Какими тремя параметрами обладают воздушные винты

КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВ

СИЛОВАЯ УСТАНОВКА САМОЛЕТА

НАЗНАЧЕНИЕ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОЗДУШНЫХ ВИНТАХ

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

Сила тяги создается установкой, состоящей из двигателя, движителя (винта, например) и систем, обеспечивающих работу двигательной установки (топливная система, система смазки, охлаждения и т.д.).

Работа воздушного винта основана на тех же принципах, что и крыло самолета.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВ

Воздушный винт состоит из ступицы, лопастей и укрепляется на валу двигателя с помощью специальной втулки (Рис. 1).

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 или автоматически вращаться вокруг своих осей и устанавливаться под нужным углом к плоскости вращения.

Рис. 1 Воздушный двухлопастный винт неизменяемого шага

Рис. 2 Воздушный винт

По диапазону углов установки лопастей воздушные винты подразделяются:

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

К воздушным винтам предъявляются следующие требования:

винт должен быть прочным и мало весить;

должен обладать весовой, геометрической и аэродинамической симметрией;

должен развивать необходимую тягу при различных эволюциях в полете;

должен работать с наибольшим коэффициентом полезного действия.

Источник

Воздушный винт.

Привет, друзья!

Современный воздушный винт.

Итак, что такое воздушный винт? Как я уже говорил, это отдельная самостоятельная единица, а точнее целый лопастной агрегат. Он является движителем для аппарата, на котором установлен, то есть превращает мощность двигателя в тягу и, в конечном счете, в движение.

Человек уже давно проявлял внимание к винту. Первые теоретические свидетельства этого имеются еще в рукописях и рисунках Леонардо да Винчи. А практически его впервые применил (для метеорологических приборов) М. В. Ломоносов. Воздушный винт вначале устанавливался на дирижаблях, в последствии и по сегодняшнее время на самолетах и вертолетах при использовании поршневых и турбовинтовых двигателей. Применяется он также и на наземных аппаратах. Это так называемые суда на воздушной подушке, а также аэросани и глиссеры. То есть история его (как и история всей авиации :-)) длинна и увлекательна и еще, похоже, далеко не закончена.

Что касается теории и принципа действия… Хотел начать рисовать векторные диаграммы, а потом передумал :-). Во-первых не тот сайт, а, во-вторых, все это я уже описал здесь, здесь и даже здесь :-). Скажу лишь, что лопасти воздушного винта имеют аэродинамический профиль, и при его вращении в воздушной среде возникает та же картина, как и при движении крыла.

Аэродинамическая сила (картинка из предыдущей статьи :-))

Все те же аэродинамические силы, тот же скос потока, только теперь уже подъемная сила становится тягой винта, заставляющей самолет двигаться вперед.

Есть, конечно, и свои особенности. Ведь воздушный винт (точнее его лопасти) по сравнению с крылом совершает более сложное движение: вращательное плюс поступательное движение вперед. И на самом деле теория воздушного винта достаточно сложна. Однако для принципиального понимания вопроса всего сказанного вполне достаточно. Остановлюсь только на некоторых особенностях.Замечу, кстати, что винты бывают не только тянущие, но и толкающие (такие, между прочим, стояли на самолете братьев Райт).

Пропеллер немецкого дирижабля SL1 (1911) диаметром 4,4 м.

Воздушный винт для траспортного самолета А400М.

Транспортный самолет А400М.

Транспортник Кролевских ВВС Hercules C-4 на стоянке с винтами во флюгерном режиме.

Диаметр винта и его шаг – это основные технические параметры воздушного винта. Существует еще такое понятие, как крутка. То есть каждая лопасть по всей длинне слегка закручена. Это делается опять же для того, чтобы при одной и той же мощности лопасть создавала наибольшую тягу.

Американский экспериментальный самолет Bell X-22 с импеллерами 1966 г.

Французский экспериментальный самолет с импеллерами NORD 500 CADET. 1967 г.

1932 г. Италия. Экспериментальный самолет с импеллером “Летающая бочка”

Стратегический бомбардировщик ТУ-95.

К сожалению, воздушный винт, особенно в сочетании с поршневым двигателем, имеет все-таки ограниченную область применения. Конечно, там, где так необходимы ближнемагистральные самолеты и так называемая авиация общего назначения он себя еще покажет. Но тем не менее соревнование высота-скорость-дальность он вместе со своим спутником поршнеым мотором уже проиграл турбореактивному двигателю. Но об этом в другой статье…

Источник

15 Аэродинамические характеристики самолетных винтов

Тема 4. Аэродинамические характеристики самолетных винтов

4.1. Геометрические и кинематические характеристики воздушных винтов.

4.1.1. Назначение и типы воздушных винтов. Основные геометрические параметры.

Воздушным винтом называется вращающееся лопастное устройство, предназначенное для создания тяги за счет реакции отбрасываемой назад массы воздуха, проходящей через плоскость его вращения.

Воздушные винты по конструктивным особенностям подразделяются на дозвуковые ( применяются на ЛА с малыми скоростями полета и обтекаются во всех сечениях лопастей на всех режимах с дозвуковыми скоростями) и сверхзвуковые (применяются на самолетах с околозвуковыми скоростями полета и обтекаются на крейсерском режиме в большинстве сечений лопастей со сверхзвуковыми скоростями).

Винты могут быть фиксированного шага или изменяемого шага.

Подразделяются винты также на одиночные и соосные.

Рекомендуемые файлы

К основным геометрическим параметрам воздушных винтов относятся:

-относительный радиус сечения =r/R;

-угол установки сечения _–угол между хордой сечения и плоскостью вращения винта.

-крутка лопасти _кр, характеризует изменение угла установки сечений по длине лопасти, отсчитывается от угла установки лопасти

=_r–

4.1.2. Кинематические характеристики винта

Кинематические характеристики (параметры) воздушного винта определяют его движение, состоящее из вращательного и поступательного.

Строго говоря, названные скорости отличаются от указанных значений на величины осевой индуктивной скорости U_a ( за счет отбрасывания воздуха винтом) и окружной индуктивной скорости U_t ( за счет закручивания потока винтом). Но в силу их малости по сравнению с r ими обычно пренебрегают.

Угол между вектором полной скорости сечения и плоскостью вращения называется углом притекания струй _r.

Одной из характеристик винта является его шаг Н, т.е. расстояние, проходимое винтом в осевом направлении в неподатливой среде за один оборот

.

Однако в силу того, что винт движется в воздухе, вводится параметр поступь винта

,

т.е. расстояние, проходимое винтом в осевом направлении за один оборот в воздухе.

Поступь винта, отнесенная к его диаметру, называется относительной поступью или коэффициентом скорости

.

4.2. Тяга, мощность и КПД винта

Полная аэродинамическая сила, возникающая на лопасти при вращении винта, R_i может быть разложена на две составляющие:

Поэтому формула для тяги винта в целом имеет вид:

,

где – коэффициент тяги,

Для преодоления силы сопротивления вращению к винту необходимо приложить крутящий момент М, т.е. затратить мощность

N=M

Формула для мощности имеет вид

,

где – коэффициент мощности.

.

С учетом выражений для P и N получаем

.

4.3. Нормальные характеристики винтов. Режимы работы.

Нормальными характеристиками винтов называются зависимости коэффициентов тяги , мощности и КПД от коэффициента скорости при постоянном угле установки лопасти .

По нормальным характеристикам устанавливают следующие режимы работы винта:

1. Работа винта на месте.

2. Пропеллерный (основной) режим.

3. Режим нулевой тяги.

4. Режим торможения.

5. Режим авторотации.

Рассмотрим кратко физическую картину этих режимов.

1.Режим работы винта на месте.

Соответствует точке О на нормальных характеристиках.

=0 (поступательное движение отсутствует), =0 (винт не совершает полезной работы)

_r=_r, >0 (винт создает тягу), >0 (на вращение затрачивается мощность).

2.Основной (пропеллерный режим)

Соответствует участку от точки О до точки А, за исключением этих точек.

>0, >0, _r>0, сначала растет, затем падает до нуля.

3. Режим нулевой тяги

Соответствует точке А. =0 (винт не создает тягу), =0, >0. Полная аэродинамическая сила лежит в плоскости вращения.

4. Режим торможения

Соответствует участку от точки А до точки В за исключением этих точек. Тяга отрицательна ( 0.

5. Режим авторотации.

Соответствует точке В.

Источник

Технические параметры и устройство винта самолета

Винт самолета (пропеллер) представляет собой агрегат, приводимый в действие двигателем. За счет вращения возникает тяговая сила, заставляющая летательный аппарат двигаться. Винтовые самолеты обладают как преимуществами, так и недостатками. Они гораздо экономичнее реактивных аналогов, однако при этом у них имеется ряд конструктивных ограничений.

Зачем самолету винт?

Самолетный винт ответственен за преобразование крутящего момента двигателя в тяговую силу. Сочетание двигателя с пропеллером именуется винтомоторной установкой. Винт состоит из лопастей, которые при вращении захватывают воздух и отбрасывают его назад.

Воздушные винты подразделяются на тянущие и толкающие. При создании самолетов толкающие пропеллеры применяются крайне редко. Винтовые изделия применяются также для создания вертолетов, винтокрылов, винтопланов и автожиров. Для их поднятия в воздух используются несущие и рулевые изделия.

Отдельно стоит выделить винтопланы, которые сочетают в себе характеристики самолета и вертолета за счет поворотных двигателей. Лопасти несущих винтов винтоплана могут преобразовывать крутящий момент как в тянущую, так и в подъемную силу.

Технические параметры и устройство винта самолета

Пропеллер состоит из ступицы и лопастей. Количество лопастей может быть от 2 до 8. Изделие создается из высокопрочного материала. Как правило, используется термообработанный алюминиевый сплав. Скорость вращения воздушного пропеллера может составлять 1200 оборотов в минуту, поэтому для создания применяются максимально прочные материалы.

Среди основных технических характеристик изделия выделяют:

Работа пропеллера приводит к появлению разворачивающего эффекта. Среди причин появления данного эффекта выделяют реактивный и гироскопический момент винта, а также закручивание струи воздуха. Для того чтобы противостоять разворачивающему эффекту, винтовые самолеты делаются асимметричными.

Тяга воздушных винтов варьируется за счет изменения оборотов двигателя или шага винта. Изменение шага позволяет изменять тягу, не меняя оборотов двигателя. Стоит отметить, что увеличение оборотов, и как следствие, ускорение вращения пропеллера, считается наиболее быстрым способом увеличить тягу.

КПД воздушных винтов составляет примерно 85%. КПД называется отношение полезной мощности к мощности двигателя. Несмотря на высокий КПД, у них имеются недостатки, среди которых выделяют повышенный уровень шума и так называемый эффект запирания (тяга винта после определенных оборотов двигателя перестает увеличиваться, несмотря на возрастание мощности).

Виды самолетных винтов

Для создания винтовых самолетов практически всегда применяются только тянущие варианты. В более редких случаях можно встретить самолеты с толкающими пропеллерами. Толкающие винтовые изделия располагаются в задней части самолета. Стоит отметить, что КПД тянущего винта больше, чем у толкающего.

Несущий вид не встречается на самолетах. Исключением является гибрид, который именуется винтопланом. Лопасти несущих винтов конвертоплана обладают большей длиной. Их примерный размер сопоставим с лопастями вертолета.

Винты с разным количеством лопастей

Лопастной винт самолета должен обладать высокой прочностью и надежностью. Для создания безопасных воздушных суден применяются винтовые изделия с регулируемым шагом, который позволяет изменять положение лопастей. При необходимости это позволяет осуществить флюгирование, чтобы уменьшить лобовое сопротивление при отказе двигателя.

На современном самолете может быть до 4 винтомоторных установок. Средняя скорость винтовых самолетов составляет 500 километров в час. Быстрейшим турбовинтовым самолетом считается Ту-95.

Преимущества и недостатки

Среди главных преимуществ выделяют высокий коэффициент полезного действия и низкий расход топлива у винтовых самолетов. Среди недостатков использования винтомоторных установок выделяют:

Из-за низких скоростей винтовых самолетов их применяют только для ограниченного ряда задач. Турбовинтовые самолеты практически не применяются в пассажирской авиации. В большинстве случаев их используют для транспортировки грузов.

Как пулемет стреляет через винт самолета?

Первые военные истребители были винтовыми. Авиационные инженеры столкнулись с проблемой вращающегося пропеллера. Покрывать огнем цели, находящиеся во фронтальной области, было невозможно. Первое решение проблемы — металлические уголки на лопастях. Если пуля попадала в лопасти, то она рикошетила, при этом не нанося вреда винтовому изделию и экипажу самолета.

Более продвинутое решение изобретено нидерландским авиаконструктором. Для решения поставленной задачи стал использоваться синхронизатор стрельбы. Посредством этой разработки полностью решалась проблема. Стрельба велась только в нужный момент, когда лопасти винтового изделия не мешали выстрелу. Специализированный синхронизатор определял момент вылета пули. Синхронизатор стрельбы уменьшал скорострельность, но при этом позволял вести огонь прямо через лопасти винта несущегося самолета.

На современных истребителях используются реактивные двигатели, поэтому потребности в применении синхронизаторов нет. Винтовые гражданские и военные самолеты не несут на себе пулеметов, поэтому эта проблема их тоже не касается.

Отличия винта от пропеллера

Воздушные винты и пропеллеры являются равнозначными понятиями в авиации, однако винтовые изделия используются во многих других сферах. Лопастные изделия используются при создании:

Пропеллером называются только винтовые изделия, которые применяются для создания самолетов. Например, лопасть несущего винта вертолета нельзя назвать пропеллером. Зная об основных отличиях, можно будет легко классифицировать изделие.

Перспективные разработки

Авиаконструкторы стараются избавиться от недостатков винтовых самолетов. Среди наиболее перспективных разработок выделяют:

Разработка турбовентиляторного двигателя — реализованный проект, который позволил получить высококачественные двигатели. Многие турбовентиляторные двигатели сейчас используются на пассажирских авиалайнерах. Эти двигатели отличает повышенная экономичность, что является существенным фактором в пассажироперевозках.

Для решения проблемы эффекта запирания крутящий момент двигателя разделяется между двумя соосными винтовыми изделиями. Таким образом достигается более высокая скорость при полете. Наиболее успешным самолетом, который использует данный метод, считается Ту-95. Стоит отметить, что для решения проблемы реактивных моментов на вертолете также используются соосные лопасти несущих винтов.

Создание усовершенствованных винтомоторных установок ведется до сих пор, однако составить конкуренцию турбовентиляторным или реактивным вариантам они не могут. Несмотря на это, винтовые судна обладают некоторыми особенностями, которые позволяют использовать их для решения узкоспециализированных задач.

Источник