Крутящий момент винта самолета

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.

Что такое флюгирование и какую функцию выполняет

Флюгированием винта называется поворот лопастей самолета в положение, при котором предотвращается лобовое сопротивление, создаваемое винтом, а также вращение под воздействием набегающего воздушного потока (эффект ветряной мельницы). Для этого лопасти устанавливаются под углом 85—90 градусов. В каких ситуациях возникает потребность в флюгировании?

При флюгировании угол установки лопастей составляет 85-90 градусов

Этот режим предусмотрен на случай отказа двигателя. Когда мотор перестает работать, «эффект ветряной мельницы» создает отрицательную тягу. В результате самолет теряет скорость, кроме того, ухудшается его управление. Флюгировение же позволяет самолету планировать или, к примеру, продолжать полет на оставшихся рабочих двигателях.

Винт, или пропеллер — распространенный движитель, который применяется не только в самолетах, но и других видах транспорта, таких как вертолеты, корабли и даже подводные лодки. Несмотря на появление реактивных двигателей, от винтов в авиации не отказались по сей день, что и не удивительно. Такая силовая установка достаточно простая и недорогая в изготовлении, при этом ее КПД достигает 82—86%. Но задумывались ли вы когда-нибудь, кто и когда первым изобрел пропеллер? Как он работает, и за счет чего создает настолько мощную тягу, что ее достаточно для полета самолета? Зачем лопасти винтов всегда устанавливают под определенным углом? Даже если вы примерно понимаете принцип работы винта, многие факты об этом механизме, которыми мы хотим поделиться, вас наверняка удивят.

Винт — это движитель, который обеспечивает аэродинамическую тягу, необходимую для полета самолета

Почему лопасти винта “скручены” по спирали

Итак, мы выяснили для чего нужен угол наклона лопастей, на что он влияет и как может изменяться в полете. Но если вы внимательно посмотрите на современный винт, то заметите, что угол наклона каждой лопасти неравномерный. У основания угол наклона всегда больше, чем у вершины лопасти. То есть лопасть не ровная, а имеет немного спиралевидную форму. Но для чего это сделано?

У основания лопасти, то есть в месте крепления, скорость движения по окружности всегда ниже, чем на конце. Соответственно сила тяги, а значит и нагрузка, на конце пропеллера выше, чем у основания. Чтобы обеспечить равномерную нагрузку на всю поверхность лопастей (и таким образом избежать чрезмерной нагрузки на их кончиках), концы делают с меньшим углом наклона к окружности. В результате шаг винта у основания больше чем на концах, благодаря чему нивелируется разница в скорости движения.

Вот, собственно, и вся информация об авиационных винтах, которой мы хотели поделиться. А на последок предлагаем почитать о спойлерах самолета и скоростных тормозах. Перейдя по ссылке вы узнаете, что это такое и какую функцию они выполняют.

Что такое “эффект запирания” и почему он возникает

Из всего вышесказанного может показаться, что чем выше скорость вращения, тем выше тяга, и, соответственно выше скорость полета. Но на самом деле это не так. Существует так называемый “эффект запирания”. Он возникает при достижении винтом определенной скорости вращения.

Эффект выражается в отсутствии роста тяги при увеличении скорости. То есть какой бы ни была скорость вращения винта (после достижения определенного значения), тяга не увеличивается. Эффект объясняется появлением на лопастях участков с околозвуковым либо даже сверхзвуковым течением воздуха. Это накладывает определенные ограничения на характеристики винтовых самолетов. По этой причине они не могут преодолевать скорость в 650—700 км/ч.

Бомбардировщик Ту-95 — самый скоростной в мире винтовой самолет

Правда, бомбардировщик Ту-95, который считается самым быстрым винтовым самолетом, развивает скорость в 920 км/ч. Проблема запирания в нем была решена установкой двух соосных винтов с определенными размерами лопастей, которые вращаются в противоположных направлениях. Но, в любом случае, винтовой самолет никогда не сможет разогнаться до скорости, к примеру, «Конкорда» или Ту-144. Подробнее об этой советской сверхзвуковой легенде авиастроения можно почитать здесь.

Теория воздушного винта: от первых пропеллеров к эффективным агрегатам будущего.

1.1. Воздушный винт.

1.2.Технические требования к модели самолёта  класса F1B.

3.Описание конструкции воздушного винта.

    1.4. Описание модели самолёта.

Список  литературы,  программное  обеспечение.

Воздушный винт, пропеллер, движитель, в котором радиально расположенные профилированные лопасти, вращаясь, отбрасывают воздух и тем самым создают силу тяги («Пропеллер» — студенческая многотиражка в Московском авиационном институте). Воздушный винт состоит из одной, двух или более лопастей, соединенных друг с другом ступицей. Основная часть винта — лопасти, так как только они создают тягу.

Идею воздушного винта предложил в 1475 году Леонардо да Винчи, и применил его для создания тяги впервые в 1754 году В.М. Ломоносов в модели прибора для метеорологических исследований.

На самолете А.Ф. Можайского использовались воздушные винты. Братья Райт использовали толкающий винт.

Ещё до начала проектирования первого самолёта, А.Ф. Можайским были изготовлены несколько моделей самолёта, у которых движителем был воздушный винт, приводимый во вращение резиновым жгутом. В Америке братья Райт также сначала изготавливали модели самолёта, и только потом был спроектирован первый летающий самолёт.

С начала 20 века во всём мире молодые люди начали проектировать и строить модели самолётов и проводить соревнования. В нашей стране первые соревнования напутствовал Н.Е. Жуковский в1926году. Авиамодельный спорт стал культивироваться Международной авиационной федерацией FAI, разработан кодекс FAI, проводятся Всероссийские и международные соревнования.

По правилам соревнований все модели участников должны соответствовать определённым требованиям и, чтобы победить на соревнованиях, надо изготовить модель летающую лучше всех. Для этого необходимо увеличить высоту взлёта модели, но сделать это сложно, так как запас энергии на модели ограничен весом резиномотора, который проверяется во время проведения соревнований.  Остается только увеличивать коэффициент использования энергии резины, а это механизация в полёте воздушного винта по изменению геометрических характеристик. Крутящий момент резиномотора переменный и имеет нелинейную характеристику. А крутящий момент необходимый для привода воздушного винта пропорционален диаметру винта в пятой степени. Для реализации имеющегося крутящего момента и   увеличения КПД воздушного винта надо в полёте изменять диаметр и шаг. В существующих конструкциях изменяют шаг винта, так как это конструктивно проще, но это влечёт за собой увеличение скорости полёта, а значит и вредного сопротивления крыла. Выигрыш получается небольшой. Увеличение диаметра винта с одновременным увеличением шага позволяет использовать воздушный винт более качественно. Выигрыш получается больше.

Задача: проектирование механизмов, позволяющих увеличить КПД, уменьшить расход топлива для выработки различных видов энергии, приводящих к снижению вредных выбросов в атмосферу.

Тема данной работы очень актуальна для понимания  развития современной техники.  Работа по увеличению КПД воздушного винта делает возможным в дальнейшем проектирование более сложных механизмов, направленных на увеличение КПД других изделий, потребляющих  тепловую и электрическую энергию и связанных с улучшением экологии окружающего пространства. В  современном мире это очень важно так как применение механизмов, увеличивающих КПД на машинах, генераторах  ведет к уменьшению расхода топлива, а следовательно выбросов продуктов сгорания в атмосферу и улучшению состояния экологии окружающей среды и здоровья человека.

Цель  данной работы: проектирование механизма увеличивающего КПД использования механической энергии воздушным винтом резиномоторной модели самолета.

Значение работы: На примере проектирования простого механизма рассматриваются вопросы проектирования более сложных механизмов, которые можно эффективно использовать в будущем при разработке новой авиационной  техники.

1. Воздушный винт

В спокойном воздухе самолет может лететь горизонтально или с набором высоты только тогда, когда у него есть движитель. Таким движителем может быть воздушный винт или реактивный двигатель. Воздушный винт должен приводиться во вращение механическим двигателем. И в том и в другом случае тяга создается за счет того, что некоторая масса воздуха или выхлопных газов отбрасывается в сторону, противоположную движению.

 Рис.4. Схема сил, действующих на воздушный винт.

При своем движении лопасть воздушного винта описывает в пространстве винтовую линию. В своем поперечном сечении она имеет форму крыльевых профилей. В правильно спроектированном винте все сечения лопасти встречают поток под некоторым наивыгоднейшим углом. При этом на лопасти развивается сила, аналогичная аэродинамической силе на крыле. Эта сила, будучи разложенной на две составляющие (в плоскости винта и перпендикулярную плоскости) дают тягу и сопротивление ращению данного элемента лопасти. Просуммировав силы, действующие на все элементы лопастей, получают тягу, развиваемую винтом, и момент, потребный для вращения винта (Рисунок 4). В зависимости от величины потребляемой мощности применяются воздушные винты с различным числом лопастей – двух, трех и четырех лопастные, а также соосные винты, вращающиеся в противоположных направлениях для уменьшения потерь мощности на закручивание отбрасываемой струи воздуха. Такие винты применяют на самолетах Ту-95, Ан-22, Ту-114. На Ту-95 установлены 4 двигателя НК-12 конструкции Николая Кузнецова (Рисунок 5). Концы лопастей у этих винтов вращаются со сверхзвуковой скоростью, создавая сильный шум (Натовское название самолета Ту-95 — «Медведь», принят на вооружение в 1956 году и ВВС Росси используют этот самолет по сей день). В авиамодельном спорте для получения высоких результатов на соревнованиях используют и однолопастные винты. Коэффициент полезного действия винта зависит от величины покрытия винта

(где  – число лопастей,  _– максимальная ширина лопасти), чем меньше величина покрытия винта, тем более высокий КПД винта можно получить. Беспредельному уменьшению покрытия препятствует прочность лопасти. Многолопастные винты не выгодны, так как они понижают КПД.

Рис.5. Самолет ТУ-95 с соосным винтом.

Первые воздушные винты имели фиксированный в полете шаг, определяемый постоянным углом установки лопастей винта. Для сохранения достаточно высокого КПД во всем диапазоне скоростей полета и мощностей двигателя, а так же для флюгирования и изменения вектора тяги при посадке применяются винты изменяемого шага (ВИШ). В таких винтах лопасти поворачиваются во втулке относительно продольной оси механическим, гидравлическим или электрическим механизмом.

Для увеличения тяги и КПД при малой поступательной скорости и большой мощности воздушный винт помещают в профилированное кольцо, в котором скорость струи в плоскости вращения больше, чем у изолированного винта, и само кольцо вследствие циркуляции скорости создает дополнительную тягу.

Лопасти воздушного винта изготавливают из дерева, дюралюминия. Стали, магния, композиционных материалов. При скоростях полета 600-800 км/час КПД воздушного винта достигает 0,8-0,9. При больших скоростях под влиянием сжимаемости воздуха КПД падает. Поэтому воздушный винт выгоден на дозвуковых скоростях полета самолета.

Идею воздушного винта предложил в 1475 году Леонардо да Винчи (Рисунок 1), а применил его для создания тяги впервые в 1754 году М.В. Ломоносов в модели прибора для метеорологических исследований (Рисунок 2). К середине XIX века на пароходах применялись гребные винты, аналогичные воздушному винту. В XX веке воздушные винты стали применяться на дирижаблях, самолетах, аэросанях, вертолетах, аппаратах на воздушной подушке и др.

Рис. 1. Геликоптер. Идея, предложенная Леонардо да Винчи. Модель по эскизу Леонардо да Винчи.

Рис.2. Модель прибора М.В. Ломоносова для метеорологических исследований.

Методы аэродинамического расчета и проектирования воздушных винтов основаны на теоретических и экспериментальных исследованиях. В 1892-1910 годах русский инженер-исследователь, изобретатель С.К. Джевецкий разработал теорию изолированного элемента лопасти, а в 1910-1911 годах русские ученые Б.Н. Юрьев и Г.Х. Сабинин развили эту теорию. В 1912-1915 годах Н.Е. Жуковский создал вихревую теорию, дающую наглядное физическое представление о работе винта и других лопаточных устройств и устанавливающую математическую связь между силами, скоростями и геометрическими параметрами в такого рода машинах. В дальнейшем развитии этой теории значительная роль принадлежит В.П. Ветчинкину. В 1956 году советским ученым Г.И. Майкопаровым вихревая теория воздушного винта была распространена на несущий винт вертолета.

В настоящее время для создания крупногабаритных магистральных самолетов потребовались двигательные установки большей мощности и очень экономичные. Одним из вариантов таких двигателей стали турбовентиляторные двигатели. Они обладают большой тягой и хорошей экономичностью. На всех зарубежных самолетах устанавливаются именно такие двигатели.

Развитие идеи Леонардо да Винчи воплотилось в создании газотурбинных двигателей с осевым компрессором. Лопатки осевого компрессора создают при своем движении повышение давления воздуха. Каждая ступень повышает давление на определенную величину и в конце сжатый компрессором воздух попадает в камеру сгорания, где к нему подводится тепло в виде сгорающего горючего. После чего горячий газ поступает на турбину, которая может быть и осевой и радиальной. Турбина в свою очередь крутит компрессор, а потерявшие часть энергии газы попадают в сопло и создают реактивную тягу.

Лопатки компрессора, это часть лопасти воздушного винта. Таких лопаток в каждой ступени может быть несколько десятков. Между ступенями находится неподвижный спрямляющий аппарат, который состоит из таких же лопаток, только установленных под определенным углом к закрученному воздушному потоку. Закрутка происходит за счет движения лопаток компрессора по окружности. Количество ступеней компрессора может быть более 15.

Если всю энергию, полученную в результате сгоревшего топлива, срабатывать на турбине, то на валу двигателя получится избыток мощности, который можно использовать для привода воздушного винта. Получится турбовинтовой двигатель, и тяга будет создаваться воздушным винтом. Тяга за счет выхлопных газов будет минимальна.

Следующим этапом развития стали двухконтурные двигатели. В этих двигателях часть воздуха проходит не через компрессор (снаружи), обычно это происходит после первых двух ступеней компрессора. Такой двигатель называется турбовентиляторным. Тяга двигателя создается за счет вентилятора (первые две ступени компрессора) и реактивной струи выхлопных газов. В данном случае вентилятор, а это по сути – воздушный винт, находится в профилированном корпусе.

Следующий этап развития это турбовинтовентиляторный двигатель (НК-93). Почему стали изготавливать такие двигатели? Да потому, что КПД винта на дозвуковых скоростях полета может приближаться к 0.9, а КПД реактивной струи гораздо меньше. Турбовинтовентиляторный двигатель в будущем – самый перспективный двигатель для самолетов, летающих на дозвуковых скоростях.

 Двухконтурный турбореактивный двигатель.

В 1985 году ОКБ имени Н.Д. Кузнецова началось изучение концепции винтовентиляторного двигателя высокой степени двухконтурности. Было определено, что закапотированный двигатель с соосными винтами обеспечит на 7% большую тягу, чем незакопотированный ТВВД с одноступенчатым вентилятором.

В 1990 году КБ приступило к проектированию такого двигателя, получившего обозначение НК-93. Он предназначался прежде всего для самолетов ИЛ-96М, Ту-204П, Ту-214, но заинтересованность в новом двигателе проявило и Министерство обороны (планируется установка его на военно-транспортном Ту-330).

Самолет ИЛ-76 ЛЛ с двигателем НК-93. 

НК-93 выполнен по трехвальной схеме с двигателем закопотированного двухрядного винтовентилятора противоположного вращения СВ-92 через редуктор. Редуктор планетарный с 7 сателлитами. Первая ступень винтовентилятора 8-лопастная, вторая (на нее приходится 60% мощности) – 10-лопастная. Все лопасти саблевидные с углом стреловидности 30⁰ на первых 5 двигателях изготавливали из магниевого сплава. Теперь их изготавливают из углепластика.

Схема двигателя НК-93.

Технические характеристики нового двигателя в мире аналогов не имеют. По параметрам термодинамического цикла НК-93 близок к ныне разрабатываемым за рубежом двигателям, но имеет лучшую экономичность (на 5%). Летные испытания проводятся на самолете ИЛ-76ЛЛ. Изюминкой этой винтомоторной установки является планетарный редуктор и винтовентилятор. Угол установки лопастей может изменяться в пределах 110⁰ при работе двигателя. Подобный редуктор применяется в двигателях НК-12 на самолете Ту-95 и подобный редуктор используется в установках перекачки газа на магистральных газопроводах (НК-38). Так что опыт у нас есть.

На занятиях в авиамодельной лаборатории Костромского областного центра детского (юношеского) технического творчества рассматриваются вопросы теории полета самолетов и летающих моделей. С целью улучшения летных характеристик резиномоторных моделей, а также улучшения результатов выступления на соревнованиях была рассмотрена работа винтомоторной установки. Рассмотрев характеристики резиномотора, энергия которого определяет высоту взлета модели, выяснено, что крутящий момент резины на валу винта имеет нелинейную характеристику. Максимальный крутящий момент превышает средний момент в 5-6 раз. Крутящий момент, необходимый для вращения винта равен

 — аэродинамический коэффициент

 — плотность воздуха

 — диаметр винта

— обороты винта в секунду

Из теории известно, что для того, чтобы КПД винта был достаточно высоким, необходимо неограниченно увеличивать диаметр винта. Как известно, конструктивно это условие выполнить нельзя. Но, зная это видим один из возможных способов увеличения продолжительности полета резиномоторной модели. Было принято решение компенсировать изменение крутящего момента изменением диаметра винта. Конструктивно изменять диаметр винта на величину, пропорциональную изменению крутящего момента довольно сложно, поэтому введено еще и изменение шага винта. Получился винт изменяемого диаметра и шага (ВИДШ). В большой авиации изменение диаметра воздушного винта не применяется из-за сложности конструкции и больших скоростей на концах лопастей, соизмеримых со скоростью звука, уменьшающих КПД винта.

 Можно увеличить КПД воздушного винта путем уменьшения покрытия винта. Это значит, сделать винт однолопастным. Такие винты сейчас применяются на скоростных кордовых моделях. Результаты очень положительные. Скорость возрастает на 10-15 км/час, но там другие условия работы. Двигатель работает на постоянных оборотах и постоянной максимальной мощности. На резиномоторных моделях энергия резиномотора переменна и не линейна. При использовании однолопастного винта с изменяемым диаметром и шагом возникают сложности с противовесом лопасти винта. Поэтому принято решение для увеличения КПД воздушного винта резиномоторной модели самолета использовать винт двулопастный с изменяемым диаметром и шагом (ВИДШ).

2.  Технические требования к модели самолета класса  F1B

На конкурс представлена резиномоторная модель самолёта по классификации ФАИ – F1B, изготовленная Надежиным Никитой под руководством Смирнова Виктора Борисовича.

         С этой моделью Надежин Никита в 2013 году на Первенстве России по авиационному моделированию стал чемпионом.

         Резиномоторная модель – это модель летательного аппарата, которая приводится в движение двигателем из резины; подъёмная сила модели возникает за счёт аэродинамических сил, воздействующих на несущие поверхности модели.

         Технические характеристики резиномоторных моделей должны соответствовать требованиям FAI:

площадь несущей поверхности – 17-19 дм²

минимальный вес модели без резиномотора – 200 г

максимальный вес смазанного резиномотора – 30 г.

         Каждый участник соревнований имеет право на 7 зачётных полётов продолжительностью не более 3-х минут каждый. Запуск модели должен быть произведён в ограниченное время, объявленное заранее. Сумма времени всех зачётных полётов каждого участника используется для окончательного распределения мест среди участников.

         За время полёта модель может улетать от места старта на расстояние до 2,5-3 км. Для поиска модели на неё устанавливается радиопередатчик весом 4 грамма с питанием на несколько суток. У участника соревнований имеется  радиоприёмник с направленной антенной для обнаружения модели.

Взлёт модели осуществляется за счёт энергии резиномотора, которая приводит  во вращение воздушный винт. Изменение крутящего момента резиномотора при его раскрутке происходит неравномерно и максимальное его значение превосходит среднее значение в 4-5 раз. Поэтому в первоначальный момент взлёта модели воздушный винт работает на нерасчетных режимах, т.е. идет проскальзывание винта в воздушном потоке. Для того чтобы аэродинамически  загрузить воздушный винт и использовать имеющуюся энергию резиномотора в полном объёме, необходимо увеличивать диаметр винта и угол установки лопастей винта в начальный период взлёта. Это хорошо показано в книге А.А.Болонкина «Теория полета летающих моделей»

3.  Описание конструкции воздушного винта

Особенностью данной модели является воздушный винт (Приложения №4,5,6), который во время взлёта модели изменяет диаметр и шаг. Механизм винта при изменении крутящего момента резиномотора позволяет изменять диаметр винта и угол установки лопастей. Это позволяет существенно увеличить КПД винта и, следовательно, высоту взлёта модели, и, соответственно, увеличиваются продолжительность полёта и результат на соревнованиях.

         Конструкция механизма винта представлена на сборочном чертеже 10.1000.5200.00 СБ  ВИДШ (винт изменяемого диаметра и шага, Приложение №3)  и представляет собой корпус, в котором на 2-х подшипниках вращается вал винта из стали ЗОХГСА. На валу установлена ступица винта, также на 2-х подшипниках, далее идёт втулка, имеющая возможность вращаться вокруг вала. На втулке установлены шатуны, на которых подвешены лопасти винта, изготовленные из бальзы. Шатуны установлены на осях, расположенных на радиусе R=11 от оси вала и под углом к нему примерно 6 градусов. Втулка и ступица соединены между собой упругим элементом (резиновое кольцо).В ступице имеется паз  ограничивающий перемещение втулки относительно ступици. Это определяет рабочие углы поворота втулки и величину выдвижения шатунов. При приложении к валу винта крутящего момента относительно лопастей винта возникает сила, проворачивающая втулку относительно ступицы, при этом происходит выдвижение шатунов из ступицы и их проворот вокруг поперечной оси вала за счёт движения осей шатуна по образующей однополостного гиперболоида вокруг вала. В конструкции предусмотрено изменение угла наклона осей шатунов, что позволяет регулировать диапазон изменения шага при регулировке модели. (в первоначальном варианте регулировка пределов изменения  шага  не предусматривалась, чертёж 10.0000.5100.00 СБ, Приложение №2). Перемещение шатунов пропорционально крутящему моменту, приложенному к валу винта, относительно лопастей. На втулке установлен стандартный стопор, стопорящий лопасти винта в нужном положении после раскрутки резиномотора. Изменение шага при увеличении диаметра на 25 мм составляет 5⁰ , что на R лопасти=200мм изменяет шаг с 670 мм до 815 мм. Для изготовления деталей использованы малогабаритные шарикоподшипники и высокопрочные материалы Д16Т, ЗОХГСА, 65С2ВА, 12х18Н10Т и углепластик.

4. Описание модели самолета

Конструкция самой модели представлена на чертеже 10.0000.5000.00СБ. (Приложение№1,7)

         Продольный набор крыла состоит из двух углепластиковых лонжеронов переменного сечения, углепластикового кессона, передней и задней кромок из углепластика.

         Поперечный набор состоит из нервюр, выполненных из бальзы, покрытых сверху и снизу углепластиковыми накладками толщиной 0,2 мм. На крыле применен профиль «Андрюков». Центр тяжести расположен на 54% САХ.

         Весь набор собран на эпоксидной смоле. Крыло обтянуто синтетической бумагой (полиэстером) на эмалите. Для удобства транспортирования крыло имеет поперечный разъём с узлами крепления. Стабилизатор и киль выполнены аналогично крылу.

         Фюзеляж состоит из двух частей. Передняя силовая часть выполнена из трубки, изготовленной из СВМ (кевлар) и углепластикового пилона, в который установлены программный механизм (таймер) и передатчик для поиска модели, спереди и сзади вклеены силовые шпангоуты из алюминиевого сплава Д16Т.

          Хвостовая часть представляет конус и состоит из 2-х слоёв высокопрочной алюминиевой фольги Д16Т толщиной 0,03 мм, между которыми вклеен слой углеткани на эпоксидной смоле. На конце хвостовой части установлена площадка для крепления стабилизатора и механизм перебалансировки и посадки модели.

         На модели используются резиномоторы из резины FАI “Super sport”, состоящие из 14 колец сечением 1/8^//

Применение в данном классе моделей механизма позволяющего одновременно изменять диаметр и шаг винта в зависимости от крутящего момента резиномотора, позволило увеличить коэффициент полезного действия воздушного винта, что выразилось в прибавлении высоты взлета модели на 10-12 метров, продолжительность полета увеличилась на 35-40 секунд по сравнению с другими моделями, а также улучшилась стабильность полетов. И как следствие — победа на соревнованиях.

Вывод:      Принцип преобразования поступательного движения во  вращательное,  заложенное в данной конструкции,  может использоваться в случаях,  когда нельзя использовать простые рычажные механизмы.

Практические рекомендации: Подобный механизм можно использовать в приводе элеронов крылатой ракеты. Поступательное движение тяги внутри крыла, вдоль задней кромки преобразуется во вращательное движение элерона. Использовать другие механизмы довольно сложно из-за малой строительной высоты профиля крыла в районе расположения элерона и удаления элерона от корпуса ракеты.

         Таким образом, на примере проектирования простейшего механизма по увеличению КПД можно рассмотреть вопросы по созданию более совершенных механизмов преобразования энергии углеводородов в механическую тепловую и электрическую энергию, что в современных условиях позволит снизить уровень выброса вредных веществ в атмосферу и улучшит состояние экологии окружающей среды и здоровье Человека.

Список  литературы, программного обеспечения

1.А.А.Болонкин. Теория полета летающих моделей, изд. ДОСААФ 1962г.

2.Э.П.Смирнов, Как спроектировать и построить летающую модель самолёта, изд. ДОСААФ 1973г.

3. Шмитц Ф.В. Аэродинамика малых скоростей, изд. ДОСААФ 1961г.

4. Проектирование выполнено в программе Компас V-11

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:

• кораблей;
• ветряных мельниц;
• турбин;
• гидроэлектростанций.

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.

Технические параметры и устройство винта самолета

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:

• угол установки лопастей;
• шаг;
• угол атаки;
• поступь.

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.

Характеристики воздушных винтов

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

• Диаметр винта.
• Геометрический шаг — это расстояние, которое пройдет винт при врезании в теоретическую твердую поверхность за один оборот.
• Поступь – фактическое расстояние, проходимое винтом за один оборот. Очевидно, что эта величина зависит от скорости и от частоты вращения.
• Угол, под которым устанавливаются лопасти винта, определяется как угол между плоскостью и его фактическим наклоном.
• Современные лопасти обычно имеют саблеобразную форму с изгибом.
• Обычно профиль лопастей имеет форму крыла.
• Геометрическое расстояние между передней и задней кромками лопасти — средняя хорда.
• Основной параметр воздушного винта самолета — тяга, которая определяет его необходимость.

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 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:

• низкую скорость судна;
• высокую шумность;
• ограничения эксплуатационного характера.

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

Как сила тяги зависит от скорости полета

Сила тяги уменьшается не с увеличением скорости полета. Когда самолет стоит неподвижно, лопасти винта движутся только по окружности, при этом сила тяги, создаваемая винтом, максимальная. Это объясняется тем, что угол атаки равен углу наклона лопастей к окружности (углу установки), о котором мы рассказывали выше. А тяга, как мы выяснили, зависит именно от него. Но если самолет движется вперед, лопасти движутся в двух направлениях — по окружности и вдоль оси вращения. В результате угол атаки фактически становится меньше, чем угол установки лопастей.

Конструкция винта с изменяемым шагом

Таким образом, чем выше скорость полета, тем ниже аэродинамическая тяга. Для решения этой проблемы был придуман винт из­меняемого шага. Благодаря особому устройству втулки, при увеличении скорости полета винт без участия летчика изменяет свой шаг. Проще говоря, угол установки лопастей автоматически меняется, в зависимости от скорости. Чем выше скорость полета, тем больше становится угол наклона лопастей. То есть увеличивается шаг винта, а вместе с ним и угол атаки.

В современной авиации применяются чаще всего винты с изменяемым шагом. Самолеты без этого механизма, то есть с обычным пропеллером, упираются в еще один барьер скорости.

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.

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.

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.

Парирование реактивного крутящего момента

Несущий винт 1 вертолета, управление которым производится с помощью автомата перекоса 3, приводится в действие двигателем 5 через главный редуктор 4 (от лат. reduktor – отводящий назад, приводящий обратно).

Редуктор служит для уменьшения частоты вращения несущего винта по сравнению с частотой вращения вала двигателя и, следовательно, увеличения крутящего момента на валу несущего винта, чтобы преодолеть момент сил сопротивления несущему винту.

При передаче крутящего момента несущему винту на фюзеляж вертолета 2 действует реактивный крутящий момент , который стремится развернуть фюзеляж в сторону, противоположную направлению вращения несущего винта.

Рулевой винт 8, установленный на хвостовой балке 7, приводится во вращение от двигателя через трансмиссию (от лат. transmissio – передача) 6. При вращении рулевого винта возникает аэродинамическая сила , которая уравновешивает реактивный крутящий момент.

Летчик с помощью ножного управления воздействует на механизм изменения шага рулевого винта, изменяет значение силы и разворачивает вертолет относительно вертикальной оси, осуществляя путевое управление.

Проблема парирования реактивного момента от движителя-винта возникает и на самолетах с винтомоторной силовой установкой. Однако при одинаковой мощности двигателя W крутящий момент на валу и, соответственно, реактивный момент ( = W/) у вертолета значительно больше, чем у самолета, поскольку частота вращения винта самолета порядка 2000–3000 мин-1 (об/мин), а у вертолета – 200–500 мин-1. Поэтому эта проблема даже для одномоторных винтовых самолетов решается достаточно просто, например за счет практически незаметной аэродинамической асимметрии крыльев, создающих постоянный кренящий момент, обратный реактивному моменту винта.

Пропеллер самолета — история изобретения

Считается, что предшественником современного пропеллера является Архимедов винт. Изобретение этого механизма приписывают древнегреческому ученому Архимеду, жившему в третьем веке до нашей эры. Устройство представляет собой полую трубу со спиралевидным винтом внутри. Механизм устанавливали под наклоном к горизонтали и использовали для перекачки воды из низколежащих водоемов в оросительные каналы.

Архимедов винт был придуман в третьем веке до нашей эры

Впоследствии Архимедов винт был преобразован в шнек. Вы можете прямо сейчас увидеть как он работает, включив мясорубку. Да, это тот самый винт, который перемещает мясо из приемного лотка к ножам и сетке. Но, согласитесь, Архимедов винт и шнек все же далеки от современного пропеллера.

Первым же летающим предметом, который использовал для тяги подобие винта, стала китайская игрушка бамбук-стрекоза. Она представляет собой стержень (ось) с лопастями на конце. Ось раскручивали между ладоней, в результате чего лопасти быстро вращались, и бамбук-стрекоза взлетала. Наверняка многим из вас эта игрушка известна в современном исполнении под названием “вертушка”.

Современная детская игрушка вертушка является прямым потомком древней китайской бамбуковой стрекозы

Предположительно бамбук-стрекоза появилась в 300-х годах нашей эры при династии Цзинь. В качестве лопастей к палке прикрепляли перья птицы. Впоследствии лопасти стали делать деревянными. Надо сказать, что именно эту игрушку взял за основу своих наработок английский инженер Джордж Кейли, один из первых теоретиков и исследователей в области летательных аппаратов.

Дирижабль Джорджа Кейли с двумя винтами (начало 19 века)

В книге философа династии Цзинь Гэ Хунга, написанной в 317 году нашей эры, упоминается деревянный летательный аппарат с винтом. Существовал ли он на самом деле, или является мифом, остается загадкой.

Также вы наверняка слышали о чертеже Леонардо Да Винчи, на котором изображен прообраз современного винта. Правда, он все еще далек от современного пропеллера, и больше напоминает короткий шнек. А вот аэродиномическая машина Михаила Ломоносова, продемонстрированная в 1754 году, уже содержит подобие современных винтов, как, собственно, и дирижабль Джорджа Кейли.

Аэродинамическая машина Ломоносова содержит винты, похожие на современные пропеллеры

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

• Диаметр окружности винта – это размер, который описывают законцовки лопастей при вращении.
• Поступь винта – реальное расстояние, проходящее винтом за один оборот. Данная характеристика зависит от скорости движения и оборотов.
• Шаг пропеллера — это расстояние, которое пройдет винт за один оборот в твердой среде. В воздухе лопасти пропеллера скользят.
• Угол установки и положения лопастей винта определяется наклоном сечения лопасти к плоскости вращения. Измерение угла поворота происходит в сечении, где находится крутка лопастей, которая находится на 2/3 длины лопасти.
• Лопасти пропеллера имеют переднюю – режущую – и заднюю кромки. Сечение лопастей имеет профиль крыльевого типа. В профиле лопастей имеется хорда, которая имеет относительную кривизну и толщину. Для повышения прочности лопастей винта используют хорду, которая имеет утолщение к корню пропеллера. Хорды сечения находятся в разных плоскостях, поскольку лопасть изготовлена закрученной.
• Основной параметр гребного винта — его шаг, который зависит от угла установки лопастей. Шаг измеряется в единицах расстояния за один оборот. Чем больше шаг, тем больше объем отбрасывается лопастью, но это приводит к дополнительным нагрузкам на установку и снижению количества оборотов. Современные летательные аппараты могут изменять наклон лопастей без остановки двигателя.

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 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.

Перспективные разработки

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

• турбовентиляторный двигатель;
• саблевидные лопасти;
• разработка сверхзвуковых воздушных изделий.

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.

Воздушный винт — принцип работы

Как мы сказали в самом начале, лопасти любого современного пропеллера всегда установлены под определенным углом, который называют углом установки. Благодаря этому углу, при вращении лопасти набегают на воз­дух, как бы загребают его, и отбрасывают назад. Таким образом пропеллер отталкивается от воздуха, и стремится двигаться вперед. При этом перед винтом образуется меньшее давление, чем за ним. В результате возникает аэродинамическая тяга вдоль оси винта, которая тянет самолет за собой.

Надо сказать, что сила тяги зависит не только от скорости вращения пропеллера и его размеров, но и таких ключевых параметров, как шаг винта и угла установки. От последнего зависит так называемый “угол атаки”. То есть угол, под которым лопасть набегает на воздух. Чем он больше, тем лопасть больше «загребает» воздух. Правда увеличивать угол можно только до определенного момента, после которого лопасть вообще перестает создавать тягу.

Угол атаки винта зависит от угла установки лопастей

Шагом называется расстояние вдоль оси, которую винт мог бы пройти, если бы ввинчивался в воздух как саморез в дерево. Разумеется, на практике винт за полный оборот проходит меньшее расстояние, так как воздух имеет низкую плотность. Как не сложно догадаться, чем больше угол наклона лопастей к плоскости вращения, тем больше шаг.

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.