В какую сторону вращается пропеллер у самолёта
Воздушный винт, или пропеллер, применяется в качестве движителя для разных летательных аппаратов – чаще всего самолётов. Но имеет ли значение, в какую сторону он вращается?
Пришло время узнать, в какую сторону вращаются винты у самолёта и почему
Пропеллером называют лопастной агрегат, работающий в воздушной среде и приводимый во вращение двигателем. Он является движителем, преобразующим крутящий момент двигателя в движущую силу тяги летательных аппаратов — самолётов, автожиров, цикложиров и вертолётов с поршневыми и турбовинтовыми двигателями. Воздушный винт, работающий в качестве движителя, в сочетании с двигателем образуют так называемую винтомоторную установку.
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.
Здравствуйте!
Летающая лодка Dornier Seastar.
Воздушный винт, как лопаточная машина, преобразующая вращательное движение в поступательное известен человечеству уже достаточно давно.
Однако практические применение его в качестве движителя в воздушной среде фактически началось только с появлением первых настоящих аэропланов.
Конечно, своего рода интуитивные пробы были и раньше, начиная с примитивных детских игрушек в виде маленьких двухлопастных «», насаженных на стержень и раскручиваемых между ладонями ( известно об их существовании в Китае еще до нашей эры), и, кончая, например, демонстрационной моделью М. В. Ломоносова (1754 год), в который воздушные винты с пружинным приводом предполагалось использовать для подъема метеорологических приборов на определенную высоту.
» Летающий винт» Леонардо да Винчи.
Не стоит забывать и о «» Леонардо да Винчи, своеобразном прототипе вертолета. Этот винт правда не имеет раздельных лопастей, как таковых, но тем не менее создает тягу или, иначе говоря, силу, заставляющую аппарат подниматься вверх. Винт попросту «тянет» всю остальную конструкцию за собой, заставляя ее двигаться в нужном направлении. То же самое происходит и в остальных приведенных здесь примерах.
На самом деле винт может не только тянуть, но и толкать. Все зависит от его расположения, как движителя, относительно остальной конструкции летательного аппарата.
Приспособление М.В. Ломоносова с тянущими воздушными винтами.
Однако, речь здесь не просто о смене точки приложения силы. Важно, что вместе с этой сменой происходит изменение условий работы всего летательного аппарата.
Изменения эти затрагивают аэродинамику, конструктивное исполнение, вес и центровку, безопасность и удобство летной и наземной эксплуатации и другие подобные вещи. После сопоставления всех имеющихся практических данных и теоретических расчетов и принятия зачастую компромиссных решений (что часто бывает в авиации) делается выбор в пользу той или иной конструктивной схемы, тянущего или толкающего воздушного винта в нашем случае.
Не берусь делать выводы типа «что лучше, а что хуже». Не считаю для себя возможным сделать это однозначно. Пусть здесь будет что-то типа небольшого обзора на тему «что у нас есть». А выводы читатели, если захотят, сделают сами :-).
Первое, о чем нужно вспомнить – это эффективность воздушного винта, то есть его КПД. И здесь, как, впрочем, во многих областях авиационной науки, наблюдаются определенные противоречия, связанные с аэродинамикой.
Конструктивные условия установки толкающего винта на летательном аппарате могут способствовать увеличению его эффективности по сравнению с эффективностью тянущего винта, работающего в тех же условиях.
Ведь как известно, КПД воздушного винта равен отношению его полезной тяговой мощности к мощности им потребляемой (или иначе говоря эффективной мощности двигателя). Полезная тяговая мощность всегда меньше потребляемой, потому что часть ее тратится на другие цели, с тягой несвязанные, либо ее уменьшающие.
Например, это закрутка отбрасываемой струи воздуха или преодоление аэродинамического сопротивления при взаимодействии ее с элементами конструкции, которое может быть немалым, потому что скорость этой струи значительно больше скорости полета, а «взаимодействовать» приходится с различными элементами конструкции, в частности с крылом, хвостовым оперением и с фюзеляжем (в первую очередь).
В итоге чем меньше и меньших по площади элементов конструкции летательного аппарата обдувается струей от воздушного винта, тем ниже прирост сопротивления и, соответственно, выше эффективная (или полезная) тяга двигательной установки.
Для тянущего воздушного винта избежать обдува струей от него элементов конструкции невозможно. А значит полезная тяга и КПД соответственно, будут снижены. Для толкающего же винта есть, как говорится, варианты.
Для летающих этажерок начала века толкающий винт определенно означал немалое дополнительное сопротивление при обдуве ферменного фюзеляжа и целой системы тяг и расчалок.
Для современных же самолетов, особенно выполненных по схеме «утка» или с двигателем, смонтированным за хвостовым оперением, толкающий винт может оказаться в этом смысле выгодным. Самолет Rutan Long-EZ — в качестве примера. Здесь препятствий для струи за винтом практически нет.
Современный частный самолет с толкающим винтом Rutan Long-EZ.
Такое ощутимое уменьшение аэродинамического сопротивления может положительно повлиять на аэродинамическое качество самолета и его крейсерские характеристики (дальность). Но при этом не следует забывать об обратной стороне такого плюса. Ведь тянущий воздушный винт обдувает крыло, а значит летательный аппарат получает некоторый прирост подъемной силы, что может улучшить, например, взлетно-посадочные характеристики.
У пушера этого конечно нет, и дополнительной «дармовой» подъемной силы он лишен. Однако, при этом дополнительному обдуву может подвергаться хвостовое оперение (если винт расположен перед ним), что увеличивает его эффективность. Хотя, и здесь есть ложка дегтя: эта эффективность может оказаться достаточно зависимой от режима работы двигателя и винта, может оказаться лишней или недостаточной, что конечно надо как-то учитывать при создании ЛА.
Если тянущий винт обычно воспринимает и «перерабатывает» невозмущенный поток, то толкающий во многом лишен этой возможности. В плоскость, омываемую лопастями толкающего винта, вполне вероятно попадание потока, взаимодействовавшего с поверхностями, расположенными перед винтом, а значит вероятно возмущенного и содержащего вихри различной интенсивности и объема.
Это, в свою очередь, негативно влияет на эффективность работы винта и теперь уже снижает его КПД, в некоторых случаях достаточно ощутимо. Такого рода явления могут, например, ощутимо проявиться при установке двигателей на задней кромке крыла ( () и ).
Стратегический бомбардировщик Convair B-36А «Peacemaker».
При этом проблема снижения эффективности может сопровождаться ростом циклических и вибрационных нагрузок на элементы конструкции винта, так как каждая из его лопастей циклически попадает под воздействие вихря, сходящего с кромки крыла, что ставит не только задачи увеличения эффективности винта, но и его прочности.
В этом плане практически гарантировано увеличение шумности толкающего винта. Причем шум этот может ощущаться в кабине даже сильнее, нежели при тянущем расположении винта.
Какая из этих «сторон» оказывает большее влияние на летные и эксплуатационные характеристики летательного аппарата видимо зависит от параметров каждой конкретной конструкции и условий ее эксплуатации. Впрочем это относится и ко всем остальным особенностям тянущих и толкающих винтов.
Образование боковой силы при использовании тянущего винта.
Для толкающего же винта такие меры фактически не нужны. Ведь боковой силы может просто не быть. Правда многое зависит здесь от месторасположения винта по отношению к хвостовому оперению. По крайней мере для таких проблем точно нет.
А сама воздушная струя от толкающего винта, установленного в конце фюзеляжа может играть некоторую стабилизирующую роль в путевом отношении, что позволяет пушеру иметь киль меньшей площади и быть менее чувствительным к боковому ветру при взлете и посадке.
Заднее расположение толкающего винта, в особенности за хвостовым оперением повышает вероятность касания лопастями поверхности ВПП при взлете или посадке. Для исключения такой возможности на самолетах необходимо либо увеличивать высоту шасси, а это лишняя масса, либо укорачивать лопасти, уменьшая тем самым эффективность винта.
Можно еще поднять двигатель с винтом выше. Но при этом, если линия тяги поднимается выше центра тяжести, возможно возникновение вредного вращающего момента, опускающего нос на пикирование. Это также требует принятия дополнительных мер для улучшения устойчивости самолета.
Еще одна слабая сторона толкающего винта может проявиться при полете в условиях обледенения. Так как он находится «позади всех», то лед с находящихся впереди поверхностей, сорвавшись может попасть на лопасти, вызывая их повреждение, а также может быть перенаправлен на находящиеся рядом поверхности, фюзеляж, например.
В том числе это может происходить при работе антиобледенительной системы, к примеру на крыле (передняя кромка). На заре развития авиации подобного рода проблемы иногда происходили при использовании бортового оружия, то есть обычных пулеметов. Роль кусков льда здесь играли выбрасываемые патронные гильзы.
Само же расположение двигателя с толкающим винтом на крыле помимо сказанного влечет за собой уменьшение возможностей для размещения на задней кромке механизации (закрылки, элероны).
В плане безопасности у двигателя с толкающим винтом есть некоторые плюсы. Он до некоторой степени защищает экипаж от атаки с задней полусферы (как наиболее часто применяемой в традиционных воздушных боях). Основная масса пожароопасных магистралей (топливо, масло) расположено за кабиной экипажа (пассажиров).
Пожалуй достаточно. Теперь кое-что о конкретных образцах, не забывая, тем не менее и об особенностях (плюс – минус).
Некоторые из них действительно уже давно стали не столь значимыми хотя бы потому, что исчезли сами условия для их существования. Самолеты с давно уже строятся в достаточно малых количествах, многие просто в единичных экземплярах. Да и сами они относятся именно к и являются легкими и сверхлегкими летательными аппаратами.
Сам знаменитый (1903 г.) братьев Райт был оборудован толкающими винтами, так же как и последовавшие за ним и . Аналогичную конструктивную схему имели практически все, как достаточно известные, так и малоизвестные ранние аппараты.
Самолеты братьев Райт Flyer I и Flyer II.
Например, такие как: конструктор Альберт Сантос-Дюмон (Alberto Santos-Dumont) – 1906 год; самолеты Габриэля Вуазена (Gabriel Voisin), в частности (или Farman I – 1907 г.), на котором выполнял полеты Генри Фарман (Henri Farman) и самолет уже самого Фармана – 1909-1911 годы; пушер Curtiss Model D – американский аэроплан фирмы Curtiss Aeroplane and Motor Company – 1911 год.
Аэроплан Voisin II (или Farman I ), 1907 год.
Американский пушер Curtiss Model D, 1911 год (реплика).
Farman III, 1910-1911 годы.
Все эти аэропланы пока еще не имели фюзеляжа, как такового. Двигатель располагался на нижнем крыле, естественно позади пилота. Кроме того они были выполнены по аэродинамической схеме «утка», что также делало в тех условиях применение толкающего винта фактически единственно возможным.
Однако, аэродинамика (особенно в практическом смысле) была в то время всего лишь на начальном этапе своего существования, поэтому тогдашние инженеры и авиаторы, не в силах полноценно бороться с возникавшими аэродинамическими проблемами «утки», стали отказываться от нее и активно применять схему с задним расположением горизонтального оперения (за центром тяжести ЛА), ставшую впоследствии классической.
Конструкции совершенствовались, и при этом некоторое время продолжали применяться как тянущие, так и толкающие воздушные винты. Существовали даже термины определяющие типы таких конструкций (понятные, не требующие объяснения, я думаю): «» и «» (французский авиатор Louis Blеriot фактически первым стал строить монопланы с тянущим винтом).
Плюс схемы «Farman type» заключался в том, что она предоставляла определенные удобства и хороший обзор пилоту. Впереди ведь не было ни лопастей, ни грохочущего мотора, а сам пилот теперь располагался в специальной гондоле, своего рода подобии фюзеляжа.
Пример использование передней кабины для вооружения, самолет Voisin- III, Франция.
Для использования самолета в боевых действиях в носовой части этой же гондолы можно было без труда расположить бортовое стрелковое вооружение (место позволяет) и вести из него прицельный огонь без применения каких-либо дополнительных устройств и механизмов.
Речь здесь о , позволяющих вести огонь через плоскость вращения лопастей воздушного винта, либо о возможности стрельбы через полую втулку воздушного винта. Без этого не обойтись, если винт тянущий.
Это было достаточно серьезное преимущество и самолеты с толкающими винтами достаточно активно использовались в Европе в качестве истребителей (и не только) до 1916 года. В качестве примера можно привести английские аэропланы ; ; Royal Aircraft Factory F.E.2; Royal Aircraft Factory F.E.8, Vickers F.B.26 Vampire, а также французский Breguet Bre.5 Ca.2.
Аэроплан Airco DH.1.
Аэроплан Airco DH.2.
Истребитель Vickers F.B.26 Vampire.
Аэроплан Breguet Bre.5 Ca.2.
Передняя кабина самолета Royal Aircraft Factory F.E.2 с вооружением.
Самолет Royal Aircraft Factory F.E.8 (реплика).
Забегая вперед, скажу, что это преимущество оказалось очень выгодным для нынешних беспилотных ЛА, которые все более широко применяются в настоящее время.
В течение 1916-17 годов началось активное внедрение синхронизаторов стрельбы, повлекшее за собой быстрое сокращение числа аэропланов с толкающими винтами и практическое прекращение работ по созданию и постройке новых типов таких самолетов.
Основной причиной способствовавшей этому была достаточно низкая эффективность толкающего винта по сравнению с тянущим для существовавших тогда конструкций при прочих равных условиях.
Дело в том, что для классической аэродинамической схемы, когда ГО располагается за центром тяжести самолета, толкающему воздушному винту этих аэропланов приходилось обдувать многочисленные элементы ферменной конструкции, на которой монтировалось хвостовое оперение (подобие фюзеляжа), а также тяги и расчалки. Это создавало большое аэродинамическое сопротивление и эффективность винта падала (упоминалось выше).
Самолет Vickers F.B.5 Gunbus. 1916-17 годы.
С внедрением синхронизаторов пушеры потеряли одно из своих существенных преимуществ и сразу оказались ненужными. В Европе еще некоторое время использовались бомбардировщики (пример ) с толкающим винтом, однако и они скоро перешли в разряд учебных, а потом и вовсе перестали использоваться.
Двигатели с толкающими винтами применялись тогда на . Такая конфигурация (с расположением двигателя над крылом на специальных силовых стойках) позволяла максимально удалить лопасти и двигатель от водной поверхности и минимизировать интенсивное воздействие водяных брызг.
Кроме того лопасти были максимально удалены от кабины экипажа, что повышало безопасность эксплуатации (как наземной, так и в воздухе). В качестве примера можно привести летающие лодки: (Великобритания конец 30-х – начало 40-х годов), (СССР – эксплуатация 1934-1946 годы).
Советская летающая лодка МБР-2М34НБ.
Летающая лодка Supermarine Walrus, Великобритания, 1930-40-е годы.
Одним из последних самолетов-истребителей такой схемы стал английский истребитель Vickers Type 161 компании Vickers Ltd. Имея достаточно необычную конструкцию, он прошел все испытания в 1931 году, но в серийное производство так и не был запущен.
Экспериментальный истребитель Vickers Type 161, 1931 год.
Некоторая необычность по сравнению с традиционными пушерами заключалась в наличии обшивки (не силовой) на конструктивном узле от двигателя до хвостового оперения, в результате чего формировалось некоторое подобие обтекаемого фюзеляжа, чем снижалось аэродинамическое сопротивление.
Это был уже не первый опыт подобного конструктивного решения. Американский биплан компании Gallaudet Aircraft Company (1918 год) имел фюзеляж с расположенным внутри двигателем с толкающим винтом.
Американский гидросамолет Gallaudet D-4, 1918 год.
Такое направление разработок, казалось, могло бы быть перспективным в плане аэродинамики для самолетов с толкающими винтами. Ведь 30-е годы стали началом достаточно интенсивного использования в авиастроении металлической работающей обшивки. Однако, практически любое усовершенствование, повышающее эффективность силовых установок с толкающими винтами столь же положительно влияло и на традиционную схему с тянущим винтом.
Время бурного использования толкающих воздушных винтов прошло. В дальнейшем (и по настоящее время) под словосочетанием «самолет с поршневым двигателем» подразумевался самолет с тянущим винтом, если не было специального упоминания на этот счет.
И все-таки тема эта окончательно закрыта не была, ни тогда, ни сейчас. С конца 30-х годов по настоящее время был проведен ряд опытно-конструкторских разработок. Многие из них воплотились в реальные летательные аппараты, а некоторые наименования даже были запущены в серийное производство и выпускались большими сериями.
Перед началом и в период II-ой Мировой войны некоторые государства с развитой авиационной промышленностью занимались разработкой опытных истребителей и бомбардировщиков различных аэродинамических схем с толкающим воздушным винтом.
Некоторые примеры экспериментальные разработок с различными усовершенствованиями: (Италия, 1939 год), (Япония, 1945 год), Ascender (США, 1943 год), Miles M.35 Libellula (Великобритания, 1942 год), (США, 1943 год), Northrop XP-56 Black Bullet (США, 1943 год), Douglas XB-42 Mixmaster (США, 1944-48 годы).
Итальянский самолет SAI-Ambrosini SS.4, 1939 год.
Американский экспериментальный пушео Vultee XP-54 Swoose Goose , 1943 год.
Американский экспериментальный самолет Northrop XP-56 Black Bullet, 1943 год.
Японский экспериментальный самолет Kyushu J7W1 Shinden, 1945 год
Экспериментальный самолет Curtiss-Wright XP-55 Ascender, США, 1943 год.
Экспериментальный самолет Douglas XB-42, США, 1944-48 годы.
Британский экспериментальный самолет Miles M.35 Libellula, 1942 год.
Однако, в серию пошел только шведский самолет SAAB J 21, единственный в мире крупносерийный поршневой истребитель с толкающим винтом. Он впервые поднялся в воздух в 1943 году, а с 1945-го по 1949-й год было выпущено около 300 его экземпляров. Это был один из первых в мировой авиационной истории самолет на котором (наряду с немецким Heinkel He 280 и Dornier Do 335) было установлено летчика.
Его установка была связана с еще одним недостатком, характерным для истребителя с толкающим воздушным винтом. В случае необходимости покидания летчиком самолета в воздухе, существует вероятность попадания его в зону вращения лопастей.
Для исключения такой возможности и было разработано катапультируемое кресло. Хотя при проектировании рассматривался вариант отстрела лопастей и даже вариант подрыва силовой установки перед покиданием самолета.
Самолет SAAB J 21.
https://youtube.com/watch?v=nx0pMrPBTLw%3Frel%3D0%26showinfo%3D0
Первое в мире катапультирование из серийного боевого самолета произошло в августе 1946 года. Младший лейтенант Бенгт Йохансон покинул машину на высоте 2000 м, благополучно приводнился в водах Балтики и был спасен.
Упомянуть об этом стоило потому, что с аварией этого самолета напрямую связан еще один недостаток двигателя с толкающим винтом. Это отсутствие условий для хорошего охлаждения двигателя (нет обдува струей от винта). Треть всех аварий самолета SAAB J 21 произошла из-за перегрева силовой установки. Справиться с этим радикально конструкторы не смогли до конца эксплуатации самолета.
Проблемы с охлаждением были и у другого серийного самолета, оборудованного поршневыми двигателями с толкающими винтами. Это американский стратегический бомбардировщик Convair B-36 «Peacemaker».
Этот уникальный в своем роде самолет начал летать с августа 1946 года. На каждой консоли у него располагались по три поршневых двигателя Pratt & Whitney R-4360 Wasp Major, а начиная с версии В-36D еще и по два турбореактивных J47-GE-19.
Толкающие винты на этом самолете (при относительно толстом крыле) были применены с целью повышения аэродинамического качества самолета и, соответственно, достижения максимальной крейсерской дальности, что и требовалось для стратегического бомбардировщика.
То есть было использовано положительное влияние (упомянуто выше) толкающего винта на АД качество, выражающееся в уменьшении коэффициента сопротивления (Сх) летательного аппарата за счет отсутствия обдува некоторых поверхностей, в данном случае крыла. Правда отсутствие этого обдува негативно влияло на взлетно-посадочные характеристики, но большая дальность была предпочтительней. Такой способ уменьшения Сх на тот момент оказался наиболее рациональным.
Но толкающих винтов на этом, в общем-то и заканчивалось. Зато проявили себя . Радиальный двигатель R-4360, установленный на самолете изначально был сделан для работы с тянущим винтом, скоростной поток от которого достаточно эффективно охлаждал все его 28 цилиндров и другие корпусные детали.
На В-36 двигатель находился в развернутом положении и этого потока не было. В результате периодически возникала опасность перегрева. По этой же причине неоднократно возникало такое нехорошее явление, как при полетах во влажном и холодном воздухе.
Карбюратор располагался в задней части двигателя (по отношению к тянущему винту) и всегда обдувался достаточно нагретым воздухом (поток от винта) прошедшим через ребра охлаждения цилиндров, что практически исключало обледенение. Но на В-36 этот поток отсутствовал и карбюратор оказался прямо на пути холодного и, в определенных условиях, влажного воздуха.
Стратегический бомбардировщик Convair B-36 «Peacemaker».
Результатом стало замерзание дроссельной заслонки, топливно-воздушных каналов и изменение состава топливо-воздушной смеси. На выхлопе появлялся несгоревший бензин в довольно больших количествах, что в сочетании с перегретым двигателем было чревато пожаром, что и происходило периодически. Пожары были, аварии и катастрофы самолетов были, в том числе с ядерным оружием на борту.
Однако, из-за частых пожаров и нестабильной работы топливной системы по вышеупомянутым причинам летный состав переиначил это название: «Тwo turning, two burning, two smoking, two joking, and two more unaccounted for» («Два крутятся, два горят, два дымят, два дурачатся, а ещё два куда-то делись»).
Тем не менее Convair В-36 прослужил до конца 50-х годов, когда были введены в строй новые реактивные бомбардировщики В-52. Параллельно Convair –ру создавался бомбардировщик (), выполненный по схеме летающее крыло с четырьмя поршневыми двигателя и толкающими винтами. Однако, он так и не пошел в серию из-за многочисленных проблем с двигателями и планером.
Самолет-летающее крыло с толкающими винтами YB-35.
В последующие годы, вплоть до настоящего времени столь грандиозные проекты самолетов с толкающими воздушными винтами больше не создавались (хотя крупносерийные все же были). Но несмотря на то, что подавляющее большинство винтовых самолетов используют классические тянущие винты, интерес к этой теме не утрачен до сих пор (хотя конечно о массовости говорить не приходится).
Он просто постепенно переместился в специфические области авиационного дела, которые позволяют легче справляться с ее недостатками и извлекать определенную пользу из существующих преимуществ.
Советский экспериментальный самолет МиГ-8 «Утка».
Это, к примеру, различные экспериментальные самолеты, такие, как советский . Этот самолет был создан в 1945 году как опытный. На нем проводилась отработка шасси с передней опорой, изучались аэродинамические особенности и свойства стреловидного крыла, а также вопросы устойчивости и управляемости самолета, построенного по схеме «утка».
Летающая лодка Lake-La4-200 Buccaneer.
Летающая лодка Lake 270 turbo.
В наше время толкающие винты продолжают находить применение в легкой авиации, от дельталетов и небольших экспериментальных самолетов до летательных аппаратов, предназначенных для самостоятельной сборки. Достаточно широко известно семейство американских сверхлегких самолетов Quad City Challenger.
Массовый самолет легкой авиации Quad City Challenger II.
С середины 80-х годов некоторыми авиационными фирмами начата разработка гражданских самолетов легкого класса с турбовинтовыми двигателями, оборудованными толкающими винтами. Часть из этих проектов была запущена в серийное производство (в основном для деловой авиации).
Наиболее известен в этом плане итальянский самолет Piaggio P.180 Avanti. С 1986-го по настоящее время выпущено около 220 экземпляров и выпуск продолжается. С 1983 по 1995 год было построено также 53 самолета .
Самолет деловой авиации с турбовинтовыми двигателями Piaggio P.180 Avanti.
Самолет деловой авиации Beechcraft Starship.
Достаточно широкое применение толкающие винты нашли в , особенно бурно развивающейся в последнее десятилетие. Этому способствуют описанные выше их преимущества. Путем монтажа двигателя в кормовой части фюзеляжа освобождается место для полезного груза в носовой (чаще всего это разведывательное оборудование) и минимизируется вредное воздействие силовой установки на это оборудование.
Беспилотник MQ-9 General Atomics Predator B.
Кроме того с аэродинамической точки зрения толкающий винт способствует увеличению дальности и продолжительности полета, то есть улучшает крейсерские характеристики летательного аппарата.
Отдельно стоит упомянуть о летательных аппаратах с комбинированным винтовым движителем. То есть это самолеты, которые оборудованы одновременно как тянущим, так и толкающим винтами. Своего рода «» (или push-pull configuration в английском).
На таких самолетах каждый винт приводится отдельным двигателем. Двигатели чаще всего расположены друг за другом (тандем). Сами винты устанавливаются по осям, параллельным и максимально близко расположенным к продольной (или строительной) оси самолета (в идеале совпадающим с ней), если двигатели не расположены в отдельной выносной мотогондоле (как, например, на летающих лодках).
Интерес к таким самолетам появился еще перед Первой Мировой войной, никогда не достигал особых высот, но сохранился и до наших дней. В конструктивном смысле традиционно подразумевает два двигателя, один из которых (тянущий винт) расположен в носовой части фюзеляжа, а другой (толкающий винт) может иметь три варианта расположения (по сути дела как и у самолетов конфигурации push).
Первый вариант – в задней части короткого фюзеляжа, если самолет выполнен по аэродинамической схеме «утка». Второй – в задней части короткого фюзеляжа перед хвостовым оперением, если самолет выполнен по двухбалочной схеме. Третий – в хвостовой части обычного фюзеляжа за хвостовым оперением. Это базовые конструкции, но на их основе возможны различные вариации.
Для летающих лодок обычно есть только один (логичный) вариант – выносная гондола над фюзеляжем, в которой двигатели расположены друг за другом. Впрочем, такой вариант применялся и для некоторых тяжелых самолетов, таких, как бомбардировщик или пассажирский , у которых было по одной выносной гондоле под каждой консолью, или советского , два из восьми двигателей которого были вынесены в отдельную гондолу над фюзеляжем.
Пассажирский самолет Fokker F.32.
Бомбардировщик Farman F.221.
Самолет Farman F.222.
Самолет АНТ-20 «Максим Горький».
Главное преимущество схемы push-pull (тандем) – возможность использования на самолете двух двигателей без существенного увеличения сопротивления, как это было бы, если бы эти двигатели располагались бы по отдельности на крыле (рядом), так же по отдельности создавая каждый свою порцию сопротивления.
Кроме того при отказе одного из двигателей облегчается возможность управления самолетом, так как отсутствует разворачивающий момент, усложняющий управление обычного многодвигательного самолета.
Однако, есть у такой конфигурации и , аналогичный недостатку обычного тянущего винта и усиливающийся из-за наличия второго двигателя. Задний винт работает в сильно возмущенном потоке от переднего винта. В результате ощутимо снижается его эффективность, вплоть до 65% от эффективности тянущего винта.
Кроме того, если толкающий винт установлен в хвосте, то возможно проявление еще одного типичного его недостатка. При взлете-посадке существует опасность задевания лопастями о поверхность ВПП. Чтобы этого не происходило часто бывает необходимо принятие компромиссных решений: увеличение размеров шасси, укорочение лопастей и др. (упомянуто для push конфигурации).
Самолет Caproni Ca. 3 (музей американских ВВС В Дэйтоне).
В период Первой Мировой войны строились единичные экземпляры самолетов конфигурации push-pull за исключением, пожалуй, довольно удачного серийного итальянского двухбалочного бомбардировщика , который несколько не вписывается в традиционную конструкцию, так как имел три двигателя: два с тянущими винтами, расположенные на крыле и один с толкающим винтом – в задней части короткого фюзеляжа. Впрочем, сути дела это не меняло.
Советский экспериментальный истребитель И-12.
Голландский истребитель Fokker DXXIII.
В период между двумя мировыми войнами в основном разрабатывались единичные опытные проекты, такие как советский истребитель и голландский Fokker D XXIII. Достаточно много строилось летающих лодок такой конфигурации. Пожалуй, наибольший вклад в это внес немецкий авиаконструктор Клод Дорнье (Claude Honorе Desirе Dornier).
Летающая лодка Dornier Do J Wal в экспедиции (полет) Амундсена к Северному полюсу.
Летающая лодка Dornier Do 26.
Летающая лодка Dornier Do 18.
Летающая лодка Dornier Do X.
Самые известные его самолеты: Dornier Do J Wal ( 1922 год), Dornier Do 26 (1938 год), Dornier Do X (1929 год), Dornier Do 18 (1935-39 годы). Этот же авиаконструктор во время войны создал единственный в мире серийно выпускавшийся боевой самолет-истребитель с тандемными двигателями схемы push-pull Dornier Do 335 Pfeil (1944-45 годы).
Этот самолет так же был в числе первых в мире, оборудованных катапультируемым креслом летчика. Причина тому была та же, что и у SAAB J 21 – опасность попадания летчика под лопасти вращающегося толкающего винта при вероятном покидании самолета (авария). Всего было построено 37 экземпляров этого интересного самолета. (Добавлен видеоролик об этом самолете, составленный из кадров старой немецкой хроники).
Самолет Dornier Do 335 Pfeil.
https://youtube.com/watch?v=jK8ydLY5QHQ%3Frel%3D0%26showinfo%3D0
В настоящее время некоторые авиационные фирмы продолжают выпускать единичными экземплярами или малыми сериями самолеты конфигурации . Это, в основном, легкие пассажирские и транспортные самолеты, самолеты бизнес-авиации. Примером может служить аппарат американской компании Adam Aircraft Industries — (2002 год, двигатели поршневые) или американский легкий самолет . Не забыты и летающие лодки Dornier: пример —
Самолет легкой авиации Rutan Defiant.
Самолет Adam A500.
Всего с 1963-го по 1982 год было выпущено более 3000 экземпляров различных модификаций этого аппарата. С 1967 по 1975 год выпускалась и военная версия Cessna O-2 Skymaster (выпущено более 540 единиц.). Эксплуатация этих самолетов продолжается и по сей день. (После фото добавлено видео взлета Cessna 337 SuperSkymaster).
Самолет Cessna SuperSkymaster.
Военный самолет Cessna O-2 Skymaster.
https://youtube.com/watch?v=1BHNeIFI-8Q%3Frel%3D0%26showinfo%3D0
Самолет деловой авиации Adam A500.
Летающая лодка Dornier Do J Wal.
Аэроплан Curtiss Model D (реплика).
Самолет Royal Aircraft Factory F.E.2B
Привет, друзья!
Современный воздушный винт.
Итак, что такое воздушный винт? Как я уже говорил, это отдельная самостоятельная единица, а точнее целый лопастной агрегат. Он является движителем для аппарата, на котором установлен, то есть превращает мощность двигателя в тягу и, в конечном счете, в движение.
Человек уже давно проявлял внимание к винту. Первые теоретические свидетельства этого имеются еще в рукописях и рисунках Леонардо да Винчи. А практически его впервые применил (для метеорологических приборов) М. В. Ломоносов. Воздушный винт вначале устанавливался на дирижаблях, в последствии и по сегодняшнее время на самолетах и вертолетах при использовании поршневых и турбовинтовых двигателей. Применяется он также и на наземных аппаратах. Это так называемые суда на воздушной подушке, а также аэросани и глиссеры. То есть история его (как и история всей авиации :-)) длинна и увлекательна и еще, похоже, далеко не закончена.
Аэродинамическая сила (картинка из предыдущей статьи :-))
Все те же аэродинамические силы, тот же скос потока, только теперь уже подъемная сила становится тягой винта, заставляющей самолет двигаться вперед.
Есть, конечно, и свои особенности. Ведь воздушный винт (точнее его лопасти) по сравнению с крылом совершает более сложное движение: вращательное плюс поступательное движение вперед. И на самом деле теория воздушного винта достаточно сложна. Однако для принципиального понимания вопроса всего сказанного вполне достаточно. Остановлюсь только на некоторых особенностях.Замечу, кстати, что винты бывают не только тянущие, но и толкающие (такие, между прочим, стояли на самолете братьев Райт).
Пропеллер немецкого дирижабля SL1 (1911) диаметром 4,4 м.
Воздушный винт для траспортного самолета А400М.
Транспортный самолет А400М.
При вращении воздушного винта и одновременном его движении вперед, каждая его точка как бы движется по спирали, а сам винт как бы «ввинчивается в воздух», почти, как винт в гайку или шуруп в дерево. Аналогия очень даже существенная :-). Похоже на резьбу пары «болт –гайка». Каждая резьба имеет такой параметр, как шаг. Чем шаг больше, тем резьба как бы более растянута, и болт в гайку ввинчивается быстрее. Понятие шага существует и для воздушного винта. По сути дела это такое воображаемое расстояние, на которое передвинется вращающийся в воздухе винт при его повороте на один оборот. Для того, чтобы он «ввинчивался» быстрее, нужно, чтобы сила, его тянущая (тяга винта, тот самый аналог подъемной силы), была больше. Или же все, соответственно, наоборот. А этого можно достичь за счет изменения величины аналога угла атаки , который называется углом установки лопасти винта, или попросту . Понятие шага винта существует для всех видов воздушных винтов, для самолетов и для вертолетов, и принцип их действия вобщем-то одинаков.
Транспортник Кролевских ВВС Hercules C-4 на стоянке с винтами во флюгерном режиме.
Первые воздушные винты, стоявшие на аэропланах, имели фиксированный шаг. Но дело в том, что любой винт имеет такой параметр, как коэффициент полезного действия, который оценивает эффективность его работы. А она может меняться в зависимости от изменения скорости полета, мощности двигателя, да и лобовое сопротивление винта на это влияет. Вот для того, чтобы сохранить кпд на достаточной высоте была придумана (еще в 30-х года 20 в.) система изменения шага и появились винты изменяемого в полете шага (). Теперь, в зависимости от задаваемого летчиком режима полета, шаг винта может меняться. Кроме того обычно существуют еще два специальных режима. – для создания обратной тяги при торможении самолета на земле и , который используется при выключении (чаще аварийном) двигателя в полете. Тогда лопасти выставляются «по потоку», чтобы не создавать лишнего сопротивления полету.
Диаметр винта и его шаг – это основные технические параметры воздушного винта. Существует еще такое понятие, как крутка. То есть каждая лопасть по всей длинне слегка закручена. Это делается опять же для того, чтобы при одной и той же мощности лопасть создавала наибольшую тягу.
Американский экспериментальный самолет Bell X-22 с импеллерами 1966 г.
Французский экспериментальный самолет с импеллерами NORD 500 CADET. 1967 г.
1932 г. Италия. Экспериментальный самолет с импеллером «Летающая бочка»
Современные винты вообще достаточно разнообразны по своей конструкции. Количество лопастей может меняться ( в среднем от 2 до 8). Воздушный винт может быть как тянущим, так и толкающим. Винт по- другому еще называется . Это устаревшее название и происходит от латинского prōpellere, что значить гнать, толкать вперед. Однако сейчас еще одно слово вошло в употребеление. Это слово . Оно означает «крыльчатка» и обозвали им определенный тип воздушного винта, заключенного в кольцевую оболочку. Это позволяет повысить эффетивность его работы, снизить потери и увеличить безопасность. Однако такого рода летательные аппараты находятся только лишь в стадии экспериментальной разработки.
Основной скоростной диапазон применения винтов ограничен скоростями 700-750 км/ч. Но даже это достаточно большая скорость и для обеспечения устойчивой и эффективной работы во всем диапазоне применяются различные технические ухищрения. В частности разрабатываются многолопастные винты с саблевидными лопастями, ведется работа над сверхзвуковыми винтами, применяются вышеуказанные импеллеры. Кроме того уже достаточно давно применяются так называемые винты, когда на одной оси вращаются два воздушных винта в различных направлениях. Примером самолета с такими винтами может быть самый быстрый самолет с турбовинтовыми двигателями российский стратегический бомбардировщик . Его скорость (макс.) 920 км/ч.
Стратегический бомбардировщик ТУ-95.
3 свойства винта, из-за которых самолет «уносит».
Реактивный момента винта
Винт, вращаясь в одну сторону, создает момент, стремящийся повернуть (накренить) самолет в противоположную сторону. Так, винт левого вращения создает момент в сторону крена вправо. Это сказывается весьма заметно на маневренности самолета. Именно, самолет с винтом левого вращения совершает развороты, перевороты и бочки вправо гораздо легче и быстрее, чем влево, так как реактивный момент винта помогает повороту вправо и противодействует повороту влево. С винтом правого вращения картина будет обратная.
Этот же реактивный момент винта является одной из причин неуправляемого разворота самолета в начале разбега. Например, реактивный момент винта левого вращения создает на правое колесо шасси большее давление, чем на левое. Это вызывает большее трение у правого колеса и, следовательно, стремление самолета развернуться вправо: Винт правого вращения вызывает разворот влево.
Закручивание струи винта
На разворот самолета влияет еще закрученная струя от винта, которая обдувает хвостовое оперение несимметрично, преимущественно с одной стороны. Например, струя от винта левого вращения бьет по рулю направления справа и стремится таким образом развернуть самолет вправо, т. е. в ту же сторону, в какую поворачивает и реактивный момент.
Гироскопический момент винта
Известно, что всякое быстро вращающееся тело стремится, как волчок, сохранить направление своей оси вращения неизменным (например, горизонтальным) и противодействует всякой попытке отклонить эту ось.
При этом если заставить ось вращения наклониться в какую-либо сторону, например вверх или вниз, то она не просто будет противодействовать этому отклонению, а будет уходить в направлении, перпендикулярном произведенному воздействию, т. е. в данном случае вправо или влево. Это и называется гироскопическим моментом. В частности, гироскопический момент вращающегося воздушного винта выражается в следующем. Если самолету с винтом левого вращения дать наклон вниз (ручку от себя), то гироскопический момент винта будет стремиться создать поворот вправо, при взятии ручки на себя — поворот влево. У разных самолетов и на разных оборотах этот эффект может быть более или менее заметен.
В начале разбега, при подъеме хвост самолета наклоняется вниз, и тогда гироскопический момент винта левого вращения стремится развернуть самолет вправо, а при винте правого вращения — влево.
Таким образом выходит, что все три причины разворота — реактивный момент, действие струи и гироскопический момент винта — всегда действуют в одну сторону: при винте левого вращения разворачивают самолет вправо, а при винте правого вращения — влево. Однако действие этих факторов сказывается только в начале разбега, когда поступательная скорость мала и рули еще неэффективны. При увеличении скорости киль и руль направления легко преодолевают стремление самолета к развороту. Обычно киль самолета несколько смещен от оси симметрии самолета, и поэтому в горизонтальном полете летчик почти не ощущает разворачивающего эффекта винта