Работа лопасти винта в полете

Винт самолета характеризуется следующими геометрическими параметрами: диаметром, профилем лопасти, радиусом сечения, формой лопасти в плане, углом установки, геометрическим шагом. Профиль лопасти аналогичен профилю крыла и характеризуется теми же параметрами. Силы, действующие на элемент лопасти при вращении винта, показаны на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Возникновение сил на винте

При работе двигателя в полете все элементы лопасти совершают сложное движение, перемещаясь поступательно со скоростью V и по окружности с окружной скоростью U (см. рис. 2.8). Результирующая скорость элемента лопасти винта относительно воздуха представляет геометрическую сумму векторов V и U: .

Окружная скорость элемента лопасти равняется U = 2p r n, где n – частота вращения, об/с; r – радиус лопасти, м.

Контрольный радиус винта берется на расстоянии 0,75 м от оси вращения.

Поступательная скорость всех элементов (V) равна истинной скорости полета самолета.

Угол между результирующей скоростью элемента лопасти винта (W) и хордой профиля элемента лопасти винта называется углом атаки элемента лопасти (a) (см. рис. 2.8).

Угол между результирующей скоростью элемента лопасти и плоскостью вращения винта называется углом притекания струи (b).

Угол установки лопасти (j) – это угол, заключенный между плоскостью вращения винта и хордой элемента лопасти.

Тяга винта определяется по формуле

,

где – коэффициент тяги, зависящий от формы лопасти и углов атаки элементов лопасти ( ≈ 0,25); r – плотность воздуха; n – частота вращения винта; D – диаметр винта.

Для обеспечения наивыгоднейших аэродинамических условий работы всех элементов лопасти винта угол наклона их делается переменным, т.е. лопасть имеет геометрическую крутку; наибольший угол наклона имеет сечения у корня, наименьший – на конце лопасти. Геометрический шаг винта – это расстояние, на которое продвинулся бы винт вдоль своей оси в твердой среде. Зная угол наклона и радиус сечения, легко определить геометрический шаг сечения: H = 2p r tgj.

Винт mt-Propeller MTV-6-R/190-69 – переменного шага. У винтов переменного шага геометрический шаг изменяется вдоль длины лопасти. Эти винты имеют больший КПД, так как все элементы винта работают с одним и тем же углом атаки.

Кинематическими характеристиками воздушного винта называются параметры, характеризующие механическое движение винта: частота вращения, поступь, скольжение, относительная поступь (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Движение элемента лопасти винта: 1 – след сечения лопасти; 2 – плоскость вращения

В полете каждое сечение лопасти, вращаясь вокруг продольной оси винта, одновременно продвигается вперед со скоростью полета самолета.

Расстояние, пройденное воздушным винтом за один оборот в воздухе, называется поступью винта (или действительным шагом). Она может быть определена по формуле

,

где V – скорость полета, м/с; n – частота вращения винта, об/с.

Чем больше скорость при данной частоте вращения, тем больше поступь; чем больше частота вращения при данной скорости, тем меньше поступь; при скорости равной нулю, поступь винта равна нулю.

ТЕМА 4. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ВИНТА.
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ВИНТА ПРИ СНИЖЕНИИ, ЗАХОДЕ НА ПОСАДКУ, ПОСАДКЕ. РАБОТА ВИНТА ПРИ ОТКАЗЕ ДВИГАТЕЛЯ

При обтекании лопасти потоком каждый элемент аналогично элементу крыла создает полную аэродинамическую силу, которую удобно разложить на составляющие – силу тяги (Р _в) и силу сопротивления вращения (Х _вр).

Сила Х _вр создает момент сопротивления вращению, на преодоление которого должен быть затрачен вращающий момент двигателя. Таким образом, сила Х _вр является «вредной» (направлена против вращения), а сила Р _в, идущая на преодоление лобового сопротивления самолета, – полезной.

Рассмотрим характерные режимы работы элемента лопасти винта (рис. 4.1.).

1. Режим работы на месте. При работе на месте V = 0. Сила тяги на элементе лопасти будет максимальной, так как угол атаки максимален. Режим положительной тяги называется пропеллерным.

С увеличением поступательной скорости уменьшается угол атаки элемента лопасти и сила тяги. Это основной рабочий режим элемента лопасти, при котором лопасть обтекается потоком с положительными углами атаки.

Рис. 4.1. Режимы работы винта:

1 – пропеллерный; 2 – нулевой тяги; 3 – торможения; 4 – авторотации; 5 – ветряка

2. Режим нулевой тяги. При увеличении поступательной скорости уменьшается угол атаки элемента лопасти и полная аэродинамическая сила (она разворачивается к плоскости вращения, и ее составляющая Р уменьшается, приближаясь к нулю). Элемент лопасти работает с небольшим отрицательным углом атаки (–0,5...–1°). Этот режим характерен для планирования с высоты полета самолета при малых режимах.

3. Режим торможения. При дальнейшем увеличении поступательной скорости угол атаки элемента лопасти еще более уменьшается. Полная аэродинамическая сила будет направлена в сторону, обратную полету, отрицательная тяга небольшая.

4. Режим авторотации. При увеличении скорости полетаполная аэродинамическая сила будет направлена по оси вращения винта против полета. Сила сопротивления вращению элемента лопасти в этом случае равна нулю. Винт мощность от двигателя не потребляет и не отдает, он вращается по инерции. Угол атаки отрицательный.

5. Режим ветряка. При больших значениях и отрицательных углах атаки полная аэродинамическая сила отклоняется еще больше, создается значительная отрицательная тяга, а сила сопротивления вращению элемента лопасти оказывается направленной в сторону вращения и, действуя относительно оси вращения, раскручивает вал двигателя.

Все эти режимы винт проходит при отказе двигателя. Из пропеллерного режима винт уходит на режим ветряка и вращается в этом режиме.

Если винт не флюгируется, то необходимо выдерживать наивыгоднейшую скорость планирования, при которой качество максимальное, и произвести посадку на ближайшем аэродроме.