¿Por qué las hélices contrarrotantes impulsadas por NK-12 no giran a las mismas rpm?

El Kuznetsov NK-12 es un motor turbohélice soviético de la década de 1950, diseñado por la oficina de diseño de Kuznetsov. El NK-12 impulsa dos grandes hélices contrarrotantes de cuatro palas, de 5,6 m (18 pies) de diámetro (NK-12MA) y 6,2 m (20 pies) de diámetro (NK-12MV). Es el motor turbohélice más potente que ha entrado en servicio. ( Wikipedia: Kuznetsov NK-12)

Tupolev TU-95 (nombre en clave de la OTAN Bear) y Antonov AN-22 (nombre en clave de la OTAN Cock) utilizan el motor turbohélice NK-12 y, como se puede ver fácilmente en muchos videos disponibles en Internet, sus hélices no están engranadas de una manera que los haría girar a las mismas rpm.

La relación de giro de las hélices TU-95 es tal, que por cada vuelta completa de la hélice delantera, la trasera gira un poco más de media vuelta: Arranque del motor TU-95 en Youtube .

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Los dos cuadros de arriba muestran el retraso de la hélice de popa después de que la hélice de proa se moviera un cuarto de vuelta.

Para AN-22, la relación es una vuelta completa para la hélice delantera y aproximadamente 3/4 para la trasera: arranque del motor AN-22 en Youtube .

¿Por qué tales proporciones? ¿Cuál es la razón por la cual la hélice delantera tiene rpm significativamente más altas en comparación con la que está detrás? El aire que ha atravesado el disco de la primera hélice obviamente ha sido acelerado y ha adquirido un impulso de remolino. Esto habría que tenerlo en cuenta de alguna manera.

Mi propia suposición sería que esto tiene que ver con los cambios de flujo antes mencionados, la distribución de carga entre las hélices y/o algo con las vibraciones y resonancias del tren motriz.

Por favor, no dude en demostrar que estoy equivocado en este caso, pero para que funcione, necesitaría algunas pruebas contundentes sobre el tren motriz NK-12.

¿Puedes vincular el documento que muestra las relaciones de transmisión?
No tengo dicha documentación, las diferentes velocidades de rotación se pueden ver en los videos que he vinculado a la pregunta. El video AN-22 es de muy buena calidad y muestra el arranque de dos motores, con la misma relación de rpm de hélice en ambos. Estoy seguro de que hay documentación disponible, pero lo más probable es que esté en ruso, y eso es un problema para mí...
Bien, entonces está basando esta opinión de la relación de transmisión únicamente en los videos, bueno, ¿y si es impulsado por turbinas separadas o un planetario de rueda libre?
Bueno, es innegable que los accesorios están girando a diferentes velocidades. Seré muy feliz si alguien puede probar que lo que se te ocurrió es cierto. Las turbinas separadas podrían ser posibles, y se ha especulado aquí sobre ASE. Por cierto, ¿cómo transferiría energía un engranaje planetario de rueda libre? (Podría, pero no veo cómo).
Tiene 1 entrada de energía (de la turbina) y 2 salidas de energía a las que está dividiendo la energía. Son 3 cosas, y los planetarios son realmente buenos para dividir el poder entre 3 cosas. Solo necesita asegurarse de que las cargas estén equilibradas. Este es el mismo problema de balance de energía que tiene cualquier automóvil con su diferencial.
Tengo que desenterrar una foto o un video de eso, simplemente no puedo entenderlo. Mientras tanto, claramente se dirige hacia una respuesta aceptable aquí 👍🏻

Respuestas (2)

El motor NK-12 utiliza una caja de cambios epicicloidal (planetaria) diferencial. A diferencia de las típicas cajas de engranajes planetarios donde uno de los engranajes está fijo, aquí las tres partes se mueven: la turbina impulsa el sol, el piñón planetario impulsa la hélice delantera y el anillo impulsa la hélice trasera.

Las relaciones de transmisión son las mismas entre la parte delantera y la trasera, pero el par no lo es . La diferencia que ve tiene que ver con esta diferencia de torque, así como con diferentes masas giratorias y fricción durante el arranque. El par es lo realmente importante.

Si sostiene una parte, las otras dos estarán en la sincronización esperada. Digamos, si atascas una hélice y enciendes la turbina, simplemente hará girar la otra hélice el doble de rápido. (Pero si atascas la turbina, las cosas serán menos intuitivas: las hélices deberían girar en la misma dirección si mueves una con la mano). Ahora, si permite que la turbina gire libremente, tendrá dos grados de libertad, y las RPM relativas eventuales en dicho sistema dependerán del par en cada hélice.

En la explicación a continuación, utilizo este trabajo de S. Falaleyev et al (pdf en ruso). Aquí está el diagrama de la caja de cambios:

Diagrama de caja de cambios NK-12MW

Si asumimos el balance de par tal que las RPM son las mismas (excepto el signo), la relación de transmisión será (me salteo la derivación):

i = 1 + 2 ( z 2 ⋅ z 4 z 1 ⋅ z 3 )

( z son los números de dientes según el diagrama). Para los números dados obtenemos 11.33 (o más bien, debería ser 1 / 11.33 = 0.088 reducción). ¡La velocidad nominal de las hélices era de solo 735 RPM!

Al mismo tiempo, la relación de torsión (de adelante hacia atrás) es

METRO F METRO r = − ( 1 + z 1 ⋅ z 3 z 2 ⋅ z 4 ) ≈ − 1.19

Por lo tanto, el puntal delantero obtiene casi un 20 % más de par que el puntal trasero. Es por eso que gira más rápido en el arranque. (También es más ligero que el trasero).

A la velocidad nominal, el gobernador establece automáticamente un paso de pala más fino en el puntal trasero para igualar las velocidades. (¿Por qué no aceptar una mayor velocidad/empuje de la hélice delantera? Aparentemente, porque la hélice está limitada por la velocidad de las puntas, y no queremos que la delantera se vuelva supersónica mientras que la trasera está relajada).

Excelente respuesta!
Esto es genial, antes, con la ayuda del traductor de Google, pude obtener información sobre la caja de cambios, pero era muy general. Su documento vinculado parece muy informativo, ¡tendré que profundizar más! Muy bueno cómo combinaron el engranaje de reducción y el divisor CRP en el mismo conjunto de engranajes.
Gracias por el enlace del documento, es una lectura bastante interesante. @ Jpe61 avíseme si necesita ayuda para descifrar algún pasaje.
¡brillante! ¡utilizan un engranaje diferencial como un divisor de par natural!
Lo que me había engañado aquí fue que pensé que habría semejanza con los autos y sus diferenciales. Luego está el hecho de que el engranaje planetario en NK-12 no es su epicicloidal de variedad de jardín...

No puedo ofrecer el respaldo técnico, pero hace años, leí que si los accesorios están diseñados para funcionar a rpm ligeramente diferentes, se reduce el sonido infernal producido por los contra accesorios. El ruido ha sido un problema con estos desde que los ingenieros comenzaron a usarlos (creo que a fines de la Segunda Guerra Mundial). Por supuesto, ninguno de los aviones propulsados ​​por NK-12 son conocidos como "aviones Whisper"...

Esto parece perfectamente plausible.
¿Por qué las hélices contrarrotantes impulsadas por NK-12 no giran a las mismas rpm?
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