מדחף בעל פסיעה משתנה

בתעופה, מדחף בעל פסיעה משתנה (באנגלית: Variable-pitch propeller) הוא מדחף המסוגל לשנות את זווית הפסיעה של להביו באמצעים ושיטות שונות. יכולת זאת מאפשרת הקניית ביצועים מיטביים בתנאי טיסה שונים, ע"י בחירת לוגיקת שינוי זווית פסיעה כך שנצילות מערכת ההנעה היא מירבית בכל תנאי הטיסה.

מערכת שליטה על פסיעת להבים הוא מדחף מהירות קבועה המתאים את זווית פסיעת הלהבים למהירות הפרופלור הרצויה.

מערכות שינוי פסיעה כוללות יכולת הנצה של מדחף המטוס, קרי סיבוב הלהבים כלפי כיוון הטיסה בשביל להקטין גרר.

מאפיינים

רקע 
להבי הפרופלור מעוצבים בדומה לכנפיים וכוללים פרופיל אווירודינמי המייצר דחף. ביצועי הלהב תלויים בגורמים כגון העיצוב האווירודינמי שלו, וכן הזווית שבין הלהב לזרימת האוויר היחסי שהוא שילוב בין המהירות במישור הסיבוב של הרוטור – כלומר המהירות הזוויתית, שניתן למדוד בעזרת סיבובים לדקה; ומהירות האוויר של כלי הטיס. להב מקנה ביצועים מיטביים בהתאם לזווית הפסיעה (זווית בין הלהב למישור הסיבוב של הפרופלור) ומהירות הסל"ד והאוויר. זווית פסיעה עדינה – בזווית התקפה נמוכה יחסית למישור הסיבוב, מתאימה לסל"ד גבוה; בעוד זווית פסיעה גסה מתאימה יותר מתאימה לסל"ד נמוך יחסית.

בפרופלורים עם זווית פסיעה קבועה הלהב תקנה ביצועים מיטביים בסל"ד ומהירות מצומצמים, כאשר לרוב הפרופלור מעוצב למהירות הקריטית לביצוע המשימה של כלי הטיס, לרוב בשיוט. לכן בתנאי טיסה אחרים הפרופלור לא מקנה ביצועים מיטביים.

מדחף בעל פסיעה משתנה אם כן מאפשר השגת ביצועים מיטביים מהפרופלור בכל טווח מהירויות האוויר והסל"ד על ידי שינוי זווית הפסיעה של להבי הפרופלור.

מדחפי פסיעה משתנה מוקדמים הופיעו במטוסי קרב משום שזה אפשר להם ביצועים מיטביים הן בשיוט (כאשר הסל"ד נמוך יחסית) והן במהלך בקרבות אוויר בהם במקרים רבים הסל"ד גבוה ויש צורך בכל יתרון ביצועים אפשרי. מערכות שינוי זווית פסיעה מוקדמים שלטו על זווית הפסיעה של הלהבים ישירות על ידי ידית בתא הטייס, אבל במקרים רבים זה היה קשה לטייס להעריך את זווית הפסיעה הנכונה לכל מהירות וסל"ד. במהרה הופיעו מערכות מדחף מהירות קבועה, השולטת אוטומטית בזווית הפסיעה של הלהבים בהתאם לסל"ד שנבחר.

יתרון נוסף במערכת שינוי זווית פסיעה, הוא שפרופלור על גבי מנוע שכבה יכול לשנות את הזווית של הלהבים שיפנו ישירות כלפי זרימת האוויר (מה שמכונה הנצה) וימנעו את האוטורוטציה האופיינית במקרים אלו הגורמת לגרר מוגבר. גורם זה שימושי להארכת מרחק גלישה במטוסים חד-מנועיים, אבל גם משפר ביצועים במטוסים דו-מנועיים בהם מנוע אחד כשל, שכן המנוע הכבוי משפיע פחות ומייצר פחות גרר.

מדחף מהירות קבועה 

מדחף מהירות קבועה הוא מכלול שינוי זווית פסיעה הנפוץ בתעופה. במערכת זאת מותקנת בוכנה על גבי טבור הפרופלור הבוכנה מושכת את להבי הרוטור וקובעת את זווית הפסיעה שלהם. על הבוכנה שולטת יחידת שימור סל"ד (באנגלית: Constant Speed Unit – CSU), המכונה גם מקבע מהירות (Governor), המנתבת לחץ לבוכנת הטבור הפרופלור.

ככל שיש יותר לחץ שמן בבוכנה, זאת תשאף לסובב את הלהבים לזווית גסה יותר, כאשר מיעוט לחץ בבוכנה משמעותו זווית פסיעה עדינה יותר. נגד הלחץ שמן בבוכנה פועלים שני כוחות – הקפיץ המחובר לבוכנת הטבור ושואף לדחוף אותו פנימה, והמומנט הפיתול הצנטריפוגלי של הלהב השואף לסובב את הלהב כלפי הזווית העדינה ביותר. בעוד הכוח של הקפיץ הוא קבוע, הכוח המומנט הצנטריפוגלי תלוי במהירות הסיבוב של הרוטור. כלומר ככל שמהירות הסיבוב של הפרופלור גודלת ככה גודל המומנט.

בפועל, הטייס קובע את מהירות הסיבוב של הרוטור (והמנוע) על ידי הידית המחוברת ל-CSU. כאשר כוח המנוע עולה, הלחץ בבוכנת הטבור יעלה ויגדיל את זווית הפסיעה של הלהבים, זה יביא להגדלה של התנגדות האוויר לסיבוב של הלהבים, שכן שטח פנים גדול יותר של כל להב חשוף לזרימת האוויר, ההתנגדות הזאת תפעל נגד הסיבוב של המנוע ותקטין את הסל"ד, אם הסל"ד יורד מתחת למה שהגדיר הטייס, הלחץ בבוכנת הטבור ירד, וזווית הלהבים תתמתן. בעוד כאשר מהירות הסיבוב תהיה גדולה יותר, זה יגרום ל-CSU לדחוף יותר לחץ לבוכנה וזה יסובב את הלהבים לזווית גסה יותר. אם כן נוצרת מערכת ששואפת לאזן את עצמה ולשמור על מהירות סל"ד קבועה.

אמצעי זה משנה את הצורה בה הטייס מתפעל את כל יחידת הכוח (המנוע והפרופלור יחד) במקום לבקר על כוח המנוע בעזרת הסל"ד, בפועל הטייס תמיד בוחר את הסל"ד ישירות ולכן מחוון זה לא שימושי לבקרה על כוח המנוע. במקום הטייס משתמש בלחץ סעפת היניקה של הדלק למנוע כחיווי העיקרי לכוח המנוע.

הנצה במכלולים אלו מתבצעת על ידי משאבת הנצה שנותנת פרץ גבוה של לחץ לזמן מוגבל ומאפשרת סיבוב הלהבים כלפי כיוון הטיסה. או על ידי משקולות נגד הנפתחות ומסובבות את הלהבים כלפי כיוון הטיסה. במקרה זה גם לרוב יהיה אמצעי לנעילת הלהבים במצב זה.

מדחף עם התאמה לפני טיסה ומדחף מצבים 
כאמור, שינוי זווית פסיעה בטיסה דורש מכלול מורכב ויקר יחסית, ולכן בהרבה מטוסים קלים אין יכולת שינוי זווית פסיעה. בחלק מהמטוסים הללו עדיין תתאפשר התאמה של זווית פסיעה של להבי הפרופלור לפני הנעה בהתאם למתאר הטיסה הצפוי – אם זה שיוט ארוך או תמרונים בכוח מלא לדוגמה.

ישנן מערכות שינוי זווית פסיעה במהלך פעולת המנוע הכוללות מנוע חשמלי לרוב המסוגל לכוון את להבי הפרופלור למספר מצבים – מצב המראה, מצב טיפוס, ומצב שיוט.

ראו גם 
 מנוע סילון
 טייס אוטומטי
 מערכת בקרת טיסה

קישורים חיצוניים 

 Constant Speed Aircraft Propellers, מתוך אתר aircraftsystemstech.com

רכיבי כלי טיס
מנועים