Принципът на действие на витлото. Теорията на витлото: от първите витла до ефективните агрегати на бъдещето. Характеристики на витлата

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

На пръв поглед всичко е просто за теоретика. Взимате външните и дроселните характеристики на двигателя и семейството от аеродинамични характеристики на наличните в търговската мрежа витла, като използвате последните, за да изградите семейство от графики на необходимата мощност в същите координати като външните характеристики на двигателя. След това в желания скоростен режим намирате пресечната точка на графиките - и получавате оптималното витло. Всичко в живота е по-сложно. Ако с дължимата грижа външните характеристики на двигателя все още могат да бъдат измерени на стенд, тогава характеристиките на издухване на моделни витла са малко вероятни. Компаниите за модели, дори и големите, също не ги дават. Решението се предполага, че е следното: основните параметри се приемат като общоприети или препоръчани от производителя на двигателя и след това последователно се приближават в посоката, желана от дизайнера. За да направите това, трябва поне качествено да разберете как определени конструктивни параметри влияят върху характеристиките на витлото. Това ще бъде обсъдено допълнително.

Нека започнем с основните принципи на теорията на винта, като вземем от нея само няколко формули:

Тяга на витлото

Необходима мощност за въртене на перката

Относително изпреварване на витлото

Коефициент на тяга на витлото

Фактор на мощността на витлото

Плътност на въздуха

Скорост на витлото

Диаметър на винта

Скорост на самолета

Няма да приемаме повече формули, в противен случай много хора няма да се интересуват.

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

Моля, обърнете внимание, че относителната стъпка е безразмерна величина и е равна на единица при скорост на полета 1 m/sec, скорост на витлото 60 rpm и диаметър 1 метър. Сега трябва да обясним защо графиката изглежда така. При нулево задвижване коефициентът на полезно действие е нулев, защото витлото не върши никаква работа - самолетът стои на едно място. При стъпка 1,6 това витло също не върши никаква работа, защото стъпката му е такава, че лопатките се движат с нулев ъгъл на атака (т.е. перпендикулярно на потока) и не генерират никаква тяга. За винтове с различна стъпка обща формаграфиката е същата, но е пропорционално компресирана (с по-малка стъпка) или разтегната (с по-голяма стъпка) по оста. Когато плъзгането е 20-30% (за даден винт в зоната = 1,1 - 1,4), ефективността на винта е максимална и може да достигне стойност от 0,8. Това е най-изгодната зона по отношение на използването на мощността на двигателя. Интересно е, че в този регион ефективността се променя незначително, т.е. когато скоростта намалява в този диапазон, тягата се увеличава пропорционално, което има положителен ефект върху стабилността на полета в скоростта. Когато плъзгането е по-малко от 15 - 20%, КПД-то започва рязко да пада, защото ъгълът на атака на лопатката намалява и съответно лопатките на витлото падат и тягата му намалява. В диапазона на относителното изпреварване от 0 до 0,9 ефективността на витлото зависи почти линейно от скоростта, което показва почти постоянната му тяга!!! Тези. Противно на общоприетото схващане, тягата на правилно избрано витло по време на полет може да бъде доста точно определена от статичната тяга с малки корекции. Ако погледнете тази част от графиката по-точно, тя е малко изпъкнала в лявата половина. Това се случва, защото тягата на витлото намалява леко с намаляване на скоростта поради увеличаване на натоварването на витло B (вижте формулата, където скоростта е в знаменателя, а също и на квадрат). Типична зависимост, когато B се променя от нула до 10, изглежда така:

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

Сега за това какво е правилно избран винт. Да се върнем към графиката на ефективността. Ако върху него начертаете семейство винтови графики, различаващи се само по стъпка, тогава те ще приличат на съществуващото, но компресирани или разтегнати по оста, както беше споменато по-горе. Вярно е, че максималната ефективност също намалява с намаляване на стъпката. Максималната стойност от 0,8 се получава, ако оптималното плъзгане на винта пада върху относително напредване от около единица. Това е един от критериите за правилно подбран винт.

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

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

Най-лошата позиция е за моделите с таймер. Там двигателят се върти до 30 000 об/мин, а скоростта на издигане на самолета е ниска. При много малък диаметър на винта, натоварването на винта е ужасно. В контекста на казаното много правдоподобно звучи забележката на Е. Вербицки, посочена в V брой на МЗ за 1999 г. В него се казва, че според неговите изчисления "...конвенционалните витла F1C с диаметър 180 mm при скорост на въртене 28 000 rpm имат ефективност от около 40%. Чрез намаляване на скоростта до 7 000 с помощта на скоростна кутия, като същевременно се увеличава диаметърът витломожете да увеличите ефективността на винта до 80%." Авторът на този материал е получил същите резултати.

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

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

При ниски скорости на полет с високоскоростни двигатели намаляването на стъпката и увеличаването на диаметъра на витлото не е неограничено. Когато ъгълът на атака на перката е по-малък от най-благоприятния по протежение на полярността на даден профил, тягата на един елемент намалява по-бързо, отколкото се увеличава стреловидната площ на витлото. Тези. за бавен полет има минимална стъпка, отвъд която е възможна оптимизация на инсталацията витло-мотор изключително чрез скоростната кутия.

Какви изводи могат да се направят от горните пространни разсъждения?

Първо- правилно избраното витло ще осигури на пилотажа приблизително постоянна максимална тяга в широк диапазон от скорости на полета, започвайки от излитане.

Второ- съществуващите модели двигатели, поради своите високоскоростни външни характеристики, не позволяват бавен пилотаж модерни тенденции F3A използва витла с добра ефективност. Между другото, от това заключение следва мнението, широко представено в статиите на Министерството на земеделието и химията за значението на кубатурата на двигателя, а не неговата мощност, за пилотажни и тренировъчни модели, по-специално от авторите А. Соколов и Д. Дмитриев.

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

И последното нещо е за витлата с променлива стъпка. При акробатични модели използването им е непрактично. VIS, разбира се, ще позволи увеличаване на тягата при ниски скорости поради по-висока ефективност, но това увеличение не е необходимо там. В допълнение, това увеличение ще бъде по-малко от теоретичното поради аеродинамичното усукване на перката. За разлика от витлата на хеликоптера, витлата на самолета имат прилично количество усукване, което е оптимално само при една стъпка. В голямата авиация VIS е широко разпространен главно за осигуряване на висока ефективност на двигателния блок, което не играе роля за моделите.

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

съотношението на полезната мощност, изразходвана за преодоляване на съпротивлението при движение на самолета, към мощността на двигателя
N: (η) = PV/N
(P - , V - транслационен).
При такива скорости на полет, когато върху лопатките на витлото не възникват локални свръхзвукови потоци, основните загуби са свързани с индуктивно съпротивление (индуктивни загуби) и профилно съпротивление. Индуктивните загуби са минимални, ако витлото създава скоростно поле зад себе си, което съвпада с твърдата спирална повърхност, описана от витлото. движейки се със скорост на стълба по посока на оста си. Това или близко до него скоростно поле се осигурява чрез подходящ избор на разпределението на циркулацията на скоростта по дължината на лопатката (т.е. изборът на форма на лопатката).
При високи дозвукови скорости на полет, когато върху лопатката се образуват зони със свръхзвуков поток, затворени от ударни вълни, загубите на вълни стават значителни. Ефективен начинза намаляване на загубите на вълни е използването на профили с възможно най-високи стойности на критичните числа на Мах и суперкритичните профили, както и огъване на острието назад (саблени остриета), подобно на стреловидно крило. Огъването напред (обратно движение) тук няма ефект поради увеличаването на относителната скорост на потока с увеличаване на радиуса и изместването на задната ударна вълна към задния ръб. С увеличаване на полетното число на Мах (η) на витла с широки състезателни саблевидни лопатки (вентилатори на витла) намалява значително по-малко от (η) на витла с конвенционални тесни лопатки, въпреки че индуктивните загуби са същите.

Авиация: Енциклопедия. - М.: Велика руска енциклопедия. Главен редакторЛИЧЕН ЛЕКАР. Свищов. 1994 .

Вижте какво е „ефективност на витлото“ в други речници:

ефективност на витлото Енциклопедия "Авиация"

ефективност на витлото- ефективност на витлото съотношението на полезната мощност, изразходвана за преодоляване на съпротивлението при движение на въздухоплавателното средство, към мощността на двигателя N: η = PV/N (P тяга на витлото, V скорост на движение ... Енциклопедия "Авиация"

ефективност на витлото- ефективност витло Безразмерна величина, характеризираща се с отношението на ефективната мощност на витлото към мощността на витлото. [GOST 21664 76] Теми: витла на самолетни двигатели Синоними ефективност. винт... Ръководство за технически преводач

въздушно витло Енциклопедия "Авиация"

въздушно витло- Ориз. 1. Схеми на витлото. задвижващо устройство с лопатка на витлото за преобразуване на въртящия момент на двигателя в тяга на витлото. Монтира се на самолети, роторкрафт, моторни шейни, кораби на въздушна възглавница, екраноплани и др.V. V … Енциклопедия "Авиация"

- (витло), устройство за задвижване с лопатки, което преобразува мощността на двигателя (въртящия момент) в тяга, необходима за движението напред на самолети, моторни шейни, планери и кораби на въздушна възглавница. Има дърпащи витла -... ... Енциклопедия на техниката

авиация Енциклопедия "Авиация"

авиация- Ориз. 1. Промяна в намалената „вредна“ зона на маневрените изтребители през годините. авиация (фр. aviation, от лат. avis птица) е широко понятие, свързано с полетите в атмосферата на летателни апарати, по-тежки от въздуха. А. включва необходимите технически... ... Енциклопедия "Авиация"

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

Витлото действа като задвижващо устройство в такива въздухоплавателни средства като самолети, автожири, автожири, моторни шейни, кораби на въздушна възглавница, екраноплани, както и хеликоптери с турбовитлови и бутални двигатели. За всяка от тези машини винтът може да изпълнява различни функции. В самолетите се използва като основен ротор, който създава тяга, а в хеликоптерите осигурява повдигане и рулиране.

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

Докато лопатките на витлото се въртят, те улавят въздух и го изхвърлят в обратната посока на полета. В предната част на витлото се създава намалено налягане и зона с високо налягане. Отхвърленият въздух придобива радиална и периферна посока, поради което част от енергията, която се подава към витлото, се губи. Самото завихряне на въздушния поток намалява рационализацията на устройството. Селскостопанските самолети, работещи в полета, имат лоша равномерност на химическата дисперсия поради потока от витлото. Подобен проблем се решава в устройства, които имат коаксиално разположение на винта; в този случай компенсацията се осъществява чрез работата на задния винт, който се върти в обратна посока. Подобни витла са инсталирани на самолети като Ан-22, Ту-142 и Ту-95.

Технически параметри на лопатковите витла

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

Параметри на винта:

Диаметърът на обиколката на витлото е размерът, който описват върховете на лопатките, докато се въртят.

Походката на витлото е действителното разстояние, изминато от витлото за един оборот. Тази характеристика зависи от скоростта и оборотите.

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

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

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

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

Предимства и недостатъци на витлата

Ефективността на витлата на съвременните самолети достига 86%, което ги прави търсени в самолетостроенето. Трябва също да се отбележи, че турбовитловите са много по-икономични от реактивните самолети. Все пак винтовете имат някои ограничения както в работата, така и в дизайна.

Едно от тези ограничения е „ефектът на заключване“, който възниква, когато диаметърът на винта се увеличи или когато се добави броят на оборотите, а тягата от своя страна остава на същото ниво. Това се обяснява с факта, че върху лопатките на витлото се появяват зони със свръхзвукови или трансзвукови въздушни потоци. Именно този ефект не позволява самолетс витла достигат скорости над 700 км/ч. В момента най-бързият автомобил с витла е домашният модел на далечния бомбардировач Ту-95, който може да развие скорост от 920 км/ч.

Друг недостатък на витлата е тяхното високо ниво на шум, което се регулира от световните стандарти на ICAO. Шумът от витлата не отговаря на стандартите за шум.

Съвременни разработки и бъдещето на самолетните витла

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

По този начин беше възможно да се избегне блокиращият ефект поради използването на мощен турбовитлов двигател от типа NK-12, който предава мощност на две коаксиални витла. Ротацията им в различни странини позволи да заобиколим блокирането и да увеличим сцеплението.

На витлата се използват и тънки саблевидни лопатки, които имат способността да удължават кризата. Това ви позволява да постигнете по-високи скорости. Този тип витло е инсталирано на самолет тип Ан-70.

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

Обграждането на витлото в пръстен - работно колело - е обещаваща посока на развитие, тъй като намалява потока на върха около лопатките и нивото на шума. Това също подобри безопасността. Има някои самолети с вентилатори, които имат същия дизайн като работното колело, но са допълнително оборудвани с устройство за насочване на въздушния поток. Това значително повишава ефективността на витлото и двигателя.

М. Маслов

В края на 30-те години на нашия век ограничени възможностивитлото предизвика трудности при решаването на проблема с по-нататъшното увеличаване на скоростта на полета за самолети с бутални двигатели. Увеличаването на мощността на самолетните двигатели и по-специално увеличаването на тяхната надморска височина със съществуващите конструктивни ограничения върху диаметъра на витлата доведе до необходимостта от увеличаване на броя на лопатките на витлата, както и тяхната работна повърхност. възможни вариантиЗа да се получи по-ефективно задвижване на витлото, коаксиалните витла започнаха да привличат вниманието на дизайнерите.

Елементарни съображения подтикнаха дизайнерите да мислят за предимствата на винтовете, въртящи се в противоположни посоки. Общият реакционен момент на такива витла беше нула, в резултат на което нямаше нужда от аеродинамични компенсатори. По време на извит полет жироскопичният момент беше елиминиран, което увеличи маневреността. Въздушният поток, усукан от предното витло, беше изправен от задния, което създаде възможност за повишаване на ефективността. Освен това изправеният поток осигурява симетричен поток около самия самолет, което е много благоприятно за подобряване на управляемостта по време на излитане и кацане. Естествено, тези съображения трябваше да бъдат потвърдени от експериментални данни.

Трябва да се отбележи, че интересът към коаксиалните витла е проявен толкова години, колкото са извършвани пилотирани полети. Братята Райт също инсталираха противоположно въртящи се витла на първия си самолет, за да премахнат реактивния момент на витлото. През 1918 г. в лабораториите на Станфордския университет в САЩ са проведени изследвания (далеч не единствените) на двулопатни коаксиални витла. Резултатите от тези изследвания не бяха обещаващи, тъй като се оказа, че ефективността на такава витлова система е малко по-ниска от тази на едно двулопатно витло. Направен е изводът (който се потвърждава във всички следващи изследвания), че при двигатели с ниска мощност, т.е. при ниски относителни натоварвания на лопатките коаксиалните витла нямат предимство. Изследванията по този въпрос бяха спрени за повече от 10 - 15 години,

Конструкторите на самолети през този период използват противоположно въртящи се витла, с помощта на които основно се стремят да премахнат реакционния момент и да увеличат стабилността на самолета чрез подобряване на въздушния му поток. Това се отнася предимно за летящите лодки Dornier Val, Do-18, Short Singapore и Loire-Nuopor. Очевидно строгите изисквания към хидропланите доведоха до факта, че за първи път възможностите на коаксиалните витла бяха триумфално демонстрирани именно на хидроплан - италианския Macchi-Castoldi M-7 2.

Този самолет е построен специално за международни състезания за Купата на Шнайдер, където често се поставят световни рекорди за скорост.Характеристика на състезанията е участието в тях изключително на хидроплани и това са предимно двупоплавъчни машини. Пилотите, участващи в тези състезания, трябваше да излитат под прав ъгъл спрямо вятъра, тъй като небалансираният въртящ момент на едно витло принуди противоположния поплавък да се потопи във водата, което доведе до пълно завъртане на 90° спрямо посоката на вятъра. Ясно е, че подобна маневра беше трудна за изпълнение и представляваше значителна опасност. Очевидно именно този недостатък е принудил конструктора Map и O Castoldi да използват коаксиални витла на своя M-72. В процеса на създаване на машината проучванията показват, че може да се очаква значително увеличение на скоростта. И въпреки че въртенето на витлата не беше синхронизирано (всяко витло се въртеше от отделен двигател и почти винаги имаше известна разлика в скоростта), успехът беше постигнат. През 1934 г. Macchi-Castagoldi M-72 поставя световен рекорд за скорост от 709 км/ч, който остава до 1939 г.

От този момент нататък интересът към коаксиалните витла се подновява. Появиха се редица прототипи на самолети, върху които бяха тествани теоретичните изследвания в тази област. Най-интересна сред тези машини е холандската Kolhoven FK .55 (фиг. 1), демонстрирана на Парижкото въздушно изложение през 1936 г. Но нито FK .55, нито други подобни самолети получават развитие. Сложността и голямото тегло на скоростната кутия с наличната мощност на двигателя все още не обещават забележими печалби.

Едва в разгара на Втората световна война, когато мощността на самолетните бутални двигатели се увеличи до 2000 к.с. с. и повече, проектите за коаксиални витла започнаха да се прилагат в дизайна на самолети. Английската компания Rotol, която създава прототип през 1942г електроцентралас коаксиални витла, до края на войната оборудва изтребителя Seafire. Подобни инсталации с успеха на Dust бяха тествани на два други опитни британски изтребителя: MV-5 и Hawker Tornado. В САЩ през същия период коаксиалните витла се използват на експериментални самолети XP-75, XF - 14C и XB-4 2. Успехът обаче закъсня, тъй като триумфалният възход газотурбинен двигател, обещавайки много по-високи скорости на полета, значително стесни възможностите за използване на витла като цяло.

От този момент, т.е. От средата на 40-те години коаксиалните витла намират приложение в пътнически и транспортни самолети. След като получиха прераждане с развитието на турбовитлови двигатели, такива витла се използват успешно и до днес.

Продължавайки повдигнатата тема, трябва да опишем работата в тази посока, извършена в СССР.

Сред съветските конструктори Александър Москалев е един от първите, които използват коаксиални витла. През периода 1933 – 1934г. OKB Moskalev съвместно с катедрата по аеромеханика на Воронеж държавен университетзапочна разработването на нови аеродинамични конфигурации с цел постигане на високи скорости на полета. В резултат на това беше намерена най-подходящата посока в оформянето на външния вид на самолета.

Проектът, обозначен като "Sigma" (фиг. 2), представлява дизайн на стилизирано триъгълно "летящо крило" с много ниско съотношение на страните (по-малко от едно). Самолетът трябваше да бъде оборудван с два двигателя Hispano-Suiza 12 YBRS с коаксиални противоположно въртящи се витла. Като италианеца Марио Кастолди на неговия MK-72. Москалев се стреми преди всичко да премахне реактивния въртящ момент на витлото и да подобри управляемостта, а също така може да постигне рекордна скорост на Сигма. През ноември 1934 г. проектът е завършен и изпратен в Москва, в Главното управление на авиационната индустрия, за разглеждане. Идеята обаче изглежда твърде необичайна, проектът се счита за преждевременен и е архивиран. Впоследствие авторът успя да реализира подобен самолет с двигател с ниска мощност, но не се стигна до точката на използване на коаксиални витла.

През 1936 г. началник на авиоинженерния отдел във Военновъздушната академия. Н. Е. Жуковски Виктор Болховитинов, доволен постигнат успехпри създаването на тежък бомбардировач с четири двигателя DB-A се решава проблемът за създаване на високоскоростен бойни самолети. От много варианти на оформление той избира схема с два двигателя M-103, монтирани един след друг (тандем) с предаване към коаксиални витла.За да реши този проблем, той проектира сдвоена инсталация на двигатели с последващо тестване на стенд. Стендовите тестове дават обнадеждаващи резултати, така че през 1937 г. под ръководството на Болховитинов е разработен проект за високоскоростен бомбардировач с малък обсег, който получава индекса „C“ (има няколко варианта за дешифриране на индекса: „Сталин“ , “Спарка”, “Спартак”). Първоначално това е самолет с една опашка с различни приложения и въоръжение. Представените диаграми показват точно първите чертежи на самолета "С" (фиг. 3).

Основни данни: размах на крилата 1 = 5,63 m; площ на крилото S = 32,5 m g; удължение X = 0,975; полетно тегло C, – 3080 kg; двигатели 2 x 124V75; = 1000 км/ч; v^, = 125 км/ч

Впоследствие беше решено опашката на превозното средство да бъде двукилова.В тази форма "C" е построен през 1938 г. Инсталацията на витлов двигател на това превозно средство е показана на фиг. 4.

Проведените тестове показаха жизнеспособността на електроцентралата, но получените данни за полета не задоволиха военните. Максимална скорост„C” на височина 4600 м беше 570 км/ч, което не беше лошо, но скоростта на излитане и кацане също беше висока. Беше признато, че самолетът не може да издържи тестовете и дизайнерът беше помолен да започне да подобрява машината. През 1940 г. Болхо-Витинов продължава да работи върху своето въображение, по-специално върху подобряването на характеристиките му за излитане и кацане и възможното инсталиране на по-мощни двигатели.Наред с други неща, той упорито търси нови дизайни и оформления.

В периода от края на 1940 - началото на 1941 г. решението на проблема с коаксиалните витла става

по-подходящи. Учените от ЦАГИ активно работят в тази област. Наред с теоретичната работа за определяне на аеродинамичните характеристики на коаксиалните витла, в аеродинамичния тунел TsAGI T-5 се провеждат практически експерименти.

Въпреки това, дори преди края на изследването и получаването на резултатите, се появяват проекти за самолети, в които действително може да бъде въплътена изучаваната идея.Дори далеч от "земните" проблеми, конструкторското бюро Bsriev, специализирано в машини за хидроавиация, разработи през 1940 г. проект за такъв самолет, обозначен с В -1 0 (фиг. 5). 1 5 февруари 1940 г. Берисв се обръща към Народния комисариат на авиационната промишленост до заместник-народен комисар А. С. Яковлев с молба да разгледа предложението му и да го включи в работния план на авиационната индустрия за 1940-1941 г. Идеен проект B-10 беше прехващач или пикиращ бомбардировач, изработени по двукорпусен белодробен дизайн. Самолетът трябваше да бъде оборудван с два двигателя M-107, задвижвани от коаксиални тласкащи витла. Подобна схема, използваща ламинарен профил на крилото NACA 23012, даде проектна скорост от 8 1 8 km/h. Проектът имаше следните основни данни:

Обхват, m…1 3.0

Дължина, m…1 1260

Площ на крилото, m...26.0

Полетно тегло, kg…ZY70

Практичен таван, м... 10000

Обхват, km...1 000 (0,9 Nm, ix |.

В заключението на GUAS KA (Главна дирекция за снабдяване на Червената армия) по проекта B-10 се посочва, че проектът е съвсем реален и може да бъде изпълнен. Въпреки това, тъй като Berisv вече имаше задание за катапултния корабен разузнавателен самолет KOR-2, беше счетено за препоръчително да се прехвърли развитието на проекта на Bolkhovnt.pyuv, който по това време вече имаше опит в тази област и действително летеше на Самолет "C".

В конструкторското бюро на Болховитинов тази машина получи обозначението "I". Развитието се извършва до пролетта на 1941 г. Трябваше да преодолеем голям бройтрудности от конструктивен и технологичен характер. Неочаквано препятствие обаче спира развитието на машината. На 25 април 1941 г. Болховитипон е извикан на среща със заместник-наркома на авиационната промишленост Баландин. Директор присъства на срещата моторен заводЛаврентиев и главен конструкторДвигателите на Климов съобщиха за невъзможността да се създадат хитри двигатели M-107P.

Основната причина за неуспеха е прекомерното форсиране на M-107P; смяташе се, че на този пренапрегнат двигател, когато се монтира удължен вал при работни скорости, може да възникне опасен резонанс, който да доведе до разрушаване на конструкцията.В допълнение, заводът имаше огромен план за производство на двигатели , и извърши сложна работа по фина настройка на М-двигателите 105, М-107, М-1 20. Притиснат в ъгъла, Болховитинов беше помолен да избере всеки друг тип двигател от наличните в страната и да преработи проекта си за него. След размисъл конструкторът избира дизеловия двигател М-4 0, който, въпреки че е тежък, харчи наполовина по-малко гориво.

Промяната на двигателя доведе до промяна в целия проект. Предварителните проучвания, проведени през май - юни 1941 г., върнаха конструктора към схемата "С". Освен това, след като се интересува от характеристиките на М-4 0, Болховитинов разработва проект за четиримоторен бомбардировач с тандемна двигателна инсталация. Избухването на войната обаче не позволи тази работа да продължи.

Около средата на 1941 г. бяха завършени изследванията на коаксиални витла в TsARI, което позволи да се направят следните заключения.

1. Ефективността на коаксиалните витла при големи относителни стъпки (голяма стъпка на витлото, т.е. голяма стъпка съответства на висока скорост на полета) е с 2–4% по-висока от ефективността на едно от единичните витла на комбинацията.

2. В режим на излитане при ъгли на лопатките, по-малки от 35°, ефективността на коаксиалните витла е малко по-ниска от ефективността на единичните витла. При високи стойности на фактора на мощността тягата на коаксиалните витла в режим на излитане е по-голяма от тягата на единични витла с покритие (еквивалентна работна повърхност), равно на общото покритие на коаксиалните витла.

3. За да може мощността на предното и задното витло да бъде еднаква при постигане на максимална ефективност, ъгълът на монтаж на лопатките на задното витло трябва да бъде с 1 -1,5° по-малък от ъгъла на монтаж на предното витло.

4. Промяната на разстоянието между винтовете на комбинацията в границите, разрешени от съображения за проектиране (в рамките на ширината на лопатките) няма забележим ефект върху стойността на ефективността,

По време на войната обаче резултатите от изследванията не бяха приложени на практика. След завършването му от заловени немски архиви стана известно, че в Германия в периода 1941-19 4 2 г. са извършени обширни изследвания на коаксиални витла в аеродинамичния тунел на института DVL, които на практика съвпадат със съветските изследвания. Те съвпаднаха и със заключенията на американските учени от NACA, но, както вече споменахме, дойде времето на реактивната авиация.

И все пак противоположно въртящите се винтове са намерили приложение. В началото на 50-те години дизайнерското бюро на Туполев, в търсене на увеличаване на обхвата, като същевременно се запази висока оценкасъздава скорост стратегически бомбардировачТу-95. Тази изключителна машина, която по-късно беше трансформирана в пътническия Ту-114, лети и до днес. Четирите двигателя НК-12, монтирани на Ту-95, проектирани от Н. Кузнецов, развиват мощност от 15 000 к.с. Тоест всеки от тях върти коаксиални витла. Най-мощната електроцентрала в комбинация с такива витла позволява на Ту-95 да лети със скорости, значително по-високи от скоростта на други самолети с турбовитлови двигатели. Впоследствие тази електроцентрала беше успешно използвана на друг съветски самолет - гигантския транспортен самолет Ан-2 2.

В наши дни идеята за коаксиални витла е въплътена в създаването на витлови двигатели.

Витлото създава тяга във въздуха, действайки върху него като крило. Крилото на самолета обикновено се движи транслационно, докато лопатката на витлото се движи както транслационно, така и ротационно. Лопатката на витлото е с форма на удължен правоъгълник, чийто един размер е значително по-малък в сравнение с другия, въртящ се с ъглова скорост Уотносно оста х - х(фиг. 4.1), минаваща през единия ръб на този правоъгълник. Равнината на правоъгълник оставя някакъв ъгъл йс равнината на въртене, също се движи транслационно по посока на оста на въртене със скорост V.Рязане на острието с радиус цилиндър r,чиято ос съвпада с ос Х;получаваме удължен правоъгълник в напречно сечение. Тъй като ширината на острието обикновено е малка в сравнение с дължината му, участъкът от цилиндъра се заменя с участък, близък до тях, но удобен за рисуване, от участък от допирателната равнина към цилиндъра и перпендикулярна на оста на острие (фиг. 4.1).

Тъй като острието извършва сложно движение - транслационно и ротационно, е необходимо да се добавят тези две движения. Геометрична сума на скоростта на въртене по периферията U = Wr,и скорост напред (скорост на полета) V,(фиг. 4.2) дава вектора У(скорост на въздушния поток спрямо профила на сечението). Ако вземем друго сечение от равнина, допирателна към цилиндър с по-малък или по-голям радиус, тогава компонентната скорост Vостава същата, а периферната скорост Wrще бъде по-малко или повече; последният се променя по линеен закон, като става равен на нула по оста на винта.

Тъй като острието е взето плоско, ъгълът йпри всички радиуси ще бъде еднакъв, а ъгълът β , наречен ъгъл на притока на потока към секцията, ще бъде различен при различни радиуси поради променливата периферна скорост на въртене W r. Следователно, с намаляващ радиус rъгъл β увеличава и ъгълът а=φ-β намалява и може да стане нула или дори отрицателна.

Витлата се делят на витла с фиксирана стъпка (FPP) и витла с променлива стъпка (VPP).

Витлото преобразува въртящия момент на турбовитловия двигател или витлото в тяга. В този случай възникват загуби, оценени чрез коефициента на полезно действие (КПД) на витлото.

Фиксираният пропелер се характеризира с постоянен ъгъл на монтаж на лопатките. Структурно това витло има втулка, в която са здраво закрепени лопатките, които предават тяга към него и също така получава въртящ момент от вала на двигателя към витлото.

ВИС се състои от лопатки, втулка с механизъм за въртене на лопатките и устройства, които осигуряват надеждната му работа. За управление на витлото има автоматично и ръчно оборудване.

За витлата се прилагат следните изисквания:

Висока ефективност;

За VIS - промяна на ъгъла на монтаж на лопатките в диапазон, който осигурява лесно стартиране на двигателя; минимална положителна тяга на витлото в режим на празен ход; максимална отрицателна тяга по време на движение и минимално съпротивление на лопатките в оперено положение; автоматична промяна на ъгъла на монтиране на лопатките в зависимост от режима на полет на самолета и работата на двигателя със скорост на въртене най-малко 10 ° / s;

Минимални стойности на реактивни и жироскопични моменти;

Конструкцията на витлото и регулатора на скоростта трябва да има автоматични защитни устройства, които ограничават произволния преход на лопатките на витлото до малки ъгли на монтаж и предотвратяват появата на отрицателна тяга по време на полет;

Защита на лопатките и обтекателя на главината на витлото от заледяване;

Достатъчна здравина с ниско тегло, баланс и минимален шум.

Основните характеристики на витлото обикновено се разделят на геометрични, кинематични и аеродинамични.

4.2. ГЕОМЕТРИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ВИНТА

Геометричните характеристики включват: диаметър двитло, брой лопатки, форма на лопатките в план, дебелина ° С, разделен акорд bи ъгли на монтаж на секциите на лопатките. Диаметър на винта (D=2R)определя окръжността, описана от краищата на лопатките, когато витлото се върти спрямо оста си (фиг. 4.3). Диаметърът е най-важната характеристикавинт, тъй като той основно определя неговите характеристики на сцепление.

Диаметърът е избран от аеродинамични съображения и е съобразен с възможността за поставяне на перката върху самолета. Диаметрите на съвременните винтове варират от 3m до 6m.

Големите диаметри на винтовете водят до ниска ефективност. поради възможността за възникване на свръхзвукови скорости в крайните секции на лопатките, а също така усложняват разположението на двигателя на самолета. Малките диаметри не позволяват зададеният въртящ момент на двигателя да се преобразува в необходимата тяга.

Ако отрежете острието на определен радиус rцилиндрична повърхност, имаща надлъжна ос, съвпадаща с оста на въртене на витлото, тогава изрязаният отпечатък се нарича сечение на лопатката. Този участък има криловиден профил. Частта от острието, разположена между два радиуса ( rИ r+Δ r), е лопатков елемент с площ ΔS =bΔr.Тук и по-долу вместо дъгообразни участъци се разглеждат плоски.

Съотношение на текущия радиус на сечението rкъм радиуса на винта Рнаречен относителен радиус =r/R.Радиусът на празната част на лопатката, заета от главината, е означен с r 0. И 0 = r 0 /R.

За да преобразува въртящия момент на двигателя в тяга с минимален диаметър, витлото има няколко лопатки. Съвременните театрални двигатели обикновено имат витла с четири лопатки. Повече остриета намаляват ефективността. При мощни театрални двигатели вместо увеличаване на броя на лопатките се използват коаксиални витла, разположени един зад друг и въртящи се в противоположни посоки около една ос.

Характерните размери на секцията на острието са максималната ширина bи дебелина- состриета, както и относителните им размери

= И =

За съвременните винтове m ax = 8...10% (фиг. 4.4).

Линия 0V(виж фиг. 4.3), минаваща през средата на секциите на острието, се нарича нейната ос. Видът на оста на острието (права или извита) и разпределението на ширината на острието по тази ос характеризират плановата форма на острието. Приближаването на m ax до края на лопатката увеличава тягата на витлото, но увеличава огъващия момент поради преместването на центъра на натиск към края на лопатката.

Максималната дебелина на сечението на лопатката намалява към края му (при високи скорости на потока е необходима по-малка относителна дебелина на профила). За сравнителна оценкатази дебелина се счита за нейната относителна стойност на 0 =0,9 и означаваме 0,9 . За модерни винтове 0,9 =4…5% (фиг. 4.4).

4.3.КИНЕМАТИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ВИНОТО

Равнината, перпендикулярна на оста на въртене на витлото и минаваща през всяка точка на перката, се нарича равнина на въртене на витлото. Има безброй такива успоредни равнини. Обикновено равнината на въртене на витлото се разбира като равнина, минаваща през средата или края на хордата на профила (фиг. 4.5).

Секциите на лопатките са наклонени към равнината на въртене. Ъгъл на сечението на острието φ измерено между равнината на въртене на витлото и хордата на профила. величина φ определя стойността на стъпката за даден радиус на винта чкато разстоянието, което витлото би се преместило в твърда среда за един оборот

h=2r tanφ n s,

Където ns- броят на оборотите на винта за секунда.

При работа с витла стойността на стъпката не се измерва, но терминът „стъпка на винта“ е широко разпространен.

Кинематичните характеристики на витлото са периферните, транслационните и резултантните скорости на напречното сечение на лопатката, ъглите на атака и притока на потока и коефициентът на скоростта. По време на полет напречното сечение на лопатката на витлото се върти с периферна скорост U=ωr=2πл s rи се движи напред със скорост на полет V.В допълнение към тези основни

скорости, индуктивно засмукване и скорости на усукване възникват в равнината на въртене, които за простота не се разглеждат тук. В този случай получената скорост Уопределена по формулата

Посока на скоростта Уобразува ъгъл на атака α с хордата на профила, а със скорост Uъгъл на навлизане на струята β. Тогава

φ=a+β,

β=дъга tg =дъга tg.

При постоянни стойности на транслационна скорост Vи монтажен ъгъл φ с увеличаване на радиуса на напречното сечение на острието ъгълът β намалява и ъгълът асе увеличава.

За да се гарантира, че всяка секция на острието е под един и същ най-добър ъгъл на атака анаивен (при който аеродинамичното качество е максимално), е необходимо с намаляване на ъгъла β намалете ъгъла на монтаж φ . Поради това ъглите на монтаж на лопатката на витлото в кореновата част (при задната част) са най-големи и намаляват към края на лопатката (фиг. 4.6). Това разпределение на ъглите на напречното сечение на острието се нарича геометрично усукване. Завъртането трябва да осигури условието а=φ-β=конст=наивник.

За да определите степента на усукване на острието, използвайте концепцията за относително усукване на секцията на острието (фиг. 4.7), сравнявайки ъгъла φ монтаж на произволна секция на ножа с ъгъл на монтаж на секцията, разположен на =0,75 и означен като φ 0,75: =φ - φ 0,75.Общото усукване на острието се определя от разликата в ъглите на монтаж в началото на работната част на острието φ рои в края на острието φ R. Тъй като ъгълът на монтаж на перката се променя по радиуса на витлото, той се измерва при номиналния радиус r ном. Значение r номобикновено се приема равно на 1000 mm за винтове с д<4 м и 1600 мм для винтов с D>4 м.

При постоянни стойности на ъгъла на монтаж на секцията на острието ( β и периферна летяща лопатка U) ъгълът на атака се променя в зависимост от скоростта на полета. С увеличаване на скоростта Vъгъл на атака анамалява, а при намаляване V-се увеличава. За да се промени ъгълът на атака при промяна на скоростта на полета аостане постоянен, е необходимо да се промени ъгълът на монтаж на острието (фиг. 4.8).

Това е възможно чрез завъртане на лопатката в главината на витлото спрямо собствената ос на витлото. При неподвижно витло това се постига чрез увеличаване на периферната скорост U(увеличаване на скоростта на витлото).

4.4. АЕРОДИНАМИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ВИТЛА

Аеродинамичните характеристики на витлото включват тяга Р, момент на съпротивление Ми мощност ннеобходими за въртене на перката и ефективност η в

Както бе споменато по-горе, лопатките на витлото, които са във въртеливо и транслационно движение, имат различна скорост на движение спрямо настъпващия въздушен поток. Разглеждане на две секции на острието (виж Фиг. 4.9) на радиуси rИ r+Δ rи частта от острието, получена между тези секции, се нарича елемент на острието при радиус r.Площта на този елемент на острието ще бъде dS=bdr.

При обратно движение поток тече върху посочения елемент на острието със скорост Vуспоредно на оста на винта, и, второ, потокът със скорост Uв посока, перпендикулярна на скоростта V, давайки получената скорост W-скоростта на потока върху елемента на лопатката. Ъгъл между вектора Уа хордата на сечението е ъгълът на атака на сечението α .

Ъгъл φ между хордата на сечението и вектора U(или, което също е равнината на въртене на витлото) е ъгълът на монтаж на секцията на лопатката и ъгълът β между векторите на скоростта UИ У- ъгъл на вливане. Такъв лопатков елемент може да се разглежда като крило и към него могат да се прилагат общи аеродинамични формули.

Повдигаща сила за лопатковия елемент:

dY=C y d S,(4.1)

и плъзнете

dX=C x dS. (4.2)

Както е известно от аеродинамиката, коефициентът на съпротивление C xзависи от относителния размах на крилата. Каква относителна скала да вземем в този случай? На пръв поглед изглежда, че трябва да се приеме безкраен обхват; но, както е известно от аеродинамиката, такова крило няма да има предизвикано съпротивление. Следователно, той няма да предизвика индуцирани скорости, което е обратното на това, което трябва да има идеалната струя на витлото. По този начин, ако приемем, че елементът на лопатката е крило с безкраен размах, тогава трябва да намерим скоростта, причинена от витлото по някакъв друг начин, и тогава триъгълникът на скоростите в сечението на лопатката трябва да се вземе, както е показано на фиг. 4.5. За да можем да използваме тези формули за определяне на тягата и мощността на лопатковия елемент, трябва да вземем предвид С yИ C xза някакъв фиктивен относителен обхват и приемете, че елементът работи изолирано в острието - без влияние на съседни елементи. Освен това трябва да се приеме, че ефектът на потока върху такъв елемент, въпреки факта, че той се движи по спирална траектория, е подобен на ефекта на потока върху крило, движещо се постъпателно. Това последно предположение обикновено се нарича хипотеза за равнинно сечение.

dY= С y b dr(4.3)

dX= C x b др(4.4)

Абсолютните стойности на линейните размери на острието ще бъдат изразени в относителна форма:

b= D, r=И dr=d

Да изразим Упрез UИ β.

U=ώr=2πn s r= πn s(4.5)

W 2 = =(4.6)

Елементарни стойности на повдигане dYи съпротивителни сили dXкато се вземе предвид (4.6), ще се изрази:

dY=Cy =C y (4.7)

dX=C x =C x (4.8)

Да проектираме вдигама съпротивлението на елемента трябва да бъде в две взаимно перпендикулярни посоки - в посока, успоредна на оста на витлото, и в посока, съвпадаща с равнината на въртене на витлото (фиг. 4.10).

Проекция dYдава тяга към оста на витлото dPострие елемент:

dP=dYcosβ-dXsinβ= ()(4.9)

Проекция dXвърху равнината на въртене на винта дава силата на съпротивление на въртенето на този елемент:

dT=dYsinβ+dXcosβ= () (4.10)

Момент на съпротивление при въртене dMострие елемент:

dM=dT r=dT = ( ) . (4.11)

Необходима мощност на въртене dNострие елемент:

dN=dM ω= dM 2πn s = ( ) (4.12)

Обща тяга Ри мощност нза винт с азлопатките ще бъдат изразени чрез съответните интегрални зависимости на изразите (4.9) и (4.12):

P= ( ) . (4.13)

N= () . (4.14)

Във формули (4.13) и (4.14) интеграндите са променливи функции в зависимост от геометричните и аеродинамичните характеристики на лопатката на витлото и, като ги обозначават съответно С Р– коефициент на тяга и С Н– фактор на мощността, получаваме крайния израз за тягата и мощността:

P= C P ρn 2 D 4 ,(4.15)

N= C N ρn 3 D 5 ,(4.16)

Ефективност на витлото η вможе да се запише като:

η в = = = = λ= π (4.17)

Относителната скорост е съотношението на скоростта на насрещния поток към периферната скорост на върха на перката:

Ориз. 4.11а. Аеродинамични характеристики на витлото

Тук връзката се нарича походка на винта (движението напред на винта в гъвкава среда), а =λ е относителната походка, тогава: λ=π.

При избора на витло и по време на аеродинамични изчисления на самолет се посочва мощността, предавана от двигателя към витлото, и се изисква само познаване на ефективността на витлото; тягата на витлото обикновено не се използва в аеродинамичните изчисления. Удобно е да комбинирате кривите C N и η, така че съответните стойности да бъдат нанесени върху кривите C N – η, тогава получаваме диаграмата, показана на фиг. 4.11а.

На нея по абсцисната ос се нанася λ, а по ординатната ос C N; кривите C N са разположени според параметъра φ на ъгъла на монтаж на винта; На кривите C N има точки, съответстващи на ефективността на винта, когато са свързани, се образуват криви със същата ефективност. Както може да се види, кривите с еднаква ефективност са затворени и се пресичат от съответните криви C N два пъти. Ядрото на тези затворени криви съответства на най-високата стойност на ефективност. Тази диаграма се нарича аеродинамична характеристика на витлото.Диаграмата трябва да показва условията на изпитване, т.е. вида на винтовото устройство, диаметъра на изпитвания винт, вида на винта или неговата геометрична характеристика, формите и размерите на тялото зад винта, скоростта на потока и броя на обороти по време на тестване. Диаграмата, показана на фиг. 197, е основният за избор на винтове.

4.5. РЕЖИМИ НА РАБОТА

Ориз. 4.12. Завинтване на място

При постоянен ъгъл на острието йнейния ъгъл на атака α зависи от скоростта на полета (виж фиг. 4.10). С увеличаване на скоростта на полета ъгълът на атака намалява. В този случай те казват, че винтът "олеква", тъй като моментът на съпротивление срещу въртене на винта намалява, което води до увеличаване на честотата му на въртене. Когато скоростта на полета намалява, напротив, ъгълът на атака се увеличава и витлото става „по-тежко“, честотата му на въртене намалява.

Мощност на винта ни фактор на мощността C Nсе считат за положителни, когато въртящият момент от аеродинамичните сили на витлото е противоположен на посоката на неговото въртене.

Ако въртящият момент на тези сили е насочен в посоката на въртене на винта, т.е. съпротивителната сила на въртене T<0, мощность винта считается отрицательной.

По-долу са разгледани най-типичните режими на работа на витлото.

Режимът, в който скоростта напред V=0,следователно, λ И ч вса равни на нула, наречени режим завийте винта на място(фиг. 4.12). На фиг. 4.11 този режим съответства на точката а,къде са коефициентите на тягата сри мощност C Nобикновено имат максимални стойности. Ъгъл на атака на острието ά когато винтът е на място, приблизително равен на ъгъла на монтаж φ. защото h в =o,тогава винтът не произвежда никаква полезна работа, когато работи на място.

Нарича се режимът на работа на витлото, когато се създава положителна тяга при наличие на скорост напред витлов режим(фиг. 4.13). Това е основният и най-важен режим на работа, който се използва при рулиране, излитане, набор на височина, хоризонтален полет на самолета и частично при снижаване и кацане. На фиг. 4.11 този режим на полет съответства на раздела аб.С увеличаването на относителното подаване λ стойностите на коефициентите на тягата и мощността намаляват. Ефективността на винта първо се увеличава, достигайки максимум в определена точка б,и след това пада.

Точка bхарактеризира оптималния режим на работа на витлото за даден ъгъл на лопатката й. По този начин режимът на работа на витлото на витлото съответства на положителни стойности на коефициентите с П, C NИ h c.Такива условия на полет обикновено възникват, когато самолетът се снижава. В електроцентралите с витла с фиксирана стъпка витлото може да се върти нагоре.

Фиг.4.15. Работа на витлото в спирачен режим

Режимът на работа, при който витлото не създава нито положителна, нито отрицателна тяга (съпротивление), се нарича режим на нулева тяга. В този режим витлото изглежда свободно завинтено във въздуха, без да го хвърля назад и без да създава тяга (фиг. 4.14). Режимът на нулева тяга на фиг. 4.11 съответства на точка V. Резултатна сила дРсе появява в трети квадрант.Тук коефициентът на тяга S pи ефективност на витлото ч вса равни на нула. Фактор на мощността C Nима някаква положителна стойност, съответстваща на разхода на енергия за преодоляване на въртенето на винта. В този случай ъгълът на атака на лопатките като правило е малко по-малък от нула.

Режимът на работа на витлото, когато се създава отрицателна тяга (съпротивление) с положителна мощност на вала на двигателя, се нарича спирачен режим, или спирачния режим на витлото (фиг. 4.15). В този режим ъгълът на притока на струи β по-голям ъгъл на монтаж φ , т.е. ъгъл на атака на острието α- стойността е отрицателна. В този случай въздушният поток оказва натиск върху задната част на острието, което създава отрицателна тяга, т.к. резултатна сила дРзавършва в трети квадрант. На фиг. 4.11 този режим на работа на винта съответства на зоната, затворена между точките VИ Ж, на които коеф срИ η вимат отрицателни стойности, а стойностите на коефициента С Нварират от някаква положителна стойност до - нула.

Фиг. 4.16 Работа на витлото в режим на авторотация

Както и в предишния случай, за преодоляване на момента на съпротивление при въртене на витлото е необходима определена мощност на двигателя. Отрицателната тяга на витлото се използва за намаляване на дължината на пробега след кацане. За тази цел лопатките са специално преместени до минималния ъгъл на монтаж φмин, при който по време на движение на самолета ъгълът на атака α отрицателен.

Режимът на работа, когато мощността на вала на двигателя е нула и витлото се върти поради енергията на настъпващия поток (под въздействието на аеродинамични сили, приложени към лопатките), се нарича режим на авторотация(фиг. 4.16). Двигателят развива мощност н, необходими само за преодоляване на вътрешните сили и моменти на съпротивление, генерирани по време на въртене на винта.

Резултатна сила dR= - dPориентирани стриктно по оста на въртене на витлото и насочени срещу полета на самолета. На фиг. 4.11 този режим съответства на точката Ж.Тягата на витлото, както и в режим на спиране, е отрицателна.

Ориз. 4.17. Работа на витлото в режим вятърна мелница

Режимът на работа, при който мощността на вала на двигателя е отрицателна и витлото се върти поради енергията на идващия поток, се нарича режим вятърна мелница(фиг. 4.17). В този режим витлото не само не консумира мощност на двигателя, но самото върти вала на двигателя поради енергията на идващия поток. На фиг. 4.11 този режим съответства на областта вдясно от точката Жи след това, разглеждайки перката като източник на енергия, ч в> 0

Режимът вятърна мелница се използва за стартиране на спрян двигател по време на полет. В този случай валът на двигателя се върти до скоростта на въртене, необходима за стартиране, без да са необходими специални стартови устройства.

Спирането на самолета по време на движение се извършва чрез преместване на лопатките на витлото до минималния ъгъл на монтаж и започва в режим на вятърна мелница, последователно преминавайки през етапите на авторотация, спиране и режим на нулева тяга. С намаляване на скоростта на движение витлото започва да работи в режим на минимална тяга

4.6. КЛАСИФИКАЦИЯ НА ВИТЛАТА С ПРОМЕНЛИВА СТЪПКА

По-рано беше показано, че ъгълът на атака на лопатките е при постоянен ъгъл на монтаж φ зависи от скоростта на полета. При фиксирано витло при ниски скорости на полет (излитане) ъглите на атака на секциите на лопатките са близки до ъглите на монтаж на лопатките, което причинява "тежест" на витлото. В този случай мощността на двигателя е недостатъчна, за да завърти витлото до излетна (максимална) скорост. При хоризонтален полет с висока скорост напред ъгълът на атака на лопатките може значително да намалее, което ще създаде излишна мощност на двигателя (в сравнение с витлото), което ще доведе до увеличаване на скоростта до неприемливо високи стойности, при които надеждността на работата на двигателя не е осигурена.

В миналото, когато обхватът на скоростта на самолетите беше ограничен, се използваха витла с фиксирана стъпка. С подобряването на самолетите и увеличаването на обхвата на скоростите на полета се появи необходимостта от витла с променлива стъпка. Първият VIS имаше сравнително малък диапазон на промени в ъглите на лопатките, които обикновено не надвишаваха 10°. Това бяха, като правило, двустепенни витла. Излитането и изкачването в този случай се извършват при малък ъгъл на монтаж (малък наклон), което позволява да се получи скоростта на излитане на ротора на двигателя при работа на място. При преминаване към хоризонтален полет лопатките бяха прехвърлени на голяма стъпка с помощта на специални механизми.

С по-нататъшно увеличаване на обхвата на скоростите на полета на самолета и следователно с увеличаване на обхвата на промените в ъглите на монтаж на лопатките, витлата с автоматични системирегулиране на скоростта на въртене чрез промяна на ъгъла на монтаж в зависимост от режима на полет.

В зависимост от източника на енергия за принудително движение на лопатките спрямо надлъжните им оси, ВИС се разделят на:

Механични (енергията се взема от двигателя с помощта на диференциален механизъм или от усилието на пилота);

Електрически, при който движението на лопатките се извършва с помощта на електродвигател, разположен във въртящия се винт на витлото и свързан към челниците на лопатките чрез конусно зъбно колело;

Хидравлични, при които захранващият елемент е хидравлично бутало във въртящия се винт, чието транслационно движение се преобразува с помощта на колянов механизъм във въртеливо движение на лопатките.

Основата на регулирането на VIS е поддържането на постоянна скорост на витлото (двигателя), независимо от развитата мощност на двигателя, чрез промяна на ъгъла на лопатките с помощта на центробежен регулатор.

Когато двигателят се отклони от равновесния режим към по-голяма развита мощност, опитът за увеличаване на скоростта му се противодейства чрез настройка на лопатките на по-голям ъгъл. В този случай скоростта на въртене на витлото остава на същото ниво (в границите на допустимите отклонения) с едновременно увеличаване на тягата. При отклонение на режима надолу процесът на регулиране протича в обратна посока.

Витлата с такива системи за контрол на скоростта се наричат автоматични въздушни витла. Структурно автоматичните винтове са много сложни единици, успешна работа и Поддръжкакоито са възможни само при задълбочено проучване на принципите на тяхното действие и правилата за техническа експлоатация.

4.7. СИЛИ И МОМЕНТИ, ДЕЙСТВАЩИ ВЪРХУ ЛОПАТКИ

Центробежни сили на лопатките и техните моменти

На напречното сечение на произволен радиус на острието избираме крайните елементарни маси. Когато витлото се върти, върху тези елементи на лопатката действат центробежни сили, насочени радиално от оста на въртене и лежащи в равнината на въртене на тези елементи.

Вектори на центробежните сили dP ts1И dP c2крайните части на елемента на острието (фиг. 4.18) са насочени от оста на въртене и перпендикулярни на нея. Те могат да бъдат разложени в съответните равнини на въртене на аксиални и нормални компоненти dK 1, dK 2И df 1, df 2. Последните сили са показани и в напречното сечение на острието.

Разлагането на векторите на центробежните сили за други подобни части на секцията, разположени между предния и задния ръб в рамките на същата секция на острието, дава диаграма на напречните компоненти на центробежните сили (фиг. 4.19). центробежните сили (фиг. 4.18) променят посоката си при преминаване през оста на лопатката. Замяна на силите в една посока със съответните резултанти dF 1И dF2,получаваме момента Mtsот напречните компоненти на центробежните сили, които се стремят да завъртят острието, за да намалят ъгъла на монтаж.

При витлата с променлива стъпка въртенето на лопатките до необходимия ъгъл на монтаж се извършва спрямо осите, съвпадащи с осите на челните (цилиндрични) части на лопатките.

Величина на момента Mts,зависи от скоростта на ротора, материала, геометричните размери, ъглите на монтаж и усукването на лопатките.

Аеродинамични сили и техните моменти

Аеродинамичните сили възникват в резултат на действието на въздушния поток върху острието и се разпределят по цялата му повърхност. Тази схема на натоварване на лопатката може да се разглежда като греда, твърдо фиксирана в единия край, подложена на действието на разпределено аеродинамично натоварване, което създава моменти на огъване и въртящ момент.

Резултатът от аеродинамичните сили на елемента на лопатката се прилага в центъра на налягането, който обикновено се намира пред оста на въртене на лопатката (виж фиг. 4.5) и се стреми да я завърти в посока на увеличаване на монтажен ъгъл. Големината на общия момент на аеродинамичните сили на лопатката за дадено витло зависи от ъгъла на атака на лопатката и големината на резултантната скорост на насрещния поток. Стойността на момента на аеродинамичните сили е малка.

При отрицателни ъгли на атака на лопатките посоката на резултантната сила се променя, така че въртящите моменти на аеродинамичните сили в този случай се стремят да завъртят лопатките в посока на намаляване на ъгъла на монтаж.

Центробежни сили на противотежести и техните моменти

Обикновено количеството на въртящия момент от аеродинамичните сили е малко, така че не може да се използва като независим източник на енергия за завъртане на лопатките към увеличаване на ъгъла на монтаж. В тази връзка на някои витла с променлива стъпка допълнително се монтират специални противотежести (тежести), които се закрепват към челните части на лопатките с помощта на скоби (фиг. 4.20).

Когато винтът се върти, възникват центробежни сили на противотежестите R p, насочена от оста на въртене. Противотежестите спрямо лопатките са поставени по такъв начин, че компонентите P nна рамото чсъздаден въртящ момент на острието M c = P nf h,склонен да завърти острието към увеличаване на ъгъла на монтаж. Стойност на въртящия момент на противотежестта Mtsзависи от тяхната маса, разстояние от оста на въртене, рам чи скорост на витлото. Всички тези параметри са избрани по такъв начин, че комбинираното действие на два въртящи момента от центробежните сили на противотежестта и аеродинамичните сили осигуряват въртене на острието към увеличаване на ъгъла на монтаж с необходимата интензивност на въртене. Компонент R pkпротивотежестта, насочена по протежение на острието, предизвиква момент на огъване, който се възприема от скобата на противотежестта.

4.8. ЕКСПЛОАТАЦИОННИ СХЕМИ НА ВИТЛА С ХИДРАВЛИЧНИ ЛОПАТНИ РОТАЦИОННИ МЕХАНИЗМИ

В момента в авиацията с витлови двигатели най-широко се използват хидравлични витла, при които ъглите на лопатките се променят под налягане на маслото. Според принципа на действие те се разделят на двустранни и едностранни винтове. В хидравличните еднопосочни винтове маслото (от системата за охлаждане на двигателя) от специална помпа под високо налягане се подава в една от кухините на хидравличния цилиндър през макарата на центробежния регулатор. Другата кухина е постоянно свързана с дренажната линия, която служи като система за захранване на двигателя ( R m)

Едностранен винт с обратно действие

Кинематичната диаграма на витлото (виж фиг. 4.21) е проектирана по такъв начин, че ъгълът на монтаж на лопатките се увеличава, когато бутало 2 се движи надясно, когато налягането в кухина А надвишава налягането в кухина В. Ъгълът на монтаж намалява под въздействието на момента от напречните компоненти на центробежните сили на острието M c/wчрез източване на масло от кухина А на хидравличния цилиндър.

Като цяло върху острието действат следните моменти: M c/w– момент от напречните компоненти на центробежните сили, насочени към намаляване на ъгъла на монтаж на острието j;моментът от аеродинамичните сили е насочен срещу него Луди моментът, действащ в същата посока от налягането в кухина А върху буталото - М А.

В равновесен режим, когато пружината 7 балансира силата от центробежните тежести 6, яката на макарата 5 покрива кухината А на цилиндъра 1 и създава хидравличен ограничител в него, който приема силата от M c\bи острието е във фиксирана позиция.

Ако мощността на двигателя се увеличи (захранването с гориво се увеличи) при запазване на същата консумация на енергия от витлото, скоростта на двигателя ще се увеличи. Това ще доведе до увеличаване на центробежните сили на тежести 6 и макара 5 ще отвори достъп за масло в кухина А. В този случай М А+M a\d > M c\b, което ще доведе до преместване на острието на по-голям ъгъл й.С увеличаване на консумацията на енергия от витлото, неговата честота на въртене намалява до зададена стойност и се установява равновесен режим.

С намаляване на мощността на двигателя (намаляване на подаването на гориво) процесът протича в обратен ред. Особеност на такива винтове е тяхната относителна простота на дизайна. Недостатъците включват възможността за развиване на винта, ако херметичността на кухина А на хидравличния цилиндър е нарушена. Под влиянието M c\bостриетата могат да се движат до минималния ъгъл на монтаж. За тази цел е необходимо да се предвидят специални ограничители в конструкцията на винта, за да се предотврати движението на буталото, когато кухина А се разхерметизира.

Едностранен винт с директно действиеима механизъм за въртене на ножовете с еднопосочно подаване на масло. При него силата на налягането на маслото се използва само за преместване на лопатките, за да се намалят ъглите на монтаж (фиг. 4.22).

За преместване на лопатките за увеличаване на ъглите на монтаж се използват противотежести, така че моментът от напречните компоненти на центробежните сили M gнасочени в обратна посока M c/b.По този начин, в посока на намаляване на ъгъла на монтаж, лопатките се въртят, когато е изпълнено следното неравенство: M A + M c/b >M gr. + М а/д.

В този случай в кухината се подава масло Апрез канала на макарата на центробежния регулатор.

Ножовете се въртят в посока на увеличаване на ъгъла на монтаж при условие: М гр. + M a/d > M A + M c/bкакво се случва, когато маслото се източи от кухината Ав картера на двигателя поради движението на макарата нагоре поради увеличените центробежни сили на тежестите на регулатора. Използването на противотежести в механизма за въртене на лопатките е от голямо значение за осигуряване на безопасността на полета, когато налягането в маслената система намалява. В този случай се елиминира възможността за завъртане на лопатките на витлото към малки ъгли на монтаж и, следователно, въртенето на витлото и появата на отрицателна тяга. Наличието на противотежести обаче увеличава теглото на витлото.

IN винтове с двойно действиеналягането на маслото се използва както за увеличаване, така и за намаляване на ъгъла на монтаж на лопатките (фиг. 4.23), в зависимост от позицията на макарата 5, маслото от помпата може да влезе както в кухина А, така и в кухина В на цилиндъра. Буталото е свързано с острието по такъв начин, че когато се движи напред, острието ще извърши въртеливо движение спрямо своята ос.

Ако маслото от помпата изтича в кухината А, след това от кухината бще се слее. Тогава моментното съотношение:

M A + M a/d >M B + M c/b,

Където М А - А.

В този случай ъгълът на монтиране на лопатките ще се увеличи. Когато се подава масло в кухина B от кухина A, маслото ще се оттича и ъгълът на монтаж на лопатките ще намалее. Съотношението на момента в този случай ще бъде

M A + M a/d,< М Б + М ц/б ,

Където m B -момент, създаден от силата на налягането на маслото в кухината б.

От изследването на работата на винтовете с двойно действие става ясно, че моментите, създадени от силата на налягането на маслото, могат да се контролират. Те се определят от позицията на макара 5 . Моменти Луд,И M c/w, постоянно работещ и не може да се контролира.

4.9. КОМБИНИРАНА РАБОТА НА ВИНТ И РЕГУЛАТОР

На съвременните самолети с турбовитлови двигатели се използват само автоматични витла, за които в системите за управление, разгледани по-горе, са монтирани регулатори на скоростта с датчик от центробежен тип (фиг. 4.21). Целта на регулаторите е, работейки заедно с VIS, автоматично да поддържат дадена скорост на ротора на двигателя постоянна. Настройва се чрез степента на компресия на пружината на регулатора с помощта на механизма за регулиране 7 .

Да приемем, че контролерът вече е настроен на определена скорост на въртене. Поддържа се автоматично постоянна системавинтов регулатор, както следва. По време на работа на двигателя върху макарата на регулатора 5 непрекъснато действат две сили: еластичната сила на пружината 7, която се стреми да спусне макарата надолу, и центробежните сили на тежестите 6 , опитвайки се да повдигне макарата нагоре. Ако двигателят работи в стабилно състояние, когато скоростта на въртене се поддържа постоянна, макара 5 е в неутрално положение (каналите за преминаване на маслото са блокирани от фланците на макарата) и се установява равновесие между еластичната сила на пружината и центробежните сили на тежестите. Скоростта на ротора на двигателя, съответстваща на това положение, се нарича равновесна или определена. Очевидно е, че колкото повече е компресирана пружината, толкова по-големи центробежни сили на тежестите ще са необходими и, следователно, толкова по-голяма е скоростта на ротора на двигателя, за да поддържа макарата в неутрално положение и обратно.

Нека сега приемем, че скоростта на ротора на двигателя се е променила по някаква причина, например се е увеличила. Очевидно това е възможно или чрез увеличаване на мощността, развивана от двигателя, или чрез намаляване на мощността, погълната от витлото.

Нека разгледаме най-простия случай - увеличаване на мощността на двигателя чрез увеличаване на подаването на гориво (чрез преместване на лоста за управление на двигателя (EC) напред). В този случай се нарушава равенството на мощността на двигателя и витлото, в резултат на което се увеличава скоростта на ротора на двигателя. Центробежният регулатор на скоростта реагира на това и трябва да я поддържа постоянна. С увеличаване на скоростта на въртене центробежните сили на тежестите се увеличават 6 , които, преодолявайки еластичната сила на пружината, повдигат макарата 5 нагоре. В този случай масло под високо налягане ще потече в кухината А, и от кухината бще се оттича в двигателя.

Чрез моментите на налягане на маслото и аеродинамичните сили лопатките ще се въртят в посока на увеличаване на ъгъла на монтаж, като същевременно преодоляват момента на напречните компоненти на центробежните сили на лопатките. По този начин винтът ще стане "по-тежък", неговият съпротивителен момент на въртене ще се увеличи и следователно мощността, която консумира, ще се увеличи. Процесът на затягане на винта ще продължи до възстановяване на зададената скорост на въртене, когато при намаляване на центробежните сили на тежестите макарата на регулатора ще се върне от пружината в неутрално положение и ще блокира маслените канали.

Когато мощността на двигателя намалее (поради намалено подаване на гориво), ще се наблюдава обратната картина. Скоростта на ротора на двигателя ще започне да намалява, което кара еластичната сила на пружината, преодолявайки центробежните сили на тежестите, да спусне макарата надолу. В този случай маслото от помпата навлиза в кухината б, и от кухината Аизтича в двигателя. Лопатките на витлото под действието на момента на налягането на маслото (в кухината б) и моментите на напречните центробежни сили, преодоляващи моментите на аеродинамичните сили, ще се обърнат в посока на намаляване на ъглите на монтаж. В този случай винтът е по-лек, тъй като мощността, която консумира, е намалена. Процесът на олекотяване на винта ще приключи, когато зададената скорост на въртене се възстанови и макарата се върне в неутрално положение.

Дроселни характеристики на витлото.

Описаният процес на регулиране на скоростта на въртене при промяна на подаването на гориво е представен на графики (фиг. 4.24), които показват зависимостите на мощността на двигателя и витлото от скоростта на въртене при различен разход на гориво.

Разработена мощност на двигателя N вратиима (с известна грешка) степенна зависимост от скоростта на въртене: N dv ~ n (2…3)Докато консумацията на енергия на винта N вима по-голяма зависимост от скоростта си: N в ~ n 5.Първоначалният режим на работа на електроцентралата е пресечната точка на кривата на мощността на двигателя, съответстваща на разхода на гориво Q T 0, с кривата на мощността на витло, чиито лопатки са поставени под ъгъл φ 0 . Това стабилно състояние на работа на електроцентралата съответства на скоростта на въртене n 0 .С увеличаване на подаването на гориво характеристиката на мощността на двигателя ще бъде разположена над първоначалната (показана с пунктирана линия Q T 1>Q T 0) поради по-високата температура на газа пред турбината. Както може да се види от графиката, пресечната точка на кривите на мощността на витлото при φ 0 и мощност на двигателя при Q T 1>Q T 0съответства на скорост на въртене, която е по-голяма n 0 .В този случай центробежният регулатор, осигуряващ постоянна скорост на въртене, ще премести лопатките до по-голям ъгъл на монтаж φ 1(пунктирана крива на мощността, завинтете φ 1>φ 0 ), което ще доведе до намаляване на скоростта спрямо предварително зададената n 0.

По този начин, с увеличаване на подаването на гориво и следователно с увеличаване на мощността на двигателя, витлото ще стане по-тежко, т.е. ъгълът на монтиране на лопатките се увеличава и тягата се увеличава. Когато подаването на гориво намалява, напротив, регулаторът, поддържайки дадена скорост на въртене, премества лопатките към по-малки ъгли на монтаж, като по този начин намалява тягата на двигателя. Качествен характер на промяната на ъгъла на монтаж на лопатките φ от подаването на гориво Q Tв двигателя е показано на фиг. 4.25.

Скоростни характеристики на витлото.

Нека сега разгледаме работата на системата витло-регулатор при промяна на скоростта на полета и постоянно подаване на гориво към двигателя. Да приемем, че един самолет превключва от режим на изкачване към режим на хоризонтален полет или от режим на хоризонтален полет в режим на снижаване. И в двата случая скоростта на полета ще се увеличи при постоянен запас от гориво.

На фиг. 4.26 показва графики на промените в наличната мощност на газотурбинния двигател - N вратии мощност, консумирана от витлото N вв зависимост от скоростта на полета V. В областта на дозвуковите скорости на полета, мощността (както и тягата) на двигателя N вратис увеличаване на скоростта на полета тя леко намалява в същото време N впада по-интензивно. На скорост V 0Системата двигател-витло работи в равновесен режим ( N врати=N в). С увеличаване на скоростта на полета до V 1има излишна мощност ( N dv > N c), което води до увеличаване на скоростта на витлото. В стремежа си да поддържа скоростта при дадена стойност, центробежният регулатор на скоростта ще премести ножовете до големи ъгли на монтаж φ 1Това ще доведе до намаляване на скоростта поради по-голямата консумация на енергия на перката N в (φ 1)и равновесният режим се възстановява, но при големи ъгли на лопатките.

Същност на промяната φ=f(V)показано на графиката на фиг. 4.27.

При намаляване на скоростта на полета процесът на управление протича в обратен ред. С намаляването на скоростта на полета ъгълът на атака на лопатките се увеличава и следователно витлото става "по-тежко". В същото време скоростта на въртене намалява и регулаторът, опитвайки се да поддържа зададената стойност, премества лопатките на по-малки ъгли на монтаж.

Височинни характеристики

Системата за витло-регулатор също ще реагира на промените във височината на полета, тъй като характеристиките на височината на двигателя и витлото се променят по различен начин.

Височинни характеристики на театъра N dv =f(h), представен на графиката на фиг. 4.28 (горна начупена крива) има два характерни прекъсвания. На земята мощността на двигателя се определя от минималното подаване на гориво към двигателя, което съответства на необходимата мощност за излитане. В диапазона на надморската височина (0...h 1)поддържане на постоянна мощност (N врата=const)чрез повишаване на температурата на газа пред турбината до максимално допустимата (увеличаване на подаването на гориво) T g макс. На надморска височина от з 1преди h=11кммощността на двигателя пада. В този диапазон на надморска височина намаляването на плътността на атмосферния въздух е частично компенсирано от увеличаване на степента на компресия на въздуха в компресора, свързано с намаляване на атмосферната температура ( N dv ~ρ (0,8...0,9)).

На надморска височина над 11 km, където околната температура е постоянна, мощността на двигателя намалява пропорционално на намаляването на плътността на въздуха ρ .

Мощността на витлото, както следва от фиг. 4.28 (серия от криви при различни φ), намалява с увеличаване на надморската височина пропорционално на промяната в плътността на въздуха ρ .

Ако приемем, че ъгълът на монтаж на лопатките на витлото φ 0 на земята изпълни условието N врати=N в., след това с увеличаване на височината на полета N врати >N в. Такова несъответствие N вратиИ N впредизвиква увеличаване на скоростта на въртене, но регулаторът, поддържайки зададената стойност, премества лопатките на витлото до големи ъгли на монтаж.

По този начин, с увеличаване на височината на полета до з 1има интензивно увеличаване на ъглите на монтаж на лопатките; на височините (h 1…11) кмъглите продължават да се увеличават, но с по-малка интензивност; при височини над 11 km ъгълът на монтаж остава постоянен, тъй като промяната в мощността на двигателя и витлото е еднакво пропорционална на промяната в плътността на въздуха.

Когато височината на полета намалява, процесът на промяна на ъгъла на монтаж ще бъде обърнат, т.е. лопатките на витлото ще бъдат преместени на по-малки ъгли на монтаж. Характерът на промяната на ъгъла на острието е показан на фиг. 4.29.

4.10. Аеромеханични витла

На самолети с двигатели с ниска мощност се използват аеромеханични витла, в които лопатките се въртят автоматично, без използване на външни източници на енергия и регулатор на скоростта. По този начин аеромеханичните витла са автономни и автоматични. Автоматичното въртене на лопатките се постига чрез промяна на големината на въртящите моменти, действащи върху лопатките на витлото по време на полет.

За конвенционалните витла големината на моментите на аеродинамичните сили е малка и посоката на тяхното действие се определя от големината на ъглите на атака. Ако лопатките са със специална форма или са огънати под ъгъл γ (фиг. 4.30) спрямо оста на въртене на лопатката, тогава чрез промяна на позицията на центъра на натиск, моментите на аеродинамичните сили ще осигурят въртене на острие в главината към намаляване на ъгъла на монтаж. На лопатките на аеромеханичните витла са монтирани противотежести, които създават въртящи моменти, насочени към увеличаване на ъгъла на монтаж (затягане на витлото).

На лопатките на аеромеханичните витла са монтирани противотежести, които създават въртящи моменти, насочени към увеличаване на ъгъла на монтаж (затягане на витлото). Моменти на напречните компоненти на центробежните сили на лопатките Mtsса склонни да въртят лопатките в посока на намаляване на ъгъла на монтиране на лопатките. Моменти Mts, създадени от противотежести, са по-големи от моментите, създадени от напречните компоненти на центробежните сили на лопатките. В стабилни режими съотношението на въртящия момент трябва да гарантира условието

M p = M c + M a.

Стойностите на горните моменти обаче се променят в зависимост от режима на полет, така че изборът на правилното съотношение на въртящите моменти, действащи върху лопатките на витлото в широк диапазон от ъгли на монтаж, е много важна и трудна задача. Това съотношение на моментите трябва да гарантира, че витлото става „по-тежко“, когато скоростта на полета се увеличава, и обратно, когато скоростта на полета намалява, витлото трябва да „олеква“. Скоростта на въртене при постоянен режим на работа на двигателя трябва да остане постоянна.

В съответствие с това, когато двигателят работи на място, когато тягата на витлото е максимална и следователно въртящият момент от аеродинамичните сили е максимален, лопатките на витлото са настроени на минимален ъгъл на спиране. Това гарантира, че се получава излетната (максимална) скорост на ротора на двигателя и най-благоприятните условияизлитане на самолет.

По време на полет, с увеличаване на скоростта, тягата на витлото намалява и въртящите моменти също намаляват М а,и моментите на центробежните сили на противотежестите и лопатките, независимо от скоростта на полета, запазват същите стойности (при н=конст). В резултат на това съотношението на въртящия момент ще се промени и лопатките постепенно ще се въртят към увеличаване на ъгъла на монтаж, предотвратявайки развиването на витлото. Очевидно при намаляване на скоростта на полета картината ще е обратната. Така лопатките на аеромеханичния витло автоматично променят ъгъла на монтаж в зависимост от скоростта на полета. Скоростта на въртене на винта се променя, но в относително малки граници.

Предимствата на този тип витла включват: простота на конструкцията и експлоатацията, ниско тегло и размери на главината на витлото, а недостатъците са намаляване на зададената скорост на въртене при издигане на самолета, което води до намаляване на мощността на двигателя. С увеличаване на надморската височина, поради намаляване на плътността на въздуха, тягата на витлото намалява. Това води до затягане на перката и намаляване на скоростта и мощността на двигателя. Возн

У дома » Печелете пари онлайн » Принципът на действие на витлото. Теорията на витлото: от първите витла до ефективните агрегати на бъдещето. Характеристики на витлата