Для чего самолету пропеллер

Достаточно сложно будет найти в самолете хотя бы одну деталь, которая сделана «просто так». Каждый элемент большой железной птицы имеет конструктивное назначение. В том числе и изображенный на фотографии пропеллер. Поверить в то, что он способен хоть как-то повлиять на способность самолета к полёту – сложно. А значит, самое время разобраться, для чего он нужен на самом деле.

Как можно было уже догадаться, маленький пропеллер, торчащий из фюзеляжа самолета – это вовсе не предмет гардероба Карлсона, который живет на крыше. Данное приспособление называется «авиационная аварийная турбина» («ram air turbine») или просто RAT и является запасным электрическим генератором и гидравлическим насосом. Необходим в самолете RAT для того, чтобы в аварийной ситуации машина не лишилась электропитания, а также сохранила возможность поддерживать давление в гидравлической системе бустерного управления.

Выпуск аварийной турбины осуществляется автоматически, как только происходит отказ основного и запасного источников питания. Также RAT выпускается в том случае, если в самолете появляются проблемы с гидравлической системой (или происходит ее полный отказ). На борту самолета также есть механизм для ручного принудительного выпуска RAT. Примечательно, что первоначально аварийная турбина ставилась только на военных самолетах, однако сегодня ее ставят и на гражданские машины.

Принцип действия авиационной аварийной турбины очень прост. По сути, это обычный ветрогенератор, источник «чистой» энергии, который работает за счет раскручивания подвижных элементов потоками воздуха. Электричества производимого RAT вполне достаточно для того, чтобы не дать самолету потерпеть крушение при выходе из строя упомянутых выше узлов и агрегатов.

Как правило, габариты пропеллера RAT лежат в пределах 80-90 см. На военных машинах они еще меньше. Мощность генератора в зависимости от модели самолета варьируется от 5 до 70 кВт. Самая большая аварийная турбина в наше время стоит на самолетах Airbus А380 – габариты пропеллера составляют 1.63 метра. В некоторых советских самолетах аварийной турбины не было, так как вместо нее использовалась система автоматической ротации, которая выполняет те же самые функции.

Если хочется узнать еще больше интересного, стоит почитать о том, почему ИЛ-96 не используют для перевозок пассажиров, если на нем даже президент летает.

Не только у отечественных Ан-22 «Антей» или Ту-95 «Медведь» можно увидеть на двигателях парные винты, вращающиеся в разные стороны. Однако для наших соотечественников именно эти машины будут наиболее хрестоматийным примером. Самые внимательные укажут на то, что в действительности пропеллеры с подобной «организацией» используются в вертолетах. Например, в знаменитом Ка-50 «Черная акула». Но зачем парные вращающиеся в разные стороны винты самолетам? И почему они вообще крутятся не в одном направлении?

Парные винты с пропеллерами, вращающимися в разные стороны, правильно называются «соосные несущие винты». Используются такие как в авиационном, так и в вертолетном строительстве. Они представляют из себя пару параллельно установленных винтов, вращающихся в противоположных направлениях вокруг общей геометрической оси. Если говорить кратко, то пара винтов в конструкции нужна для взаимной компенсации реактивных моментов при сохранении максимально плотной компоновке привода.

Работает это примерно так: у самолета есть силовая установка (двигатель), которая вращает пропеллеры. Пропеллеры в свою очередь создают силу тяги, которая и поднимает самолет в воздух. Проблема заключается в том, что чем мощнее двигатель, тем больше ему нужен пропеллер. В противном случае маленький пропеллер при мощном двигателе не сможет создавать достаточную для отрыва от земли и полета силу тяги. В то же время чем больше и тяжелее самолет, тем мощнее ему нужен двигатель! В итоге выходит: больше самолет – мощнее двигатель – пропеллер большего диаметра.

Нужно ли говорить о том, что большой пропеллер может стать проблемой из-за своих габаритов? Здесь-то на помощь и приходит соосная конструкция несущих винтов! Например, именно так дела обстоят с советским стратегическим бомбардировщиком Ту-95 «Медведь». Если бы не соосная схема, то на каждый из его двигателей пришлось бы вешать пропеллер с диаметром винта более 7 метров! Аналогичным образом дела обстоят и с турбовинтовым Ан-22. Слишком большей самолет с слишком мощными для обычных винтов двигателями. Конечно же проблему можно решать и с другой стороны. Например, поставив больше слабых двигателей с меньшими одиночными пропеллерами.

Как и у любого другого механизма, у соосного винта есть свои плюсы и минусы. Плюсы: относительная компактность, простота управления, минимальные габариты среди всех видов компоновки винтов, меньшая вибрация, хорошая сила тяги без увеличения габаритов пропеллера. В случае с вертолетами схема компоновки машины с соосными винтами считается также более безопасной для обслуживающего персонажа, чем схема с хвостовым винтом. Минусы: меньший КПД, меньшая скорость планирования в авторотации, сложное обслуживание, сложное производство, дороговизна, худшая путевая устойчивость. В случае с вертолетами также стоит отметить ощутимое увеличение высоты летательного аппарата.

А вот интересное видео с нашего канала:

Приходилось ли вам обращать внимание на то, что многие старые, еще винтовые самолеты, как будто стреляли прямо сквозь пропеллер? Лучше всего это заметно у самолетов времен Первой мировой войны. Однако, встречаются такие машины и пантеоне крылатой техники Второй мировой войны. Так как же у пилотов получалось вести огонь без вреда для пропеллера и при этом эффективно поражать цель.

Во-первых, стрельба велась не так уж эффективно. Во-вторых, стрельба осуществлялась не совсем без вреда для винта самолета. В-третьих, стреляли действительно сквозь пропеллер. Так как же это все работает? На самом деле не так уж сложно, во всяком случае в сухой теории. Дело в том, что стрельба через винт стала возможной благодаря специальному устройству – «отсекателю пуль». Хотя по началу не было и их. В начале Первой мировой войны винт машины приходилось менять буквально после нескольких вылетов (если летчику доводилось пострелять из пулемета). И это было серьезной проблемой и для летчиков, и для техников.

В 1915 году французский летчик и инженер Ролан Гаррос придумал тот самый «отсекатель пуль». Это специальное призматическое устройство, которое крепилось на лопасти винта самолета в тех местах, где пуля должна была потенциально сталкиваться с пропеллером. Как можно догадаться из названия, отсекатель заставлял попавшие в винт пули рикошетить в нужном направлении. Для того, чтобы большинство выстрелов не превращалось в дождь рикошета, инженерам даже пришлось снизить темп стрельбы авиационных пулеметов. Впрочем, даже с отсекателем винты постепенно приходили в негодность.

В 1916 году нидерландский летчик и конструктор Антон Фоккер создал для немецкой армии новое устройство – синхронизатор стрельбы. Создавать подобные приспособления на тот момент пылись уже многие, однако наиболее успешное приспособление получилось только у голландца. Синхронизатор стрельбы – это система, соединяющая гашетку пулемета и тягу винта в один узел и позволяющая делать так, чтобы темп стрельбы оружия максимально корректно соотносили с темпом вращения винта. Таким образом благодаря синхронизатору до 100% выстрелов проходят сквозь вращающийся пропеллер, не попадая в него.

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?

Винт самолета превращает крутящий момент двигателя в тяговую силу. Совмещение двигателя с пропеллером называется винтомоторной установкой. Винт включает лопасти, которые вращаются, захватывая воздух и выталкивая его назад.

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

Важно отметить винтопланы, которые объединяют свойства самолета и вертолета благодаря поворотным двигателям. Лопасти винтоплана могут изменять крутящий момент на тягу или подъемную силу.

Пропеллер — это соединение ступицы и лопастей, количество которых может варьироваться от 2 до 8. Изготавливается из высокопрочных материалов, часто используется термообработанный алюминиевый сплав. Скорость вращения воздушного пропеллера может достигать 1200 оборотов в минуту, поэтому для его производства применяются материалы максимальной прочности.

Основные технические характеристики изделия включают:

При работе пропеллера возникает эффект разворачивания. Причины его появления — реактивный и гироскопический момент винта, а также закручивание струи воздуха. Чтобы противостоять этому эффекту, винтовые самолеты делаются асимметричными.

Тяга воздушных винтов может быть изменена путем изменения оборотов двигателя или шага винта. Изменение шага позволяет изменить тягу, не меняя оборотов двигателя. Однако увеличение оборотов двигателя и ускорение вращения пропеллера являются наиболее быстрым способом увеличения тяги.

Воздушные винты имеют КПД около 85%, который означает отношение полезной мощности к мощности двигателя. Но, несмотря на это, они обладают недостатками, такими как повышенный уровень шума и эффект запирания — когда тяга винта перестает увеличиваться после определенных оборотов двигателя, несмотря на увеличение мощности.

Виды самолетных винтов

Обычно при создании винтовых самолетов используются только варианты с тянущими пропеллерами. Иногда можно встретить самолеты с толкающими пропеллерами, которые располагаются в задней части самолета. Однако следует учесть, что КПД тянущего винта выше, чем у толкающего.

Несущий вид не используется на самолетах, за исключением гибридов, которые называются винтопланами. Лопасти винтов несущих конвертопланов длиннее, примерно такие же, как лопасти вертолета.

Винты с разным количеством лопастей

Винты самолета должны быть прочными и надежными для обеспечения безопасности полетов. Для этого используются винтовые устройства с регулируемым шагом лопастей, что позволяет изменять их положение и осуществлять флюгирование в случае отказа двигателя для уменьшения лобового сопротивления.

Современный самолет может иметь до 4 винтовых двигателей, а средняя скорость таких самолетов составляет 500 км/ч. Ту-95 является самым быстрым турбовинтовым самолетом.

Преимущества и недостатки

Высокий уровень полезного действия и экономически эффективный расход топлива — главные преимущества винтовых самолетов. Однако, существуют и недостатки использования таких установок:

Ввиду небольших скоростей винтовых самолетов, их применение ограничено. Турбовинтовые самолеты редко используются в пассажирской авиации, в основном они применяются для перевозки грузов.

Как пулемет стреляет через винт самолета?

Первые истребители военной авиации работали на винтовых двигателях. Конструкторам столкнулись с проблемой вращающегося пропеллера, который мешал наведению огня на цели, находившиеся впереди. Одним из первых решений этой проблемы было установление на лопасти металлических уголков, которые защищали винтовое изделие и экипаж самолета от попадания пуль.

Нидерландский авиаконструктор изобрел более совершенное решение, которое полностью решает проблему. Он использовал синхронизатор стрельбы, который позволяет стрелять только в нужный момент, когда лопасти винта не мешают выстрелу. Специальный синхронизатор определяет момент вылета пули, что позволяет вести огонь прямо через лопасти винта несущегося самолета. Скорострельность при этом уменьшается.

Современные истребители оснащены реактивными двигателями, поэтому синхронизаторы не нужны. У гражданских и военных самолетов с винтовыми двигателями нет пулеметов, поэтому эта проблема не относится к ним.

Отличия винта от пропеллера

В авиации воздушные винты и пропеллеры имеют одинаковое значение, но винтовые изделия применяются и в других областях. Лопастные изделия используются при производстве:

Пропеллеры – это винтовые детали, используемые только в авиации для создания самолетов. Нельзя назвать пропеллером лопасть винта вертолета. Знание основных отличий позволяет легко классифицировать такие изделия.

Перспективные разработки

Разработки авиаконструкторов направлены на устранение недостатков винтовых самолетов. Наиболее перспективные проекты включают:

Разработка двигателя с турбовентилятором была успешно завершена, что позволило создать высококачественные двигатели. В настоящее время многие авиалинии используют их на пассажирских самолетах благодаря их повышенной экономичности, что является важным фактором для перевозки пассажиров.

Для избежания эффекта запирания крутящий момент двигателя распределяется между двумя винтовыми изделиями на одной оси. Это позволяет достичь более высокой скорости во время полета. Ту-95 является самолетом, который наиболее успешно использует этот метод. Кроме того, для решения проблемы реактивных моментов на вертолетах также применяются соосные лопасти несущих винтов.

В настоящее время продолжается разработка улучшенных винтовых двигателей, однако они не могут конкурировать с турбовентиляторными или реактивными вариантами. Тем не менее, винтовые суда обладают некоторыми особенностями, которые позволяют использовать их для узкоспециализированных задач.

Штурмовики двухбалочной схемы с толкающим винтом БШ-МВ и Ш-218. СССР

При проектировании одномоторных штурмовиков в конце 30-х и начале 40-х годов, конструкторы столкнулись с проблемой обеспечения достаточно хорошего обзора вперед-вниз, используя традиционную схему компоновки. Для улучшения обзора пилота, одним из решений стала двухбалочная схема с фюзеляжем-гондолой, где мотор с толкающим винтом размещался в задней части.

Проект бронированного штурмовика БШ-МВ АМ-38 разработали А.А. Архангельский, Г.М. Можаровский и И.В. Веневидов в конце 1940 года. Идея создания самолета принадлежит Можаровскому и Веневидову — конструкторам завода № 32, авторам целого ряда разработок, связанных с вооружением: стрелковых турелей, прицелов, бомбардировочного вооружения, комбинированных стрелково-пушечных установок для штурмовиков с оружием, стреляющим под углом вниз от оси самолета, КАБВ (комбинированное артиллерийско-бомбардировочное вооружение). Для этого они экспериментировали со своими установками КАБВ на самолетах СБ 2М-103А, Як-2 2М-103 и пришли к выводу, что нужен специальный самолет-штурмовик, основу наступательного вооружения которого составит их комбинированная стрелково-пушечная установка. К проектированию штурмовика БШ-МВ привлекли конструктора А.А. Архангельского и возложили на него руководство работами. Здесь проблема обзора решалась достаточно успешно (был обеспечен угол обзора вперед-вниз около 15°), но возникали трудности другого рода, связанные с безопасным покиданием самолета лётчиком в полёте и обеспечением огневой защиты задней полусферы. Эксплуатация самолета с размещенным в хвосте винтом также вызывала сомнения. До начала ВОВ был построен макет самолёта.

В марте 1948 года главный конструктор ОКБ-21С.М. Алексеев предъявил эскизный проект двухместного бронированного штурмовика И-218(Ш-218). По компоновочной схеме самолет напоминал БШ-МВ — двухбалочный с толкающей установкой поршневого двигателя ВД-251 (М-251) мощностью около 2000 л.с. Х-образной схемы, с соосными винтами АВ-28 диаметром 3,6 м. Крыло было со стреловидностью 16° по передней кромке, задняя — прямая. В конструкции была применена новая сталь 30 ХГСНА (с добавкой никеля, допускала глубокий прокал).

Мотор, размещенный в ХЧФ с толкающим винтом, не нашел практического применения из-за невозможности обеспечить безопасность при посадке на больших углах атаки и наземной эксплуатации. Однако наличие хорошо отработанных катапультных сидений решало проблему безопасного покидания машины летчиком.

Схема штурмовика с передней кабиной обеспечивала летчику отличный обзор вперед-вниз (около 15°), а передняя часть фюзеляжа освобождала место для установки пушек, подвижных в вертикальной плоскости с углом отклонения 25° вниз, что позволяло вести прицельный огонь по наземным целям в горизонтальном полёте. Эти пушки могли быть в следующих вариантах: четыре НР-23 (4 × 150 снарядов), две Н-37 (2 × 40 снарядов) и две Н-57 (2 × 30 снарядов). В носовой части фюзеляжных балок располагались автоматические наружные ракетные установки (три реактивных орудия ОРО-132).

Ш-218 отличался от БШ-МВ наличием двух дистанционно управляемых боковых турельных установок с пулеметами БТ калибра 12,7 мм на внешних бортах балок. Это гарантировало защиту самолета, но были некоторые проблемы с его эксплуатацией.

В центроплане находились шесть бомб весом по 100 кг или несколько меньших, общий вес которых мог достигать 1500 кг. Также возможна была подвеска торпеды или бомбы весом до 1500 кг под фюзеляжем.

Для управления рулевыми поверхностями и элеронами используются отдельные системы для правой и левой половин самолета, что позволяет сохранить управляемость при повреждении одной из них.

21 июня 1948 года вышел приказ № 440с министра авиационной промышленности, согласно которому надлежало ликвидировать ОКБ при заводе № 21. Тем же приказом из плана опытных работ было исключено строительство экспериментального штурмовика Ш-218, хотя уже был построен макет самолёта.

5 ноября 1949 года на заседании Авиационно-технического комитета (АТК) ВВС по вопросу «О планах опытного строительства летательных аппаратов, поршневых и реактивных двигателей и НИР в этих областях на 1950-51 гг.»

По словам генерал-майора ИАС Н.А. Жемчужина, он отметил, что: С.М. Алексеев обратился 19 февраля 1951 года с письмом в ВВС и попросил вернуться к рассмотрению проекта. Председатель АТК ВВС Б.Н. Пономарёв считал, что строить Ш-218 нецелесообразно в связи с тем, что лётные данные его были хуже, чем у Ил-10. Отмечалось отсутствие бомб (только в перегрузочном варианте), слабое бронирование, невозможность разборки самолёта для его транспортировки. Зато по стрелково-пушечному и ракетному вооружению, а также по дальности полёта Ш-218 превосходил Ил-10.

Некоторые соображения по поводу деревянных воздушных винтов

В век аэрокосмических технологий, казалось бы, не должно остаться места одному из первых авиационных конструкционных материалов – древесине. Даже современные «слашники» в подавляющем большинстве эксплуатируют пластиковые воздушные винты, а также пластиковые, металлические или металлокомпозитные лопасти роторов вертолетов и автожиров. Но мы живем в экзотических странах – осколках бывшего СССР, по уровню образования приближающихся к европейским, а по уровню жизни находящихся в хвосте слаборазвитых стран африканского континента. Эта метаморфоза и определила «СНГовскую» специфику «слашников» – голь на выдумки хитра. Весь мировой опыт развития авиации основан на крови. Здесь каждый новый шаг – как у сапера на минном поле. Неспроста требования к авиадвигателям жестче, чем к моторам, устанавливаемым на наземном транспорте. Но реалии нашей жизни таковы, что за неимением возможности приобрести сертифицированные двигатели для СЛА многие хозяева мотодельтапланов, автожиров и самолетов устанавливают авиаконверсии автомобильных двигателей («Субару», «Судзуки» и т. п.). И зачастую успешно эксплуатируют их. Тем более, что современные авиационные версии этих двигателей по удельным параметрам лучше авиационных, устанавливаемых на легкие самолеты 30-х – 50-х годов. Если грамотно следить за конверсионной силовой установкой и аккуратно летать, наш «СНГовский» подход на данном этапе оправдан. Логична в такой ситуации и установка моноблочных деревянных двухлопастных винтов на эти СУ. Все верно. Дешевой силовой установке – дешевый и надежный, отработанный почти за 100 лет моноблочный деревянный воздушный винт.

В этой ситуации есть некоторые проблемы. Конверсионные двигатели изнашиваются по-разному, а условия эксплуатации неодинаковы. Поэтому моноблочный винт не всегда может «попасть в точку» с первой попытки — он может быть либо слишком легким, либо слишком тяжелым. Покупка двух моноблочных винтов не имеет смысла — лучше купить один «переставник» с пластиковыми лопастями. Однако, этот вариант не всегда работает из-за специфических моментных характеристик, и установка пяти-шестилопастных винтов может быть слишком дорогой. Поэтому для каждого случая нужен индивидуально подобранный воздушный винт. Однако, делать оснастку для пластикового винта для каждой силовой установки не всегда возможно, так как это слишком дорого.

Мысль реанимировать конструкционный материал конца 30-х – начала 40-х годов – прессованную древесину (дельтадревесину) в конструкции деревянных винтов приходила мне давно. Но уж очень трудно обрабатывать без специального станочного оборудования заготовки из дельтадревесины. Хотя механические характеристики ее весьма отменные: sизг. = 26–38 кг/мм2, sb = 22–32 кг/мм2 при плотности g = 1,3–1,4 г/см3.

Решено использовать эпоксидные смолы в качестве связующего материала и изготавливать основу лопасти из твердых пород древесины (ясень, бук) толщиной 0,65-0,75 мм, формовка производится под вакуумом. Лопасть выклеивается совместно с металлическим стаканом в заделке. Меньшая материалоемкость позволяет получить двухлопастный винт фиксированного шага по цене моноблочного двухлопастного.

Другой хитростью, упростившей процесс изготовления, была универсальная переналаживаемая матрица, которая позволяла формовать лопасти для винтов в диапазоне от 1,2 до 2,5 метра диаметром с любой круткой (т. е. винты правого либо левого вращения). В процессе вакуумной опрессовки пакета шпона и полимеризации связующего листы шпона пропитываются насквозь. Так, sизг. = 15–22 кг/мм2, sb = 16–20 кг/мм2, sсм = 620–650 кг/см2, sсреза = 150–220 кг/см2.

Даже при небольшой толщине концевых сечений, лопасть остается очень жесткой. Благодаря высоким механическим свойствам, диаметр стакана лопасти для трехлопастных винтов составляет 55 мм, что соответствует заделке комля обычного пластикового винта. В то же время, комплект деревянных лопастей стоит дешевле, чем комплект аналогичных пластиковых.

А теперь немного о преимуществах деревянных винтов перед современными пластиковыми. Особенно это касается дельталетов (где кончик винта находится от земли на высоте 0,4–0,5 м) и автожиров, выполненных по толкающей схеме. При попадании посторонних предметов (грязь, водяные брызги, мелкая галька) пластиковые лопасти очень быстро «размочаливаются» (несмотря на хваленое антиабразивное покрытие) до неремонтопригодного состояния. Деревянные же лопасти зачастую отремонтировать удается, и служат они дольше. Кроме того, для СЛА, требующих установки винтов фиксированного шага диаметром 2–2,5 м, альтернативных пластиковых просто нет.

В настоящее время разрабатывается втулка для аэромеханических винтов с диаметром 1,7-2,5 метра, а также производятся двух- и трехлопастные деревянные винты.

Это особенно актуально для разработчиков автожиров, где требуется высокая статическая тяга. В настоящее время мы проектируем лопасть для автожиров, которая будет изготовлена по уже отработанной технологии. Лонжерон – прессованный шпон (ясень), обшивка – стеклопластик.

Описание воздушного винта

Механизм воздушного винта самолета представляет собой набор лопастей, которые вращаются вокруг вала двигателя, создавая тягу, необходимую для передвижения летательного аппарата в воздухе. Лопасти вина наклоняются, чтобы отбрасывать воздух назад и создавать область пониженного давления перед собой и повышенного давления позади себя. Это устройство знакомо практически всем людям на земле, поэтому нет необходимости в многочисленных наукообразных определениях. Винт состоит из лопастей, втулки, соединенной с двигателем, балансировочных грузиков, механизма изменения шага винта и обтекателя, закрывающего втулку.

Характеристики воздушных винтов

Характеристики каждого винта, установленного на летательном аппарате, перечислены ниже:

Технические параметры лопастных винтов

Наиболее весомые характеристики винтов, от которых зависит сила тяги и сам полет, конечно же, шаг винта и его диаметр. Шаг – это расстояние, на которое может переместиться винт за счет ввинчивания в воздух за один полный оборот. До 30-х годов прошлого века использовались винты с постоянным шагом вращения. Только в конце 1930-х годов практически все самолеты оснащались пропеллерами со сменным шагом вращения

Преимущества и недостатки воздушных винтов

Современные самолеты с винтовыми двигателями имеют коэффициент полезного действия в 86%, что делает их популярными в авиастроении. Также стоит отметить, что турбовинтовые самолеты экономичнее, чем реактивные. Однако, винтовые двигатели имеют некоторые ограничения в эксплуатации и конструкции.

«Эффект запирания» возникает при увеличении диаметра винта или оборотов, при этом тяга не увеличивается. Это связано с наличием сверхзвуковых или околозвуковых потоков воздуха на лопастях пропеллера. Этот эффект ограничивает скорость летательных аппаратов с винтами до 700 км/час. Ту-95 – самый быстрый летательный аппарат с винтами, развивающий скорость в 920 км/час.

Еще одним недостатком винтов выступает высокая шумность, которая регламентируется мировыми нормами ICAO. Шум от винтов не вписывается в стандарты шумности.

Как действует винтовой самолет

До того как были разработаны реактивные двигатели, на всех самолетах стояли пропеллеры, то есть воздушные винты, приводимые в движение двигателями внутреннего сгорания наподобие автомобильных.

Все лопасти воздушного винта имеют в поперечном сечении форму, напоминающую сечение крыла самолета. При вращении пропеллера воздушный поток обтекает переднюю поверхность каждой лопасти быстрее задней. И получается, что перед воздушным винтом давление меньше, чем за ним. Так возникает сила тяги, направленная вперед. А величина этой силы тем больше, чем выше скорость вращения воздушного винта.

(На изображении сверху)Воздушный поток двигается быстрее по передней поверхности лопасти вращающегося пропеллера. Это уменьшает давление воздуха спереди и заставляет самолет двигаться вперед.

Винтовой самолет взлетает в воздух благодаря силе тяги, создаваемой при вращении лопастей воздушного винта.

Концы вращающихся лопастей пропеллера описывают в воздухе спираль. Количество воздуха, которое гонит через себя пропеллер, зависит от размера лопастей и скорости вращения. Дополнительные лопасти и более мощные двигатели могут увеличить полезную работу воздушного винта.

Почему лопасти у воздушного винта имеют закрученную форму

Если бы эти лопасти были плоскими, воздух равномерно бы распределялся по их поверхности, вызывая лишь сопротивление вращению винта. Но когда лопасти искривлены, то воздушный поток, соприкасающийся с их поверхностью, в каждой точке на поверхности лопасти приобретает свое направление. Такая форма лопасти позволяет ей более эффективно рассекать воздух и сохранять самое выгодное соотношение между силой тяги и сопротивлением воздуха.

Воздушные винты с изменяемым углом наклона. Угол, под которым лопасть установлена во втулке несущего винта, называется углом начального конуса. На некоторых самолетах это угол можно менять и таким образом делать максимально полезной работу винта при различных полетных условиях, то есть при взлете, наборе высоты или в крейсерском полете.

Популярные материалы из данной категории

Как устроен и как работает автомобиль?

Как устроен и как работает мотоцикл?

Подобно автомобилю мотоцикл «кушает» бензин, чтобы получить энергию для своего движения. Существенное отличие между ними заключается в том, что мотоцикл имеет всего два колеса. Энергия двигателя у него передается на заднее колесо.

Как работает паровоз?

Как работает атомная подводная лодка

January 24 2019, 18:00

Почему на некоторых самолетах есть пропеллер, а у других нет?

Мы сейчас не рассматриваем старые самолеты с пропеллерами и двигателями внутреннего сгорания. Рассмотрим современные самолеты. Сейчас прочитал, что «Авиастар-СП» приступил к изготовлению агрегатов для второго опытного образца нового российского регионального двухмоторного турбовинтового пассажирского самолета Ил-114-300. Как вы уже отметили по слову «турбовинтовой» — это самолет лопастями.

А вот хотелось бы по максимуму узнать все причины, которые диктуют какой двигатель ставить на самолет — турбовинтовой или турбореактивный?

На сколько я выяснил причина собственно одна.

Турбовинтовые двигатели используются в тех случаях, когда скорости полета самолета относительно невелики. На большом количестве современных транспортных самолетов применяются именно ТВД. Их преимущество прежде всего в экономичности. Двигатель снабжен воздушным винтом, который устанавливается впереди компрессора.

Воздушный винт с валом связан редуктором, так как его скорость вращения значительно меньше скорости вращения компрессора-турбины. Для турбовинтовых двигателей сила тяги состоит из тяги воздушного винта и силы тяги, возникающей при истечении газа из сопла. В зависимости от скорости полета самолета изменяются доли двух составляющих тяги. При малых скоростях (крейсерских для транспортных самолетов) доля тяги от воздушных винтов значительно превышает вторую составляющую. В ТВД часто используется комбинация компрессоров.

Стандартом современной гражданской авиации являются турбовентиляторные двигатели. По сути это разновидность двухконтурного турбореактивного двигателя, общий принцип работы которого достаточно прост. При полете самолета набегающий воздух всасывается внутрь двигателя компрессором низкого давления (имеющего привод от вала турбины). Далее часть воздуха направляется внутрь двигателя и участвует как окислитель в сжигании топлива, а другая часть идет в обход камеры сгорания и вырывается назад через сопло, создавая реактивную тягу.

Реактивную тягу также создает струя раскаленных газов, выходящая из сопла двигателя. Отношение объемов воздуха, прокачиваемых через внешний контур и через камеру сгорания, называется «степенью двухконтурности». Двигатели, у которых степень двухконтурности высока и составляет от 2 до 10, называют турбовентиляторными, а имеющее сравнительно большой диаметр первое колесо компрессора низкого давления — вентилятором.

Преимущества турбовентиляторного двигателя от турбореактивного (так ведь?) таковы: во‑первых, если большая часть реактивной тяги создается продуваемым воздухом, а не реактивными газами, повышается топливная эффективность, а значит, экономичность и экологичность всей силовой установки. Во‑вторых, на выходе из сопла (или сопл) холодный воздух смешивается с горячими газами, снижая общее давление смеси. Это делает двигатель менее шумным.

Правильно ли сделать вывод, что турбовинтовые ставят все же на более медленные самолеты? А по какой причине? В результате получается экономия топлива при такой конструкции двигателя?

С турбореактивными все и так понятно. Это в основной своей массе военная техника и вертолеты.

Туробореактивные двигатели ставят на самолеты с требованием значительной скорости и соответственно мощности. Конструкция двухконтурных турбореактивных двигателей обеспечивает поступление воздуха в значительных количествах, что на высоких скоростях обеспечивает большую тягу. Второй контур, контур низкого давления, таким образом, дает дополнительную силу тяги. Соотношение двух составляющих общей тяги зависит от конструкции двигателей и режимов работы.

Есть еще какие то причины, по которым на самолете ставят турбовинтовой или турбовентиляторный двигатель?

И вот еще про будущий региональный самолет. Первый опытный Ил-114-300 в настоящее время находится в ангаре филиала ПАО «Ил» (головного разработчика самолета) в Жуковском, где проходит его сборка на основе существующего задела.

Пассажирский самолет Ил-114-300 предназначен для эксплуатации на местных воздушных линиях и является модернизированной версией турбовинтового самолета Ил-114. Самолет будет производиться на отечественных авиапредприятиях.

Серийное производство таких самолетов планируется начать в 2021 году.

February 26 2021, 16:00

В какую сторону вращается пропеллер у самолёта?

Имеет ли значение, в какую сторону он вращается?

Лопасти винта, вращаясь, захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению. Перед пропеллером при этом создаётся зона пониженного давления, за винтом — повышенного. В зависимости от способа использования воздушные винты делятся на тянущие и толкающие, а в зависимости от наличия возможности изменения шага лопастей — на винты фиксированного и изменяемого шага.

Шаг винта соответствует воображаемому расстоянию, на которое передвинется винт, ввинчиваясь в несжимаемую среду за один оборот. Существуют винты с возможностью изменения шага как на земле, так и в полёте. На одномоторных самолётах винт, как правило, вращается по часовой стрелке, если смотреть на него спереди. Вероятнее всего, эта традиция сохранилась с тех времен, когда двигатель запускали, раскручивая винт вручную, ведь правше удобнее браться за лопасть справа и тянуть ее вниз.

Для небольших двухмоторных самолётов обычно действует то же правило. На тяжёлых четырехмоторных транспортных самолётах вроде Airbus A400M или Hercules C-130 пропеллеры вращаются в противоположных друг другу направлениях. На самых мощных турбовинтовых самолётах, к примеру, Ан-22 и Ту-95, на каждый двигатель и вовсе ставят сдвоенные винты, которые вращаются навстречу друг другу.