Ефективност на въздушното витло. Класификация на витлата. Зависимост на ефективността от височината и скоростта на полета

Напоследък има известно лутане, а понякога и направо подвеждане, по отношение на избора на витла на акробатични модели на Хобит, които при определени предположения могат да включват и тренировъчни модели. Причината тук изглежда е, че в традиционните спортни области отдавна са разработени насоки и са проведени теоретични обосновки за оптимален избор на витла - при високоскоростни, състезателни, таймерни модели. За да стигнем до правилните критерии, без да навлизаме твърде дълбоко в дебрите на класическата теория на винта, се предлага следният материал за обсъждане.

На пръв поглед теоретик всичко е просто. Взимате външните характеристики и характеристиките на дросела на двигателя и семейството от аеродинамични характеристики на наличните в търговската мрежа витла, като използвате последното, изграждате семейство от графики на необходимата мощност в същите координати като външните характеристики на двигателя. След това в желания скоростен режим намирате пресечната точка на графиките - така получавате оптималния винт. В живота всичко е по-трудно. Ако с дължимата грижа външните характеристики на двигателя все още могат да бъдат взети на щанда, тогава характеристиките на издухване на моделните витла са малко вероятни. Моделните фирми, дори гигантите, също не ги дават. Резултатът се предполага, както следва: for основни параметриобщоприети или препоръчани от производителя на двигателя се приемат и след това последователно се приближават в посоката, желана от проектанта. За да направите това, човек трябва поне качествено да разбере колко е сигурно проектни параметривлияят върху характеристиките на витлото. Това ще бъде обсъдено допълнително.

Нека започнем с основните положения на теорията на витлото, като вземем от нея само няколко формули:

тяга на витлото

Необходима мощност за въртене на перката

Относителна стъпка на витлото

съотношение на тягата на витлото

фактор на мощността на витлото

Плътност на въздуха

обороти на витлото

Диаметър на винта

скорост на самолета

Няма да вземем повече формули, в противен случай мнозина няма да се интересуват.

Аналитично тук не можете да разчитате много, защото основното е как се държат тягата на витлото и коефициентите на мощност, както и тяхното съотношение, което определя ефективността на витлото. Тези параметри се установяват емпирично чрез вземане на характеристиките на специфични витла чрез продухване в аеродинамичен тунел. Затова ще разгледаме тяхното качествено изменение в зависимост от различни параметри. Да започнем с ефективността. За типичен винт графиката изглежда така:

Моля, имайте предвид, че относителната стъпка е безразмерна стойност и е равна на единица при скорост на полета 1 m / s, скорост на витлото 60 rpm и диаметър 1 метър. Сега трябва да обясним защо графиката изглежда така. При нулев ход ефективността е нулева, защото витлото не върши никаква работа - самолетът стои на едно място. При ход 1,6 това витло също не върши работа, защото стъпката му е такава, че лопатките се движат под нулев ъгъл на атака (т.е. перпендикулярно на потока) и не образуват тяга. За винтове с различна стъпка обща формаграфиката е същата, но е пропорционално компресирана (с по-малка стъпка) или разтегната (с по-голяма стъпка) по оста. При приплъзване от 20-30% (за даден винт в района = 1,1 - 1,4), ефективността на винта е максимална и може да достигне стойност от 0,8. Това е най-изгодната зона по отношение на оползотворяването на мощността на двигателя. Интересното е, че в този регион ефективността се променя незначително; тъй като скоростта намалява в този диапазон, тягата пропорционално се увеличава, което има положителен ефект върху стабилността на скоростта на полета. Когато приплъзването е по-малко от 15 - 20%, ефективността започва рязко да пада, тъй като ъгълът на атака на лопатката намалява, съответно лопатката на витлото пада и тягата му намалява. В диапазона на относителната стъпка от 0 до 0,9 ефективността на витлото зависи почти линейно от скоростта, което показва неговата почти постоянна тяга !!!. Тези. Противно на общоприетото схващане, тягата на правилно избрано витло по време на полет може да се определи доста точно от статичната тяга с леки корекции. Ако погледнете по-точно тази част от графиката, тогава тя е малко изпъкнала в лявата половина. Това е така, защото тягата на витлото намалява донякъде с намаляване на скоростта поради увеличаване на натоварването върху витлото B (вижте формулата, където скоростта е в знаменателя и дори на квадрат). Типична зависимост при промяна на B от нула до 10 изглежда така:

Намаляването на коефициента на тягата е свързано с промяна в характера на въздушния поток пред витлото с намаляване на скоростта. Но не причината е важна за нас, а фактът, че правилно подбраното витло в статика дава тяга, по-малка от тягата при максимална ефективност, с не повече от 15%.

Сега за това какво е правилно избран винт. Да се ​​върнем към диаграмата за ефективност. Ако приложите върху него семейство графики на витла, различаващи се само по стъпка, тогава те ще приличат на съществуващото, но компресирани или опънати по оста, както беше споменато по-горе. Вярно е, че максималната ефективност с намаляваща стъпка също намалява. Максималната стойност от 0,8 се получава, ако оптималното приплъзване на винта пада на относителна стъпка от около единица. Това е един от критериите за правилно подбран винт.

За да преценим къде са типичните стойности, нека вземем 40-обемен двигател с мощност 1,3 к.с. при 14 000 оборота в минута и изчислете характерния за случая витло с размери 250 на 150. При пилотажна скорост 90 км / ч получаваме 0,43. С такава стъпка максималната ефективност няма да надвишава 0,6. За да се получи такава ефективност, стъпката на витлото с приплъзване от 20% трябва да бъде около 9 сантиметра, а за да се реализира наличната мощност с такава стъпка, диаметърът на витлото трябва да се увеличи до 27 - 30 сантиметра. С горната стъпка ефективността няма да бъде по-висока от 0,5. Такава ниска ефективност се получава поради твърде високи обороти на двигателя при максимална мощност.

Нека видим как професионалистите от F3A изглеждат в светлината на горното. По-голямата част от тях летят с OS MAX 140 RX с витло 16 на 14 инча при скорости 90 - 70 км/ч при около 9000 об/мин.14-инчовият витло е оптимален при 25% приплъзване при около 180 км/ч. При 90 км/ч ефективността му ще бъде 0,65, а при 70 км/ч - 0,5. Едно просто изчисление показва, че в диапазона на скоростта 50 - 100 км / ч тягата на това витло изобщо не зависи от скоростта, а се определя само от оборотите на двигателя. Това вероятно харесват професионалистите, защото. с това витло в диапазона на скоростта на полета, има връзка едно към едно между позицията на ръчката на газта и тягата на двигателя. Оптималното витло 18 на 8 ще даде тяга, по-голяма от двадесет процента при 90 км / ч, но това ще зависи не само от оборотите на двигателя, но и от скоростта на самолета. Професионалистите са готови да пожертват тази добавка за по-добър контрол на сцеплението.

Най-лошото е положението при моделите с таймер. Там моторът се върти до 30 000 оборота в минута, а скоростта на повдигане на самолета е ниска. При много малък диаметър на винта натоварването на винта се оказва ужасно. В контекста на изложеното много правдоподобно звучи забележката на Е. Вербицки, посочена в V брой на МОН за 1999 г. В него се казва, че според неговите изчисления "... конвенционалните витла F1C с диаметър 180 mm при скорост 28 000 rpm имат ефективност от около 40%. Чрез намаляване на скоростта до 7000 с помощта на скоростна кутия, като същевременно се увеличи диаметърът на витлото, можете да увеличите ефективността на витлото до 80%". Същите резултати са получени и от автора на този материал.

Тук при радиосъстезанията е точно обратното. Там скоростите са такива, че за почти всяка скорост можете да изчислите витло с КПД, близък до 0,8. По-горе беше обърнато малко внимание на фактора на мощността. Това не е случайно. Факт е, че този параметър е важен при изчисляване на екстремния режим. Ако витлото е проектирано за максимална тяга при максимална мощност, тогава в частични режими, които бяха основно обсъдени, има увереност, че мощността на двигателя ще бъде достатъчна. При това независимо от външните характеристики на двигателя, защото оборотите във формулата за необходимата мощност са на трета степен. Толкова бързо, мощността не може да падне с намаляване на скоростта, дори при двигатели с резонансна изпускателна система и високоскоростно разпределение на клапаните. За пилотажните модели не екстремните режими са по-важни, а целият диапазон от скорости и натоварвания на витлото.

Няколко реда за ширината на острието. Широко разпространено е мнението, че чрез намаляване на ширината на лопатката на витлото може леко да се увеличи ефективността му. Това е вярно, но за високоскоростни режими със сравнително малко натоварване на витлото. За витло с тясна лопатка характеристиката е по-стръмна. Дотолкова, че при голямо натоварване ефективността на витло с по-широка лопатка е по-висока. В същото време това се случва в областта на малки абсолютни стойности на ефективността.

При ниски скорости на полет с високоскоростни двигатели не е възможно безкрайно намаляване на стъпката и увеличаване на диаметъра на витлото. Когато ъгълът на атака на лопатката е по-малък от най-благоприятния полярен профил за даден профил, тягата на един елемент намалява по-бързо, отколкото се увеличава стреловидната площ на витлото. Тези. за бавен полет има минимална стъпка, над която оптимизирането на инсталацията на витлото е възможно само чрез скоростната кутия.

Кое от гореспоменатите дълги разсъждения може да бъде направено?

Първият- правилно избраното витло ще осигури пилотажа с приблизително постоянна максимална тяга в широк диапазон от скорости на полета, като се започне от самото начало.

Второ- съществуващите модели двигатели, поради високоскоростните външни характеристики, не позволяват бавен пилотаж сегашните тенденции F3A използва винтове с добра ефективност. Между другото, от това заключение следва мнението, широко представено в статиите на Московския съюз на художниците и художниците за значението за летателните и тренировъчни модели на кубатурата на двигателя, а не на неговата мощност, по-специално от авторите А. Соколов и Д. Дмитриев.

трето- за съвременния 3D пилотаж и на самолети с вентилатор може да се счита за обещаващо използването на мотор-редуктор с рязко увеличен диаметър на витлото. Само по този начин драстично (два пъти) ще се подобри съотношението тяга/тегло на електроцентралата. Тогава можете да разчитате на голям запас от тяга при скорости на хеликоптера и висене. Сега висят на Diamante с винтове 310 на 95 мм. Това е ограничението, вече не е ефективно да се намали стъпката по-долу.

И последното - за витлата с променлива стъпка. При акробатични модели използването им е непрактично. VISH, разбира се, ще позволи при ниски скорости да даде увеличение на сцеплението поради по-висока ефективност, но това увеличение не е необходимо там. В допълнение, това увеличение ще бъде по-малко от теоретичното поради аеродинамичното усукване на перката. За разлика от хеликоптерните витла, витлата на самолетите имат прилично усукване, оптимално само на една стъпка. В голямата авиация VISH е широко разпространен главно за осигуряване на висока ефективност на двигателната инсталация, което не играе роля за моделите.

P.S. Материалът съдържа формули и графики от монографиите на Александров В.Л. "Въздушни винтове" и Болонкина А.А. "Теория на полета на летящи модели". При изчисленията на ефективността е използвана мрежа от аеродинамични характеристики на английското витло от последната работа.

Част от енергията на въртене на двигателя се изразходва за въртене на витлото и е насочена към преодоляване на въздушното съпротивление, завихряне на изхвърлената струя и т.н. Следователно полезната втора работа, или полезната теглителна сила на витлото, nb, ще има по-малка мощност на двигателя N eизразходвани за въртене на витлото.

Съотношението на полезната задвижваща мощност към мощността, консумирана от витлото (ефективна мощност на двигателя), се нарича коеф. полезно действие(КПД) на витлото и е означено ч . Определя се по формулата

Ориз. 11 Характеристики на мощността на двигателя М-14П на самолетите Як-52 и Як-55

Ориз. 12 Приблизителен изглед на кривата на промяна на наличната мощност в зависимост от въздушната скорост

Ориз. 13 Височинна характеристика на двигателя М-14П в режими 1 - излитане, 2 - номинален 1, 3 - номинален 2, 4 - крейсерски 1; 5 - круиз 2

Стойността на ефективността на витлото зависи от същите фактори като пропулсивната мощност на витлото.

Ефективността винаги е по-малка от единица и достига 0,8 ... 0,9 за най-добрите витла.

Графиката на зависимостта на разполагаемата ефективна мощност от скоростта на полета за самолетите Як-52 и Як-55 е показана на фиг. единадесет.

Графика Фиг. 12 се нарича характеристика на електроцентралата по отношение на мощността.

При V=0, Np=0; при скорост на полета V=300 км/ч, Np==275 к.с (за самолет Як-52) и V=320 км/ч, Np=275 л. с. (за самолета Як-55), където Np- необходима мощност.

С увеличаване на надморската височина ефективната мощност намалява поради намаляване на плътността на въздуха. Характеристиката на изменението му за самолетите Як-52 и Як-55 от височината на полета Н е показана на фиг. 13.

За да се намали скоростта на въртене на витлото в двигателя, се използва скоростна кутия.

Степента на намаляване е избрана по такъв начин, че в номинален режим краищата на лопатките да се обтичат от дозвуков въздушен поток.

ВИНТОВЕ С ПРОМЕНЛИВА СТЪПКА

За да се премахнат недостатъците на витлата с фиксирана и фиксирана стъпка, се използва витло с променлива стъпка (VSP). Ветчинкин е основоположник на теорията за ВИС.

ИЗИСКВАНИЯ ЗА ВИШ:

ВИШ трябва да задава най-благоприятните ъгли на атака на лопатките във всички режими на полет;

премахване на номиналната мощност от двигателя в целия работен диапазон от скорости и височини;

за поддържане на максималната стойност на коефициента на полезно действие при възможно най-голям диапазон от скорости.

Лопатките на VISH или се управляват от специален механизъм, или се настройват в желаната позиция под въздействието на сили, действащи върху витлото. В първия случай това са хидравлични и електрически витла, във втория - аеродинамични.

хидравличен винт- витло, при което промяната на ъгъла на монтиране на лопатките се извършва от налягането на маслото, подадено към механизма, разположен в главината на витлото.

електрически винт- витло, при което промяната на ъгъла на монтиране на лопатките се извършва от електродвигател, свързан с лопатките чрез механична трансмисия.

Авиомеханично витло- витло, при което промяната на ъгъла на монтиране на лопатките се извършва автоматично - чрез аеродинамични и центробежни сили.

Най-широко използваните хидравлични ВИШ. Автоматично устройство в витла с променлива стъпка е предназначено да поддържа постоянна зададена скорост на витлото (двигателя) чрез синхронна промяна на ъгъла на наклона на лопатките при промяна на режима на полет (скорост, надморска височина) и се нарича регулатор на постоянството на скоростта ( RPO).

Ориз. 14 Работа на витлото с променлива стъпка V530TA-D35 при различни скорости на полет

RPO, заедно с механизма за завъртане на лопатките, променя стъпката на витлото (ъгъла на наклона на лопатките) по такъв начин, че оборотите, зададени от пилота с помощта на лоста за управление VIS, остават непроменени (зададени) при полет промени в режима.

В същото време трябва да се помни, че оборотите ще се поддържат, докато ефективната мощност на вала на двигателя Ne стане по-голяма от мощността, необходима за въртене на витлото, когато лопатките са настроени на най-малкия ъгъл на наклон (малка стъпка).

На фиг. 14 е показана схема на работа на ВИС.

При промяна на скоростта на полета от излитане до максимум при хоризонтален полет, ъгълът на монтиране на лопатките й нараства от минималната си стойност j мин до максимум j макс (голяма крачка). Поради това ъглите на атака на острието се променят малко и остават близки до най-изгодните.

Работата на ВИС по време на излитане се характеризира с това, че при излитане се използва цялата мощност на двигателя - развива се най-голямата тяга. Това е възможно при условие, че двигателят развива максимална скорост и всяка част от лопатката на витлото развива най-голяма тяга, като има най-малко съпротивление на въртене.

За да направите това, е необходимо всеки елемент от лопатката на витлото да работи при ъгли на атака, близки до критичните, но без спиране на въздушния поток. На фиг. 14, а показва, че ъгълът на атака на перката преди излитане (V=0)поради въздушния поток със скорост DVмалко по-различен от ъгъла на наклона на острието със стойността fmin. Ъгълът на атака на острието съответства на големината на максималната повдигаща сила.

Съпротивлението на въртене в този случай достига стойност, при която мощността, изразходвана за въртене на винта, и ефективната мощност на двигателя се сравняват и оборотите ще останат непроменени. С увеличаване на скоростта ъгълът на атака на лопатките на витлото намалява (фиг. 14, b). Съпротивлението на въртене намалява и витлото сякаш става по-леко. Оборотите на двигателя трябва да се увеличат, но RPO ги поддържа постоянни, като променя ъгъла на атака на лопатките. С увеличаване на скоростта на полета лопатките се завъртат под по-голям ъгъл. j вж .

Когато летите до максимална скорост VISH също трябва да осигурява максимална стойност на тягата. При полет с максимална скорост ъгълът на наклона на лопатките има гранична стойност pmax (фиг. 14, c). Следователно, с промяна в скоростта на полета, ъгълът на атака на лопатката се променя, с намаляване на скоростта на полета, ъгълът на атака се увеличава - витлото става по-тежко, с увеличаване на скоростта на полета ъгълът на атака намалява - витлото става по-леко. RPO автоматично премества лопатките на витлото към подходящите ъгли.

С увеличаване на височината на полета мощността на двигателя намалява и RPO намалява ъгъла на наклона на лопатките, за да улесни работата на двигателя, и обратно. Следователно RPO поддържа постоянна скоростта на двигателя с промяна във височината на полета.

При заход за кацане витлото се настройва на малка стъпка, която съответства на скоростта на излитане. Това дава възможност на пилота, когато извършва различни маневри по глисадата за кацане, да получи излетна мощност на двигателя с увеличаване на скоростта до максимум.

Витлото с лопатки на самолет, известно също като витло или машина с лопатки, което се задвижва във въртене от работата на двигателя. С помощта на винт въртящият момент от двигателя се преобразува в тяга.

Витлото действа като витло в летателни апарати като самолети, цикложири, автожири, моторни шейни, кораби на въздушна възглавница, екранопланове, както и хеликоптери с турбовитлови и бутални двигатели. За всяка от тези машини винтът може да изпълнява различни функции. В самолетите се използва като основен ротор, който създава тяга, а в хеликоптерите осигурява подемна сила и рулиране.

Всички самолетни витла са разделени на два основни типа: витла с променлива и фиксирана стъпка. В зависимост от конструкцията на самолета, витлата могат да осигурят тласкаща или теглеща тяга.

При въртене лопатките на витлото улавят въздух и произвеждат отхвърлянето му в посока, обратна на полета. Създава се ниско налягане пред винта и зона с високо налягане отзад. Изхвърленият въздух придобива радиална и периферна посока, поради което част от енергията, която се подава към витлото, се губи. Самото завихряне на въздушния поток намалява рационализацията на апарата. Селскостопанските самолети, когато работят на полета, имат лоша равномерност в разпръскването на химикали поради потока от витлото. Подобен проблем се решава в устройства, които имат коаксиално разположение на винта, в този случай компенсацията се извършва с помощта на работата на задния винт, който се върти в обратна посока. Подобни витла са инсталирани на самолети като Ан-22, Ту-142 и Ту-95.

Технически параметри на витлата

Най-важните характеристики на витлата, от които зависи силата на тягата и самият полет, разбира се, са стъпката на витлото и неговия диаметър. Наклонът е разстоянието, което витлото може да измине, като бъде завинтено във въздуха за един пълен оборот. До 30-те години на миналия век се използват витла с постоянна стъпка на въртене. Едва в края на 30-те години почти всички самолети са оборудвани с витла с променлива стъпка.

Параметри на винта:

Диаметърът на кръга на витлото е размерът, който върховете на лопатките описват при въртене.

Стъпката на винта е действителното разстояние, изминато от винта за един оборот. Тази характеристиказависи от скоростта и оборотите.

Геометричната стъпка на витлото е разстоянието, което витлото може да измине в твърда среда за един оборот. Различава се от протектора на витлото във въздуха по плъзгането на лопатките във въздуха.

Ъгълът на разположение и монтаж на лопатките на витлото е наклонът на сечението на лопатката спрямо реалната равнина на въртене. Поради наличието на усукване на лопатките, ъгълът на въртене се измерва по дължината на сечението, в повечето случаи е 2/3 от цялата дължина на острието.

Лопатките на витлото имат преден - режещ - и заден ръб. Напречното сечение на лопатките е с профил тип крило. В профила на лопатките има хорда, която има относителна кривина и дебелина. За увеличаване на здравината на лопатките на витлото се използва хорда, която има удебеляване към корена на витлото. Акордите на сечението са в различни равнини, тъй като острието е направено усукано.

Стъпката на витлото е основната характеристика на витлото, зависи главно от ъгъла на лопатките. Стъпката се измерва в единици изминато разстояние за оборот. Колкото по-голяма стъпка прави витлото за един оборот, толкова повече обем се изхвърля от перката. От своя страна увеличаването на стъпката води до допълнителни натоварвания на електроцентралата, съответно броят на оборотите намалява. Съвременните самолети имат способността да променят наклона на лопатките без спиране на двигателя.

Предимства и недостатъци на витлата

Ефективността на витлата на съвременните самолети достига 86%, което ги прави търсени от авиационната индустрия. Трябва също да се отбележи, че турбовитловите са много по-икономични от реактивните самолети. Въпреки това, винтовете имат някои ограничения както в работата, така и в конструктивния план.

Едно от тези ограничения е "ефектът на заключване", който възниква, когато диаметърът на винта се увеличи или когато се добави броят на оборотите, а тягата от своя страна остава на същото ниво. Това се дължи на факта, че върху лопатките на витлото се появяват участъци със свръхзвукови или трансзвукови въздушни потоци. Този ефект не позволява самолетс винтове за развиване на скорост над 700 км/ч. На този моментповечето бърза колас витла е домашният модел на далечния бомбардировач Ту-95, който може да развие скорост от 920 км/ч.

Друг недостатък на винтовете е високото ниво на шум, което се регулира от световните стандарти на ICAO. Шумът от винтовете не се вписва в стандартите за шум.

Съвременни разработки и бъдещето на самолетните витла

Технологията и опитът позволяват на дизайнерите да преодолеят някои от проблемите с шума и да увеличат сцеплението отвъд ограниченията.

По този начин беше възможно да се заобиколи блокиращият ефект поради използването на мощен турбовитлов двигател от типа NK-12, който предава мощност на две коаксиални витла. Тяхното въртене в различни посоки направи възможно заобикалянето на заключването и увеличаването на сцеплението.

На витлата се използват и тънки саблевидни лопатки, които имат способността да забавят кризата. Това ви позволява да постигнете по-високи скорости. Този тип витла са монтирани на самолет Ан-70.

В момента се развиват разработки за създаване на свръхзвукови витла. Въпреки факта, че проектирането се извършва от много дълго време със значителни парични инжекции, не е възможно да се постигне положителен резултат. Те имат много сложна и прецизна форма, което значително усложнява изчисленията на дизайнерите. Доказано е, че някои готови витла от свръхзвуков тип са много шумни.

Обграждането на витлото в пръстен - работно колело - е перспективна посока на развитие, тъй като намалява крайния поток около лопатките и нивото на шума. Освен това подобри сигурността. Има някои самолети с вентилатори, които имат същия дизайн като работното колело, но са допълнително оборудвани с устройство за насочване на въздушния поток. Това значително подобрява ефективността на витлото и двигателя.

По време на полет самолетът през цялото време преодолява съпротивлението на въздуха. Тази работа се извършва от неговата електроцентрала, състояща се или от бутален двигател с вътрешно горене и витло, или от реактивен двигател. Ще говорим накратко само за перката.

Всеки от нас е запознат с перката от детството.

В селата децата често инсталират вятърна мелница с две остриета на портите, която се върти толкова бързо на вятъра, че остриетата й се сливат в непрекъснат кръг. Вятърната мелница е най-простият винт. Ако поставите такъв винт върху оста, завъртете го здраво между дланите и го освободете, тогава той ще излети нагоре с бръмчене.

Витлото на самолета е монтирано на вала на двигателя. Когато витлото се върти, лопатките се втурват във въздуха под определен ъгъл на атака и го хвърлят назад, поради което, сякаш тръгвайки от въздуха, те се стремят да се движат напред. Така по време на въртене витлото развива аеродинамична сила, насочена по оста на витлото. Тази сила дърпа самолета напред и затова се нарича тяга.

Перката може да има две, три или четири лопатки. Профилът (разрезът) на острието е подобен на профила на крилото.

Стъпката на витлото и ъгълът на лопатката спрямо равнината на въртене играят важна роля в работата по създаване на тяга.

Стъпката на витлото е разстоянието, което витлото би трябвало да измине за един пълен оборот, ако се завинти във въздуха като болт в гайка. В действителност, по време на полет на самолет, перката, поради ниската плътност на въздуха, се придвижва на малко по-малко разстояние.

Стъпката на витлото е толкова по-голяма, колкото по-голям е ъгълът на монтиране на перката към равнината на въртене (фиг. 17, а).

Така витло с голям ъгъл на лопатките "ходи" по-бързо от опора с малък ъгъл на монтаж (подобно на това как болт с голяма резба се завинтва в гайка по-бързо от болт с фина резба). Следователно витлото с голяма стъпка е необходимо за висока скорост на полета, а витлото с малка стъпка е необходимо за ниска скорост.

Работата на лопатките на витлото е подобна на тази на крилото. Но движението на витлото е по-сложно. За разлика от крилото, лопатките на витлото по време на полет не само се движат напред, но и се въртят едновременно. Тези движения се сумират и следователно лопатките на витлото се движат в полет по определена спирална линия (фиг. 17, b). Нека да видим как възниква силата на тягата на витлото.

За да направите това, ние избираме малък елемент на всяко острие, ограничен от две секции (фиг. 17, а). Може да се разглежда като малко крило, което по време на полет се движи по спирала, изтичаща във въздуха под определен ъгъл на атака. Следователно елементът на перката, подобно на крилото на самолет, ще създаде аеродинамична сила P. Можем да разделим тази сила на две сили - успоредна на оста на витлото и перпендикулярна на нея. сила,

Насочена напред и ще бъде силата на тягата на елемента на острието, втората, малка сила, насочена срещу въртенето на винта, ще бъде спирачната сила.

Елементарните сили на тягата на двете лопатки общо ще дадат силата на тягата T на цялото витло, сякаш е монтирано към неговата ос. Спирачните сили се преодоляват от двигателя.

Силата на тягата на витлото е много зависима от скоростта на полета. Намалява с увеличаване на скоростта. Защо се случва това и какво означава това за полета?

Когато самолетът е на земята и захранваща точкаработи, тогава лопатките на витлото имат само една скорост - периферна (фиг. 17, а). Това означава, че въздухът тече върху острието в посоката на стрелка B, показана в равнината на въртене на винта. Ъгълът между тази стрела и хордата на профила на острието очевидно ще бъде ъгълът на атака. Както можете да видите, когато въздухът е неподвижен, той е равен на ъгъла на острието спрямо равнината на въртене. Иначе се оказва в полет, когато, с изключение на въртеливо движение, винтът също се движи напред (заедно с самолета).

По време на полет тези движения се сумират и в резултат на това острието се движи по спирална линия (фиг. 17, b). Следователно въздухът се движи върху острието по посока на стрелка B1 и ъгълът между него и кордата на профила ще бъде ъгълът на атака. Можете да видите, че ъгълът на атака е станал по-малък от ъгъла на монтаж. И колкото по-голяма е скоростта на полета, толкова по-малки са ъглите на атака на лопатките и следователно толкова по-малка ще бъде силата на тягата (при постоянен брой обороти на витлото).

Този недостатък е особено присъщ на обикновения витло, при който ъгълът на лопатките и по този начин стъпката на витлото не могат да се променят по време на полет (обикновеният витло има други недостатъци). Винтът с променлива стъпка е много по-съвършен (фиг. 18). Такъв винт, благодарение на специално устройство на втулката, променя стъпката си без участието на пилота. Когато пилотът намали скоростта на въздуха, стъпката на витлото веднага намалява; когато пилотът увеличи скоростта, витлото увеличава стъпката.

Г. В. Махоткин

Дизайн на витлото

Въздушно витлоси спечели репутацията на незаменимо задвижване за високоскоростни плавателни съдове, експлоатирани в плитки и обрасли водни площи, както и за снегомобили-амфибии, които трябва да работят върху сняг, лед и вода. Вече е натрупан много опит както тук, така и в чужбина. витлови приложения на високоскоростни малки плавателни съдове и земноводни. И така, от 1964 г. в нашата страна масово се произвеждат и експлоатират снегомобили-амфибии (фиг. 1) на Конструкторското бюро на името на. А. Н. Туполев. В Съединените щати няколко десетки хиляди въздушни лодки, както ги наричат ​​американците, се експлоатират във Флорида.

Проблемът за създаването на високоскоростна моторна лодка с плитко газене с витло продължава да интересува нашите любители корабостроители. Най-достъпната мощност за тях е 20-30 к.с. с. Ето защо ще разгледаме основните въпроси на проектирането на система за въздушно задвижване с очакването точно за такава мощност.

Внимателното определяне на геометричните размери на витлото ще позволи пълно използване на мощността на двигателя и получаване на тяга, близка до максималната с наличната мощност. В този случай правилният избор на диаметъра на витлото ще бъде от особено значение, от което зависи не само ефективността на витлото, но и нивото на шума, пряко определено от периферните скорости.

Изследванията на зависимостта на тягата от скоростта на хода са установили, че за да се реализират възможностите на витло с мощност 25 к.с. с. необходимо е да има диаметър - около 2 м. За да се осигурят най-ниски енергийни разходи, въздухът трябва да бъде изхвърлен обратно от струя с по-голяма площраздели; в нашия конкретен случай площта, пометена от винта, ще бъде около 3 m². Намаляването на диаметъра на витлото до 1 m, за да се намали нивото на шума, ще намали площта, пометена от витлото, с 4 пъти и това, въпреки увеличаването на скоростта на струята, ще доведе до спад на сцеплението на швартовите линии с 37%. За съжаление, това намаление на тягата не може да бъде компенсирано нито от стъпката, нито от броя на лопатките, нито от тяхната ширина.

С увеличаване на скоростта на движение загубата на сцепление от намаляване на диаметъра намалява; по този начин увеличаването на скоростите позволява използването на витла с по-малък диаметър. За витла с диаметър 1 и 2 m, които осигуряват максимално сцепление на котвите, при скорост 90 km/h стойностите на тягата стават равни. Увеличаването на диаметъра до 2,5 m, увеличаването на сцеплението при акостиране, дава само леко увеличение на сцеплението при скорости над 50 km/h. В общия случай всеки диапазон на работна скорост (при определена мощност на двигателя) има свой оптимален диаметър на витлото. С увеличаване на мощността при постоянна скорост се увеличава оптималният диаметър по отношение на ефективността.

Както следва от фиг. 2 графики, тягата на витло с диаметър 1 m е по-голяма от тягата на водно витло (стандарт) на извънбордов двигател "Neptune-23" или "Privet-22" при скорости над 55 km / h, и витло с диаметър 2 м - вече при скорости над 30 -35 км/ч. Изчисленията показват, че при скорост 50 км/ч километричният разход на гориво на двигател с витло с диаметър 2 м ще бъде с 20-25% по-малък от най-икономичния извънбордов двигател "Privet-22".

Последователността на избор на елементи на витлото според дадените графики е следната. Диаметърът на витлото се определя в зависимост от необходимото сцепление на котвите при дадена мощност на вала на витлото. Ако се очаква работата на моторната лодка в населени места или райони, където има ограничения за шум, допустимото (днес) ниво на шум ще съответства на периферната скорост - 160-180 m / s. След като определихме, въз основа на тази условна норма и диаметъра на винта, максималния брой на неговите обороти, ще установим предавателното отношение от вала на двигателя към вала на винта.

За диаметър 2 m допустимото ниво на шум ще бъде около 1500 rpm (за диаметър 1 m - около 3000 rpm); по този начин предавателното число при скорост на двигателя 4500 об / мин ще бъде около 3 (за диаметър 1 м - около 1,5).

С помощта на графиката на фиг. 3 ще можете да определите количеството на тягата на витлото, ако диаметърът на витлото и мощността на двигателя вече са избрани. За нашия пример беше избран двигател с най-достъпна мощност - 25 к.с. с., а диаметърът на винта е 2 м. За конкретния случай стойността на тягата е 110 кг.

Липсата на надеждни скоростни кутии е може би най-голямата пречка за преодоляване. По правило верижните и ремъчните задвижвания, направени от аматьори в занаятчийски условия, се оказват ненадеждни и имат ниска ефективност. Принудителният монтаж директно върху вала на двигателя води до необходимостта от намаляване на диаметъра и съответно до намаляване на ефективността на двигателя.

За да определите ширината и стъпката на острието, използвайте номограмата, показана на фиг. 4. На хоризонталната дясна скала, от точката, съответстваща на мощността на вала на витлото, начертаваме вертикала, докато се пресече с кривата, съответстваща на предварително намерения диаметър на витлото. От точката на пресичане начертаваме хоризонтална права линия до пресечната точка с вертикала, изчертана от точка, лежаща на лявата скала на броя на оборотите. Получената стойност определя размера на покритието на проектираното витло (производителите на самолети наричат ​​съотношението на сумата от ширините на лопатките към диаметъра покритие).

За витла с две лопатки покритието е равно на съотношението на ширината на лопатката към радиуса на витлото R. Над стойностите на покритието са посочени стойностите на оптималните стъпки на витлото. За нашия пример получихме: покритие σ=0,165 и относителна стъпка (отношение на стъпка към диаметър) h=0,52. За шнек с диаметър 1 m σ=0,50 m и h=0,65. Витло с диаметър 2 m трябва да бъде с 2 лопатки с ширина на лопатката 16,5% R, тъй като размерът на покритието е малък; витло с диаметър 1 m може да бъде 6-лопатен с ширина на лопатката 50:3 = 16,6% R или 4-лопатен с ширина на лопатката 50:2 = 25% R. Увеличаването на броя на лопатките ще даде допълнително намаляване на нивото на шума.

С достатъчна степен на точност можем да приемем, че стъпката на витлото не зависи от броя на лопатките. Даваме геометричните размери на дървено острие с ширина 16,5% R. Всички размери на чертежа, фиг. 5 са дадени като процент от радиуса. Например, участък D е 16,4% R, разположен на 60% R. Участъкът е разделен на 10 равни части, т.е. 1,64% R всяка; пръстът е счупен през 0,82% R. Ординатите на профила в милиметри се определят чрез умножаване на радиуса по процентната стойност, съответстваща на всяка ордината, т.е. с 1,278; 1,690; 2,046 ... 0,548.