Тема 1.4. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА САМОЛЕТА

Общая характеристика воздушных винтов

Силовая установка предназначенадля создания силы тяги, необходимой для преодоления лобового сопротивления и обеспечения поступательного движения ЛА.

Сила тяги создается установкой, состоящей из двигателя, движителя (воздушного винта) и систем.

Воздушный винт, применяемый на самолетах для создания силы тяги, называется гребным винтом, в отличие от несущего винта, применяемого на вертолетах.

Воздушные винты используются не только на летательных аппаратах, но и на глиссерах, аэросанях, аппаратах на воздушной подушке.

Идея применения воздушного винта на летательном аппарате возникла давно. Еще в XV веке Леонардо да Винчи создал про­ект летательного аппарата с несущим винтом, который приво­дился в действие мускульной силой человека.

В 1754г. М.В. Ломоносовым была построена модель вертолета, названная им «аэродинамической машинкой», на которой использовались так называемые соосные винты, приводимые в дейст­вие часовой пружиной. Теория воздушного винта разработана Н. Е. Жуковским и его уче­никами.

В настоящее время воздушные винты на многих самолетах заменены реактивными двигателями, создающими тягу непо­средственно, без помощи винта. Однако для полетов на дозвуко­вых скоростях воздушные винты, работающие от поршневых и газотурбинных двигателей, продолжают широко применяться.

Воздушный винт – лопастный агрегат, вращаемый валом двигателя, создающий тягу в воздухе, необходимую для движения самолета.    Воздушный винт преобразует крутящий момент на валу дви­гателя в аэродинамическую силу тяги.

Винты классифицируются:

по числу лопастей: на двух-, трех-, четырех- и многолопастные;

по материалу изготовления: надеревянные, металлические;

по направлению вращения: левого и правого вращения;

по расположению относительно двигателя: натянущие и толкающие;

по форме лопастей: на обычные, саблевидные, веслообразные;

по типам: на  фиксированные, неизменяемого и изменяемого шага.

Воздушный винт состоит из ступицы, лопастей и укрепляется на валу двигателя с помощью специальной втулки (Рис.4.1) .

Рис. 4.1 Воздушный двухлопастный винт неизменяемого шага

Винт неизменяемого шага имеет лопасти, которые не могут вращаться вокруг своих осей. Лопасти со ступицей выполнены как единое целое.

Винт фиксированного шага имеет лопасти, которые устанавливаются на земле перед полетом под любым углом к плоскости вращения и фиксируются. В полете угол установки не меняется.

Винт изменяемого шага имеет лопасти, которые во время работы могут при помощи гидравлического или электрического управления вращаться вокруг своих осей и устанавливаться под нужным углом к плоскости вращения.

По диапазону углов установки лопастей воздушные винты подразделяются:

на обычные, у которых угол установки изменяется от 13 до 50°, ониустанавливаются на легкомоторных самолетах;

на флюгерные,у которыхугол установки меняется от 0 до 90°;

на тормозные или реверсные винты, которыеимеют изменяемый угол установки от –15^о до +90^о. Таким винтом создают отрицательную тягу и сокращают длину пробегасамолета.

Работа воздушного винта основана на тех же принципах, что и крыло самолета: по третьему закону Ньютона винт, вращаясь, отбрасывает массу воздуха назад вдоль своей оси. Реакцией движущейся массы воздуха является тяга винта. Чем больше масса и скорость отбрасываемого воздуха, тем больше развиваемая винтом тяга.

 Геометрические характеристики винта

 Лопасти при вращении создают такие же аэродинамические силы, что и крыло самолета. На аэродинамику винта влияют его геометрические характеристики.

Форма лопасти в плане: наиболее распространенная – симметричная и саблевидная (Рис. 4.2).

Рис. 4.2 Формы воздушного винта: а - профиль лопасти,

б - формы лопастей в плане

Диаметр винта D- это диаметр окружности, описываемой концами лопастей при вращении винта (рис.4.3).  На тяжелых само­летах диаметр винта может достигать 5 – 6 м.

Число лопастей. В зависимости от передаваемой мощности число лопастей винта может быть от 2 до 4. При боль­шем числе лопастей эффективность винта снижается вследствие вредной интерференции между лопастями. При числе лопастей более 4-х лопасти придается особая форма.

Профиль лопасти. Сечения рабочей части лопасти имеют крыльевые профили. Профиль лопасти характеризуется хордой, относительной толщиной и относительной кривизной.

Угол установки лопасти винтаj -  это угол наклона сечения лопасти к плоскости вращения винта (Рис. 4.2 ).

Для определения шага винта представим, что винт движется в цилиндре, радиус R которого равен расстоянию от центра вращения винта до точки Б на лопасти винта (см. рис.4.3.а). Тогда сечение винта в этой точке опишет на поверхности цилиндра винтовую линию.

Развернем отрезок цилиндра, равный шагу винта Н по линии «БВ». Получится прямоугольник, в котором винтовая линия превратилась в диагональ этого прямоугольника «ЦБ» (рис.4.3,б).

Рис. 4.3,б Развертка винтовой линии

Рис.4.3,б Развертка винтовой линии

Эта диагональ наклонена к плоскости вращения винта «БЦ» под углом j. Из прямоугольного треугольника «ЦВБ» находим, чему равен шаг винта:

H =2 π r tgφ.

Шаг винта будет тем больше, чем больше угол установки лопасти j.

Винты подразделяются на винты с постоянным шагом вдоль лопасти (все сечения имеют одинаковый шаг) и с переменным шагом (сечения имеют разный шаг).

Шагом винта считается шаг сечения, находящегося на расстоянии от центра вращения, равном 0,75R, где R – радиус винта. Этот шаг называетсяноминальным.

Поступь воздушного винта –это действительное расстояние, на которое движущийся поступательно винт продвигается в воздухе вместе с самолетом за один свой полный оборот (Рис.4.3,а).

Если скорость самолета V, а число оборотов винта в секунду n  , то поступь винта Н_а можно найти по формуле:  

H_a = .

Поступь винта несколько меньше геометрического шага винта. Это объясняется тем, что винт как бы проскальзывает в воздухе при вращении ввиду низкого значения его плотности.

Разность между значением геометрического шага и поступью воздушного винта называетсяскольжением винта и определяется по формуле:

S=H-H_a.