. Результати досліджень підтвердили, що нанесення таких покриттів дозволяє зменшити лобовий опір гвинта, що у свою чергу сприяє підвищенню тяги та значному зниженню енергетичних витрат на роботу гвинта. Це також дозволяє досягти зниження витрати палива та поліпшити паливно-економічні характеристики гвинтомоторних установок, що має прямий вплив на енергетичну ефективність авіаційної техніки. Завдяки зменшенню опору й покращенню аеродинамічних властивостей, використання електростатичних водовідштовхувальних покриттів також має перспективи для зниження енергетичних витрат в умовах змінних погодних факторів, таких як високі рівні вологості. Отримані результати мають потенціал для значного вдосконалення ефективності авіаційних систем, зниження їх енергоспоживання та підвищення загальної енергетичної ефективності. Дослідження надають нові можливості для розвитку енергоефективних технологій у галузі авіації та енергетики, що сприяє не лише підвищенню продуктивності, але й зниженню екологічного впливу завдяки економії енергії та зменшенню викидів CO2.
Посилання
Rizzi, A & Oppelstrup, J 2021, “Introduction to Aircraft Aerodynamic Design”, in Cambridge University Press eBooks, pp. 1–44, https://doi.org/10.1017/9781139094672.003.
Lukianov, P & Dusheba, O 2023, “Modeling of aerodynamic noise of quadrotor type aerotaxi”, Aerospace Technic and Technology, (4):38–49, https://doi.org/10.32620/aktt.2023.4.05.
Cummings, RM & Bertin, JJ 2021, Aerodynamics for engineers. Cambridge University Press. https://doi.org/ 10.1017/9781009105842
Zhornik, O, Kravchenko, I, Mitrakhovych, M & Balalaieva, K 2022, “Comparative evaluation of the efficiency of the ring-type and bucket inlet devicesfor a power plant with a turbopropfan engine”, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(1(118)):6–12, https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.263023
Hoyos, JD, Alvarado, JP & Jiménez, JH 2021, “Propeller aerodynamic optimisation to minimise energy consumption for electric fixed-wing aircraft”, The Aeronautical Journal, 125(1292):1844–1870, https://doi.org/10.1017/aer.2021.51
Hoyos, J, Jímenez, JH, Echavarría, C & Alvarado, JP 2021, “Airfoil Shape Optimization: Comparative Study of Meta-heuristic Algorithms, Airfoil Parameterization Methods and Reynolds Number Impact”, IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 1154(1):012016, https://doi.org/10.1088/1757-899x/1154/1/012016
Mian, HH, Wang, G, Zhou, H & Wu, X 2021, “Optimization of thin electric propeller using physics-based surrogate model with space mapping”, Aerospace Science and Technology, 111106563, https://doi.org/10.1016/j.ast.2021.106563
Khomiak, E., Burdeina, V., Cherniak, O., Olesia, N., Bubela, T. (2024). Improving the Method of Quality Control of the Fuel Element Shell in Order to Improve the Safety of a Nuclear Reactor. In: Nechyporuk, M., Pavlikov, V., Krytskyi, D. (eds) Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering – 2023. ICTM 2023. Lecture Notes in Networks and Systems, vol 1008. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-61415-6_30
Khomiak, E., Trishch, R., Zabolotnyi, O., Cherniak, О., Lutai, L., Katrich, O. (2024). Automated Mode of Improvement of the Quality Control System for Nuclear Reactor Fuel Element Shell Tightness. In: Faure, E., et al. Information Technology for Education, Science, and Technics. ITEST 2024. Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies, vol 221. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-71801-4_7
Hussain, M, Abdel-Nasser, Y, Banawan, A & Ahmed, Y M 2020, “FSI-based structural optimization of thin bladed composite propellers”, in Alexandria Engineering Journal, vol. 59, no. 5, pp. 3755–3766, https://doi.org/10.1016/ j.aej.2020.06.032
Bhat, A, Budholiya, S, Aravind Raj, S, Sultan, M T H, Hui, D, Md Shah, A U & Safri, S N A 2021, “Review on nanocomposites based on aerospace applications”, in Nanotechnology Reviews, vol. 10, no. 1, pp. 237–253, https://doi.org/ 10.1515/ntrev-2021-0018
Rashid, A B, Haque, M, Islam, S M M & Uddin Labib, K M R 2024, “Nanotechnology-enhanced fiber-reinforced polymer composites: Recent advancements on processing techniques and applications”, in Heliyon, vol. 10, no. 2, e24692, https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e24692
Trishch, R, Cherniak, O, Zdenek, D & Petraskevicius, V 2024, “Assessment of the occupational health and safety management system by qualimetric methods”, in Engineering Management in Production and Services, vol. 16, no. 2, pp. 118–127, https://doi.org/10.2478/emj-2024-0017
Trishch, R, Nechuiviter, O, Hrinchenko, H, Bubela, T, Riabchykov, M & Pandova, I 2023, “Assessment of safety risks using qualimetric methods”, in MM Science Journal, 2023(3), https://doi.org/10.17973/mmsj.2023_10_2023021
Cherniak, O, Trishch, R, Ginevičius, R, Nechuiviter, O & Burdeina, V 2024, “Methodology for Assessing the Processes of the Occupational Safety Management System Using Functional Dependencies”, in Lecture notes in networks and systems, pp. 3–13, https://doi.org/10.1007/978-3-031-60549-9_1
Adkins, C N & Liebeck, R H 1994, “Design of optimum propellers”, in Journal of Propulsion and Power, vol. 10, no. 5, pp. 676–682, https://doi.org/10.2514/3.23779
Trishch, R, Nechuiviter, O, Hrinchenko, H, Bubela, T, Riabchykov, M & Pandova, I 2023, “Assessment of safety risks using qualimetric methods”, in MM Science Journal, 2023(3), https://doi.org/10.17973/mmsj.2023_10_2023021
Cherniak, O, Trishch, R, Ginevičius, R, Nechuiviter, O & Burdeina, V 2024, “Methodology for Assessing the Processes of the Occupational Safety Management System Using Functional Dependencies”, in Lecture notes in networks and systems, pp. 3–13, https://doi.org/10.1007/978-3-031-60549-9_1
Labs of Latvia 2021, Nanocoatings for the New Generation of Aviation Engine Parts Developed by RTU, https://labsoflatvia.com/en/news/nanocoatings-for-the-new-generation-of-aviation-engine-parts-developed-by-rtu
Gu, Y, Xia, K, Wu, D, Mou, J & Zheng, S 2020, “Technical Characteristics and Wear-Resistant Mechanism of Nano Coatings: A Review”, Coatings, 10(3):233, https://doi.org/10.3390/coatings10030233
Kiesel, L 2021, “Advanced air plasma spray TBCs for aerospace and industrial components”, in Honeywell Aerospace Technologies, https://aerospace.honeywell.com/us/en/learn/about-us/blogs/advanced-air-plasma-spray-tbcs
Kobayakawa, M & Onuma, H 1985, “Propeller aerodynamic performance by vortex-lattice method”, in Journal of Aircraft, vol. 22, no. 8, pp. 649–654, https://doi.org/10.2514/3.45181
Lopez, N R 2020, “Resistant project: How can nanotechnology reduce environmental impacts of aircrafts?” in Open Access Government, https://www.openaccessgovernment.org/nanotechnology-reduce-environmental-impacts-of- aircrafts/85311
Firoozi, A., Hejazi, F., & Firoozi, A. (2024). Advancing Wind Energy Efficiency: A Systematic Review of Aerodynamic Optimization in Wind Turbine Blade Design. Energies. https://doi.org/10.3390/en17122919
Демченко, В. І. Колоїдна хімія. Київ: Вища школа, 2008.
2Мчедлов-Петросян М. О., Лебідь В. І., Глазкова О. М., Лебідь О. В. Колоїдна хімія : підручн. за ред. проф. М. О. Мчедлова-Петросяна. 2-ге вид., випр. і доп. Харків : ХНУ ім. В. Н. Каразіна, 2012. 500 с.
Адгезія і когезія. Явища розтікання та змочування. Лекція. https://chemeducation.pnu.edu.ua/wp-content/uploads/sites/14/2020/02/%D0%9B%D0%B5%D0%BA%D1%86%D1%96%D1%8F_3_%D0%90%D0%B4%D0%B3 %D0%B5%D0%B7%D1%96%D1%8F.pdf
Соловей І. М. Проектування та технологія виготовлення повітряних гвинтів. Монографія. Бережани, Дніпро : Середняк Т. К. 2025. 166 с.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
