Теория на витлата: от първите витла до ефективните единици на бъдещето. Витло - принцип на действие, характеристики Основни режими на работа на витлата с променлива стъпка

Предназначение и видове самолетни силови установки.

Електрическата централа е проектирана за създаване на силата на тягата, необходима за преодоляване на съпротивлението и осигуряване на движението на самолета напред.

Теглителната сила се генерира от инсталация, състояща се от двигател, витло (витло) и системи, които осигуряват работата на задвижващата система (горивна система, система за смазване, система за охлаждане и др.).

В момента турбореактивните и турбовитловите двигатели се използват широко в транспортната и военната авиация. В спорта, селското стопанство и различни цели на спомагателната авиация все още се използват електроцентрали с бутални самолетни двигатели с вътрешно горене, които преобразуват топлинната енергия на горящото гориво в енергията на въртене на витлото.

На самолетите Як-18Т, Як-52 и Як-55 силовата установка се състои от бутален двигател M-14P и витло V530TA-D35 с променлива стъпка.

Много спортни самолети използват двигатели Rotax:

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ВИТЛАТА

Винтовете се класифицират:

според броя на лопатките - дву-, три-, четири- и многолопаткови;

според материала на изработка - дървени, метални, смесени;

по посока на въртене (изглед от пилотската кабина по посока на полета) - ляво и дясно въртене;

по местоположение спрямо двигателя - теглене, бутане;

според формата на остриетата - обикновени, саблевидни, лопатовидни;

по видове - фиксирана, неизменна и променлива стъпка.

Перката се състои от главина, лопатки и е монтирана на вала на двигателя със специална втулка.

Винт с фиксирана стъпка има остриета, които не могат да се въртят около осите си. Ножовете с главината са направени като едно цяло.

винт с фиксирана стъпка има остриета, които са монтирани на земята преди полет под произволен ъгъл спрямо равнината на въртене и са фиксирани. По време на полет ъгълът на монтаж не се променя.

винт с променлива стъпка Има лопатки, които по време на работа могат чрез хидравлично или електрическо управление или автоматично да се въртят около осите си и да се настройват под желания ъгъл спрямо равнината на въртене.

Ориз. 1 Двулопатен въздушен витло с фиксирана стъпка

Ориз. 2 Витло V530TA D35

Според диапазона на ъглите на лопатките витлата се разделят на:

на конвенционалните, при които ъгълът на монтаж варира от 13 до 50 °, те се монтират на леки самолети;

на пернат - ъгълът на монтаж варира от 0 до 90°;

на спирачни или обратни витла, имат променлив ъгъл на монтаж от -15 до +90 °, с такъв витло те създават отрицателна тяга и намаляват дължината на пробега на самолета.

Витлата са предмет на следните изисквания:

винтът трябва да е силен и да тежи малко;

трябва да има тегловна, геометрична и аеродинамична симетрия;

трябва да развие необходимата тяга по време на различни еволюции в полета;

трябва да работи с най-висока ефективност.

На самолетите Як-18Т, Як-52 и Як-55 е монтирано конвенционално дървено двулопатно тракторно витло с ляво въртене, променлива стъпка с хидравлично управление V530TA-D35 (фиг. 2).

ГЕОМЕТРИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ВИНТА

По време на въртене лопатките създават същите аеродинамични сили като крилото. Геометричните характеристики на витлото влияят върху неговата аеродинамика.

Помислете за геометричните характеристики на винта.

Форма на острието в план- най-често срещаните симетрични и сабя.

Ориз. 3. Форми на витлото: a - профил на лопатките, b - форми на лопатките в план

Ориз. 4 Диаметър, радиус, геометрична стъпка на витлото

Ориз. 5 Развитие на спиралата

Секциите на работната част на острието са с крилчати профили. Профилът на острието се характеризира с хорда, относителна дебелина и относителна кривина.

За по-голяма здравина се използват остриета с променлива дебелина - постепенно удебеляване към корена. Акордите на секциите не лежат в една и съща равнина, тъй като острието е направено усукано. Ръбът на острието, който прорязва въздуха, се нарича преден ръб, а задният ръб се нарича заден ръб. Равнината, перпендикулярна на оста на въртене на винта, се нарича равнина на въртене на винта (фиг. 3).

диаметър на винта наречен диаметър на кръга, описан от краищата на лопатките, когато витлото се върти. Диаметърът на съвременните витла варира от 2 до 5 м. Диаметърът на витлото V530TA-D35 е 2,4 м.

Геометрична стъпка на винта - това е разстоянието, което транслационно витло трябва да измине за един пълен оборот, ако се движи във въздуха като в твърда среда (фиг. 4).

Ъгъл на лопатките на витлото  - това е ъгълът на наклона на сечението на лопатката към равнината на въртене на витлото (фиг. 5).

За да определите каква е стъпката на витлото, представете си, че витлото се движи в цилиндър, чийто радиус r е равен на разстоянието от центъра на въртене на витлото до точка B на лопатката на витлото. Тогава участъкът на винта в тази точка ще опише спирала върху повърхността на цилиндъра. Нека разширим сегмента на цилиндъра, равен на стъпката на винта H по линията BV. Ще получите правоъгълник, в който спиралата се е превърнала в диагонал на този правоъгълник на Централната банка. Този диагонал е наклонен към равнината на въртене на винта BC под ъгъл  . От правоъгълния триъгълник ЦВБ намираме на какво е равна стъпката на винта:

(3.1)

Стъпката на винта ще бъде толкова по-голяма, колкото по-голям е ъгълът на монтиране на острието  . Витлата се подразделят на витла с постоянна стъпка по дължината на лопатката (всички секции имат еднаква стъпка), променлива стъпка (секциите имат различна стъпка).

Витлото V530TA-D35 има променлива стъпка по протежение на лопатката, тъй като това е полезно от аеродинамична гледна точка. Всички секции на лопатката на витлото попадат във въздушния поток под един и същи ъгъл на атака.

Ако всички секции на лопатката на витлото имат различна стъпка, тогава стъпката на секцията, разположена на разстояние от центъра на въртене, равно на 0,75R, където R е радиусът на витлото, се счита за обща стъпка на витло. Тази стъпка се нарича номинален, и ъгъла на монтаж на тази секция- номинален ъгъл на монтаж .

Геометричната стъпка на витлото се различава от стъпката на витлото по степента на приплъзване на витлото във въздуха (виж Фиг. 4).

Стъпка на витлото - това е действителното разстояние, което прогресивно движещо се витло се движи във въздуха с самолета за един пълен оборот. Ако скоростта на самолета е изразена в km/h и броя на оборотите на витлото в секунда, тогава стъпката на витлото е з Пможе да се намери с помощта на формулата

(3.2)

Стъпката на винта е малко по-малка от геометричната стъпка на винта. Това се обяснява с факта, че винтът, така да се каже, се плъзга във въздуха по време на въртене поради ниската си плътност спрямо твърда среда.

Разликата между стойността на геометричната стъпка и стъпката на витлото се нарича винтово приплъзване и се определя по формулата

С= з- з н . (3.3)

СКОРОСТ НА ДВИЖЕНИЕ И ЪГЪЛ НА АТАКА НА ЕЛЕМЕНТА НА ЛОПАТА НА ВИТЛОТО

Аеродинамичните характеристики на витлата включват ъгъл на атака и тяга на витлото.

Ъгълът на атака на елементите на лопатката на витлото  наречен ъгъл между хордата на елемента и посоката на неговото истинско резултантно движение У(фиг. 6).

Ориз. 6 Монтажен ъгъл и ъгъл на атака на лопатките: a - ъгъл на атака на лопатковия елемент, b - скорост на лопатковия елемент

Всеки елемент на острието извършва сложно движение, състоящо се от ротационно и транслационно. Скоростта на въртене е

Където н с- обороти на двигателя.

скорост напред е скоростта на самолета V . Колкото по-далеч е лопатковият елемент от центъра на въртене на витлото, толкова по-голяма е скоростта на въртене U .

Когато витлото се върти, всеки елемент на перката ще създаде аеродинамични сили, чиято величина и посока зависят от скоростта на самолета (скоростта на настъпващия поток) и ъгъла на атака.

Като се има предвид фиг. 6а, лесно е да се види, че:

Когато витлото се върти и скоростта напред е нула (V=0), тогава всеки елемент от лопатката на витлото има ъгъл на атака, равен на ъгъла на монтаж на лопатката  ;

При постъпателното движение на витлото ъгълът на атака на елемента на лопатката на витлото се различава от ъгъла на наклона на елемента на лопатката на витлото (става по-малък от него);

Ъгълът на атака ще бъде толкова по-голям, колкото по-голям е ъгълът на монтаж на елемента на лопатката на витлото;

Получената скорост на въртене на елемента на лопатката на витлото Уе равна на геометричната сума от транслационните и ротационните скорости и се намира по правилото на правоъгълния триъгълник

(3.5)

Колкото по-голяма е скоростта на въртене, толкова по-голям е ъгълът на атака на елемента на лопатката на витлото. Обратно, колкото по-голяма е скоростта напред на витлото, толкова по-малък е ъгълът на атака на елемента на лопатката на витлото.

В действителност картината е по-сложна. Тъй като винтът засмуква и върти въздуха, хвърля го назад, като му придава допълнителна скорост v, което се нарича скорост на засмукване. В резултат на това истинската скорост W"ще се различават по големина и посока от скоростта на засмукване, ако се добавят геометрично. Следователно истинският ъгъл на атака  " ще бъде различен от ъгъла  (Фиг. 6, b).

Анализирайки горното, можем да заключим:

със скорост напред V=0 ъгълът на атака е максимален и е равен на ъгъла на монтаж на лопатката на витлото;

с увеличаване на скоростта на транслация ъгълът на атака намалява и става по-малък от ъгъла на монтаж;

при висока скорост на полета ъгълът на атака на лопатките може да стане отрицателен;

колкото по-голяма е скоростта на въртене на витлото, толкова по-голям е ъгълът на атака на неговата лопатка;

ако скоростта на полета е постоянна и скоростта на двигателя намалява, тогава ъгълът на атака намалява и може да стане отрицателен.

Направените изводи обясняват как силата на тягата на витлото с фиксирана стъпка се променя при промяна на скоростта на полета и броя на оборотите.

тяга на витлото възниква в резултат на действието на аеродинамична сила  Р върху елемента на лопатката на витлото по време на нейното въртене (фиг. 1).

Развивайки тази сила на два компонента, успоредни на оста на въртене и успоредни на равнината на въртене, получаваме LR силата и съпротивителната сила на въртене  х лопатков елемент на витлото.

Обобщавайки силата на тягата на отделните елементи на лопатката на витлото и прилагайки я към оста на въртене, получаваме силата на тягата на витлото Р .

Тягата на витлото зависи от диаметъра на витлото д, обороти в секунда н, плътност на въздуха  и се изчислява по формулата (в kgf или N)

Където  - експериментално се определя коефициентът на тяга на витлото, като се вземат предвид формата на лопатката в план, формата на профила и ъгълът на атака. Коефициентът на тяга на витлото на самолетите Як-18Т, Як-52 и Як-55 - V530TA-D35 е 1,3.

По този начин силата на тягата на витлото е право пропорционална на неговия коефициент, плътността на въздуха, квадрата на оборотите на витлото в секунда и диаметъра на витлото на четвърта степен.

Тъй като лопатките на витлото са геометрично симетрични, големината на съпротивителните сили и тяхното отдалечаване от оста на въртене ще бъдат еднакви.

Силата на съпротивление на въртене се определя по формулата

(3.7)

Където Cx л - коефициент на съпротивление на острието, като се вземат предвид неговата форма в план, форма на профил, ъгъл на атака и повърхностно покритие ;

У - резултатна скорост, m/s;

С л - площ на острието;

ДА СЕ - броя на остриетата.

Фиг.1 Аеродинамични сили на витлото.

Ориз. 2. Режими на работа на перката

Силата на съпротивление на въртенето на винта спрямо неговото въртене създава момент на съпротивление на въртенето на винта, който се балансира от въртящия момент на двигателя:

М тр =X V r V (3.8)

Въртящият момент, генериран от двигателя, се определя (в kgf-m) по формулата

(3.9)

Където н д- ефективна мощност на двигателя.

Разглежданият режим се нарича режим на положителна тяга на витлото, тъй като тази тяга дърпа самолета напред (фиг. , а). Когато ъгълът на атака на лопатките намалява, силите намаляват. R и X(намалена тяга на витлото и спирачен момент). Възможно е да се постигне ситуация, при която P=0 их= Р. Това е режимът на нулева тяга (фиг. , b).

При по-нататъшно намаляване на ъгъла на атака се достига режим, когато витлото започва да се върти не от двигателя, а от действието на силите на въздушния поток. Този режим се нарича самовъртяща се перка или авторотация (Фиг. , c).

С по-нататъшно намаляване на ъгъла на атака на елементите на лопатката на витлото получаваме режим, при който съпротивителната сила на лопатката на витлото хще бъде насочен по посока на въртене на винта, като в същото време винтът ще има отрицателна тяга. В този режим винтът се върти от насрещния въздушен поток и завърта двигателя. Двигателят се върти, този режим се нарича режим вятърна мелница (Фиг., d).

Режимите на самозавъртане и вятърна мелница са възможни при хоризонтален полет и при гмуркане.

На самолетите Як-52 и Як-55 тези режими се проявяват при изпълнение на вертикални фигури надолу с малка стъпка на лопатката на витлото. Ето защо, когато изпълнявате вертикални фигури надолу (при ускорение над 250 km / h), се препоръчва да затегнете витлото с 1/3 от хода на лоста, като контролирате стъпката на витлото.

ЗАВИСИМОСТ НА ТЯГАТА НА ВИТЛА ОТ СКОРОСТТА НА ПОЛЕТА.

С увеличаване на скоростта на полета, ъглите на атака на лопатката на витлото, фиксирана стъпка и фиксирана, бързо намаляват, тягата на витлото пада. Най-големият ъгъл на атака на лопатката на витлото ще бъде при нулева въздушна скорост при пълна скорост на двигателя.

Съответно тягата на витлото намалява до нула и след това става отрицателна. Валът на двигателя се върти. За да предотвратите въртене на винта, намалете оборотите на двигателя. Ако двигателят не е дроселиран, той може да бъде унищожен.

Зависимостта на тягата на витлото V530TA-D35 от скоростта на полета е показана на графиката на фиг. 7. За да се построи, тягата на витлото се измерва при различни скорости. Получената графика се нарича характеристика на тягата на електроцентралата.

Ориз. 7 Характеристики на силовата установка M-14P по отношение на тягата (за H = 500 m) на самолетите Як-18Т, Як-52 и Як-55 с витло V530TA-D35

ВЛИЯНИЕ НА ВИСОЧИНАТА НА ПОЛЕТА ВЪРХУ ПРАГА НА ВИТЛОТО.

Откривайки зависимостта на тягата от скоростта на полета, беше разгледана работата на витлото на постоянна височина с постоянна плътност на въздуха. Но когато летите на различни височини, плътността на въздуха влияе върху тягата на витлото. С увеличаване на височината на полета, плътността на въздуха намалява, съответно тягата на витлото също ще намалее пропорционално (при постоянна скорост на двигателя). Това се вижда от анализа на формула (3.6).

СПИРАЧЕН МОМЕНТ НА ВИТЛОТО И МОМЕНТ НА ДВИГАТЕЛЯ.

Както беше обсъдено по-рано, съпротивителният момент на витлото противодейства на въртящия момент на двигателя.

За да може винтът да се върти с постоянна скорост, е необходимо спирачният момент M t, равен на произведението
, беше равен на въртящия момент на двигателя M cr, равен на произведението от F d ,. тези. M t \u003d M cr или \u003d F d (фиг. 8).

Ориз. 8 Спирачен момент на витлото и въртящ момент на двигателя

Ако това равенство е нарушено, тогава двигателят ще намали скоростта или ще увеличи.

Увеличаването на скоростта на двигателя води до увеличаване на M cr и обратно. Новото равновесие се установява при новата скорост на двигателя.

НЕОБХОДИМА МОЩНОСТ ЗА ВЪРТЕНЕ НА ПРОПЕЛЕРА

Тази мощност се изразходва за преодоляване на силите на съпротивление при въртенето на витлото.

Формулата за определяне на мощността на витлото (в к.с.) е:

(3.10)

Където  - фактор на мощността в зависимост от формата на витлото, броя на лопатките, ъгъла на монтаж, формата на лопатката в план, от условията на работа на витлото (относителна стъпка)

От формула (3.10) се вижда, че необходимата мощност за въртене на витлото зависи от фактора на мощността, от скоростта и височината на полета, оборотите и диаметъра на витлото.

С увеличаване на скоростта на полета ъгълът на атака на елемента на лопатката на витлото, количеството изхвърлен въздух и неговата скорост намаляват, следователно мощността, необходима за въртене на витлото, също намалява. С увеличаване на височината на полета, плътността на въздуха намалява и мощността, необходима за въртене на витлото, също намалява.

С увеличаване на скоростта на двигателя съпротивлението на въртене на витлото се увеличава и мощността, необходима за въртене на витлото, се увеличава.

Витлото, завъртяно от двигателя, развива тяга и преодолява съпротивлението на самолета, самолетът се движи.

Работата, извършена от силата на тягата на перката за 1 секунда. когато самолетът се движи, се нарича тяга или нетната мощност на витлото.

Мощността на тягата на витлото се определя по формулата

(3.11)

Където P in е тягата, развивана от витлото; V е скоростта на самолета.

С увеличаване на височината и скоростта на полета силата на тягата на витлото намалява. Когато витлото работи, когато самолетът не се движи, се развива максимална тяга, но мощността на тягата е нула, тъй като скоростта на движение е нула.

ЕФЕКТИВНОСТ НА ПРОПЕЛЕРА.

ЗАВИСИМОСТ НА ЕФЕКТИВНОСТТА ОТ ВИСОЧИНАТА И СКОРОСТТА НА ПОЛЕТА

Част от енергията на въртене на двигателя се изразходва за въртене на витлото и е насочена към преодоляване на въздушното съпротивление, завихряне на изхвърлената струя и т.н. Следователно полезната втора работа, или полезната теглителна сила на витлото, н b, ще има по-малка мощност на двигателя н дизразходвани за въртене на витлото.

Съотношението на полезната задвижваща мощност към мощността, консумирана от витлото (ефективна мощност на двигателя), се нарича коефициент на ефективност (ефективност) на витлото и се обозначава  . Определя се по формулата

(3.12)

Ориз. 9 Силови характеристики на двигателя М-14П на самолетите Як-52 и Як-55

Ориз. 10 Приблизителен изглед на кривата на промяна на наличната мощност в зависимост от въздушната скорост

Ориз. 11 Височинна характеристика на двигателя М-14П в режими 1 - излитане, 2 - номинален 1, 3 - номинален 2, 4 - крейсерски 1; 5 - круиз 2

Стойността на ефективността на витлото зависи от същите фактори като пропулсивната мощност на витлото.

Ефективността винаги е по-малка от единица и достига 0,8 ... 0,9 за най-добрите витла.

Np- необходима мощност.

За да се намали скоростта на въртене на витлото в двигателя, се използва скоростна кутия.

Степента на намаляване е избрана по такъв начин, че в номинален режим краищата на лопатките да се обтичат от дозвуков въздушен поток.

Ориз. 12 Характеристики на мощността на двигателя М-14П на самолетите Як-52 и Як-55

Ориз. 13 Приблизителен изглед на кривата на промяна на наличната мощност в зависимост от въздушната скорост

Ориз. 14 Височинна характеристика на двигателя М-14П в режими 1 - излитане, 2 - номинален 1, 3 - номинален 2, 4 - крейсерски 1; 5 - круиз 2

Графиката на зависимостта на разполагаемата ефективна мощност от скоростта на полета за самолетите Як-52 и Як-55 е показана на фиг. 9.

Графика Фиг. 10 се нарича характеристика на електроцентралата по отношение на мощността.

При V=0, Np=0; при скорост на полета V=300 км/ч, Np==275 к.с (за самолет Як-52) и V=320 км/ч, Np=275 л. с. (за самолета Як-55), където Np- необходима мощност.

С увеличаване на надморската височина ефективната мощност намалява поради намаляване на плътността на въздуха. Характеристиката на изменението му за самолетите Як-52 и Як-55 от височината на полета Н е показана на фиг. единадесет.

Ориз. 15 Височинна характеристика на двигателя М-14П в режими 1 - излитане, 2 - номинален 1, 3 - номинален 2, 4 - крейсерски 1; 5 - круиз 2

ВИНТОВЕ С ПРОМЕНЛИВА СТЪПКА

За да се премахнат недостатъците на витлата с фиксирана и фиксирана стъпка, се използва витло с променлива стъпка (VSP). Ветчинкин е основоположник на теорията за ВИС.

ИЗИСКВАНИЯ ЗА ВИШ:

ВИШ трябва да задава най-благоприятните ъгли на атака на лопатките във всички режими на полет;

Отстранете номиналната мощност от двигателя в целия работен диапазон от скорости и височини;

Поддържайте максималната стойност на коефициента на полезно действие във възможно най-широк диапазон от скорости.

Лопатките на VISH или се управляват от специален механизъм, или се настройват в желаната позиция под въздействието на сили, действащи върху витлото. В първия случай това са хидравлични и електрически витла, във втория - аеродинамични.

хидравличен винт - витло, при което промяната на ъгъла на монтиране на лопатките се извършва от налягането на маслото, подадено към механизма, разположен в главината на витлото.

електрически винт - витло, при което промяната на ъгъла на монтиране на лопатките се извършва от електродвигател, свързан с лопатките чрез механична трансмисия.

Авиомеханично витло - витло, при което промяната на ъгъла на монтиране на лопатките се извършва автоматично - чрез аеродинамични и центробежни сили.

Най-широко използваните хидравлични ВИШ. Автоматично устройство в витла с променлива стъпка е предназначено да поддържа постоянна зададена скорост на витлото (двигателя) чрез синхронна промяна на ъгъла на наклона на лопатките при промяна на режима на полет (скорост, надморска височина) и се нарича регулатор на постоянството на скоростта ( RPO).

Ориз. 16 Работа на витлото с променлива стъпка V530TA-D35 при различни скорости на полет

RPO, заедно с механизма за завъртане на лопатките, променя стъпката на витлото (ъгъла на наклона на лопатките) по такъв начин, че оборотите, зададени от пилота с помощта на лоста за управление VIS, остават непроменени (зададени) при полет промени в режима.

В този случай трябва да се помни, че оборотите ще се поддържат, докато ефективната мощност на вала на двигателя N e е по-голяма от мощността, необходима за въртене на витлото, когато лопатките са настроени на най-малкия ъгъл на наклон (малка стъпка ).

На фиг. 16 е показана схема на работа на ВИС.

При промяна на скоростта на полета от излитане до максимум при хоризонтален полет, ъгълът на монтиране на лопатките  нараства от минималната си стойност  мин до максимум  Макс (голяма крачка). Поради това ъглите на атака на острието се променят малко и остават близки до най-изгодните.

Работата на ВИС по време на излитане се характеризира с това, че при излитане се използва цялата мощност на двигателя - развива се най-голямата тяга. Това е възможно при условие, че двигателят развива максимална скорост и всяка част от лопатката на витлото развива най-голяма тяга, като има най-малко съпротивление на въртене.

За да направите това, е необходимо всеки елемент от лопатката на витлото да работи при ъгли на атака, близки до критичните, но без спиране на въздушния поток. На фиг. 16, но се вижда, че ъгълът на атака на перката преди излитане (V=0) поради въздушния поток със скорост  Vмалко по-различен от ъгъла на наклона на острието със стойността f min. Ъгълът на атака на острието съответства на големината на максималната повдигаща сила.

Съпротивлението на въртене в този случай достига стойност, при която мощността, изразходвана за въртене на винта, и ефективната мощност на двигателя се сравняват и оборотите ще останат непроменени. С увеличаване на скоростта ъгълът на атака на лопатките на витлото намалява (фиг. 16, b). Съпротивлението на въртене намалява и витлото сякаш става по-леко. Оборотите на двигателя трябва да се увеличат, но RPO ги поддържа постоянни, като променя ъгъла на атака на лопатките. С увеличаване на скоростта на полета лопатките се завъртат под по-голям ъгъл.  ср .

Когато летите с максимална скорост, VIS трябва да осигурява и максималната стойност на тягата. При полет с максимална скорост ъгълът на наклона на лопатките има гранична стойност pmax (фиг. 16, в). Следователно, с промяна в скоростта на полета, ъгълът на атака на лопатката се променя, с намаляване на скоростта на полета, ъгълът на атака се увеличава - витлото става по-тежко, с увеличаване на скоростта на полета ъгълът на атака намалява - витлото става по-леко. RPO автоматично премества лопатките на витлото към подходящите ъгли.

С увеличаване на височината на полета мощността на двигателя намалява и RPO намалява ъгъла на наклона на лопатките, за да улесни работата на двигателя, и обратно. Следователно RPO поддържа постоянна скоростта на двигателя с промяна във височината на полета.

При заход за кацане витлото се настройва на малка стъпка, която съответства на скоростта на излитане. Това дава възможност на пилота, когато извършва различни маневри по глисадата за кацане, да получи излетна мощност на двигателя с увеличаване на скоростта до максимум.

Аеродинамичните характеристики на витлата включват ъгъл на атака и тяга на витлото.

Ъгълът на атака на елементите на лопатката на витлото  наречен ъгъл между хордата на елемента и посоката на неговото истинско резултантно движение У(фиг. 66).

Ориз. 66 Ъгъл на монтаж и ъгъл на атака на лопатките: a - ъгъл на атака на лопатковия елемент, b - скорост на лопатковия елемент

Където н с- обороти на двигателя.

Като се има предвид фиг. 66а, лесно се вижда, че:

когато витлото се върти и скоростта напред е нула (V=0), тогава всеки елемент от лопатката на витлото има ъгъл на атака, равен на ъгъла на монтаж на лопатката  ;

с транслационното движение на витлото ъгълът на атака на елемента на лопатката на витлото се различава от ъгъла на наклон на елемента на лопатката на витлото (става по-малък от него);

ъгълът на атака ще бъде толкова по-голям, колкото по-голям е ъгълът на монтаж на елемента на лопатката на витлото;

резултантната скорост на въртене на елемента на лопатката на витлото Уе равна на геометричната сума от транслационните и ротационните скорости и се намира по правилото на правоъгълния триъгълник

(3.5)

колкото по-голяма е скоростта на въртене, толкова по-голям е ъгълът на атака на лопатковия елемент на витлото. Обратно, колкото по-голяма е скоростта напред на витлото, толкова по-малък е ъгълът на атака на елемента на лопатката на витлото.

Анализирайки горното, можем да заключим:

със скорост напред V=0 ъгълът на атака е максимален и е равен на ъгъла на монтаж на лопатката на витлото;

с увеличаване на скоростта на транслация ъгълът на атака намалява и става по-малък от ъгъла на монтаж;

при висока скорост на полета ъгълът на атака на лопатките може да стане отрицателен;

колкото по-голяма е скоростта на въртене на витлото, толкова по-голям е ъгълът на атака на неговата лопатка;

тяга на витлото възниква в резултат на действието на аеродинамична сила  Р върху елемента на лопатката на витлото по време на нейното въртене (фиг. 67).

Силата на съпротивление на въртене се определя по формулата

(3.7)

У - резултатна скорост, m/s;

С л - площ на острието;

ДА СЕ - броя на остриетата.

Ориз. 67 Аеродинамични сили на витлото

Ориз. 68. Режими на работа на витлото

М тр =X V r V (3.8)

Въртящият момент, генериран от двигателя, се определя (в kgf-m) по формулата

(3.9)

Където н д- ефективна мощност на двигателя.

Разглежданият режим се нарича режим на положителна тяга на витлото, тъй като тази тяга дърпа самолета напред (фиг. 68, а). Когато ъгълът на атака на лопатките намалява, силите намаляват. R и X(намалена тяга на витлото и спирачен момент). Възможно е да се постигне ситуация, при която P=0 их= Р. Това е режимът на нулева тяга (фиг. 68, b).

Режимите на самозавъртане и вятърна мелница са възможни при хоризонтален полет и при гмуркане.

ЗАВИСИМОСТ НА ТЯГАТА НА ВИТЛА ОТ СКОРОСТТА НА ПОЛЕТА. ВЛИЯНИЕ НА ВИСОЧИНАТА НА ПОЛЕТА ВЪРХУ ПРАГА НА ВИТЛОТО

Зависимостта на тягата на витлото V530TA-D35 от скоростта на полета е показана на графиката на фиг. 69. За да се построи, тягата на витлото се измерва при различни скорости. Получената графика се нарича характеристика на тягата на електроцентралата.

ВЛИЯНИЕ НА ВИСОЧИНАТА НА ПОЛЕТА ВЪРХУ ПРАГА НА ВИТЛОТО.

Ориз. 69 Характеристики на силовата установка M-14P по отношение на тягата (за H = 500 m) на самолетите Як-52 и Як-55 с витло V530TA-D35

Ориз. 70 Спирачен момент на витлото и въртящ момент на двигателя

СПИРАЧЕН МОМЕНТ НА ВИТЛОТО И МОМЕНТ НА ДВИГАТЕЛЯ.

За да може винтът да се върти с постоянна скорост, е необходимо спирачният момент M t, равен на произведението, да бъде равен на въртящия момент на двигателя M cr, равен на произведението F d ,. тези. M t \u003d M cr или \u003d F d (фиг. 70). Ако това равенство е нарушено, тогава двигателят ще намали скоростта или ще увеличи.

НЕОБХОДИМА МОЩНОСТ ЗА ВЪРТЕНЕ НА ПРОПЕЛЕРА

Тази мощност се изразходва за преодоляване на силите на съпротивление при въртенето на витлото.

Формулата за определяне на мощността на витлото (в к.с.) е:

(3.10)

Витлото, завъртяно от двигателя, развива тяга и преодолява съпротивлението на самолета, самолетът се движи.

Работата, извършена от силата на тягата на витлото за 1 s, когато самолетът се движи, се нарича тяга или полезна мощност на витлото.

Мощността на тягата на витлото се определя по формулата

където P in е тягата, развивана от витлото; V е скоростта на самолета.

ЕФЕКТИВНОСТ НА ПРОПЕЛЕРА. ЗАВИСИМОСТ НА ЕФЕКТИВНОСТТА ОТ ВИСОЧИНАТА И СКОРОСТТА НА ПОЛЕТА

Ориз. 71 Силови характеристики на двигателя М-14П на самолетите Як-52 и Як-55

Ориз. 72 Приблизителен изглед на кривата на промяна на наличната мощност в зависимост от въздушната скорост

Ориз. 73 Височинна характеристика на двигателя М-14П в режими 1 - излитане, 2 - номинален 1, 3 - номинален 2, 4 - крейсерски 1; 5 - круиз 2

Стойността на ефективността на витлото зависи от същите фактори като пропулсивната мощност на витлото.

Ефективността винаги е по-малка от единица и достига 0,8 ... 0,9 за най-добрите витла.

Графиката на зависимостта на разполагаемата ефективна мощност от скоростта на полета за самолетите Як-52 и Як-55 е показана на фиг. 71.

Графика Фиг. 72 се нарича характеристика на електроцентралата по отношение на мощността.

За да се намали скоростта на въртене на витлото в двигателя, се използва скоростна кутия.

Витлото е най-важният компонент на електроцентралата и летателните характеристики на последното зависят от това как то съответства на двигателя и самолета.

В допълнение към избора на геометричните параметри на витлото, трябва да се обърне внимание на въпроса за съвпадение на скоростта на витлото и двигателя, тоест избора на скоростната кутия.

Принципът на работа на витлото

Лопатката на витлото извършва сложно движение - постъпателно и въртеливо. Скоростта на елемента на острието ще бъде сумата от периферната скорост и транслационна (скорост на полета) - V

Във всяка секция на острието, компонентът на скоростта Vще бъде непроменена, а периферната скорост ще зависи от стойността на радиуса, на който се намира разглежданата секция.

Следователно, когато радиусът намалява, ъгълът на приближаване на струята към сечението се увеличава, а ъгълът на атака на сечението намалява и може да стане равен на нула или отрицателен. Междувременно е известно, че крилото "работи" най-ефективно при ъгли на атака, близки до ъглите на максимално съотношение на повдигане и съпротивление. Следователно, за да принуди острието да създаде най-голяма тяга с най-малък разход на енергия, ъгълът трябва да бъде променлив по радиуса: по-малък в края на острието и по-голям близо до оста на въртене - острието трябва да бъде усукано.

Законът за разпределение на дебелините на профилите и усукването по радиуса на витлото, както и формата на профила на витлото се определят по време на процеса на проектиране на витлото и впоследствие се усъвършенстват на базата на продухване в аеродинамични тунели. Такива изследвания обикновено се извършват в специализирани конструкторски бюра или институти, оборудвани със съвременно оборудване и компютърна техника. Експерименталните дизайнерски бюра, както и дизайнерите-любители, обикновено използват вече разработени фамилии витла, чиито геометрични и аеродинамични характеристики са представени под формата на безразмерни коефициенти.

Основни характеристики

диаметър на винта - днаречен диаметър на кръга, който краищата на неговото острие описват по време на въртене.

Ширина на остриетое хордата на сечението при даден радиус. Изчисленията обикновено използват относителната ширина на острието

дебелина на остриетона всеки радиус се нарича най-голямата дебелина на сечението на този радиус. Дебелината варира по радиуса на лопатката, като намалява от центъра на витлото към върха му. Относителната дебелина се разбира като отношението на абсолютната дебелина към ширината на острието при същия радиус: .

Ъгълът на монтаж на секцията на лопатката е ъгълът, образуван от хордата на тази секция с равнината на въртене на витлото.

Стъпка на острието знарича се разстоянието, което тази секция ще измине в аксиална посока, когато винтът се завърти на един оборот около оста си, завинтвайки се във въздуха като в твърдо тяло.

Стъпката и ъгълът на монтаж на секцията са свързани с очевидната връзка:

Истинските витла имат стъпка, която варира по радиуса по определен закон. Като характерен ъгъл на монтиране на лопатката, като правило, ъгълът на монтиране на секцията, разположен на 0,75R от оста на въртене на витлото, означен като .

Стръмно остриесе нарича промяната по радиуса на ъглите между хордата на сечението при даден радиус и хордата при радиус 0,75R, т.е.

За по-лесно използване всички изброени геометрични характеристики обикновено се представят графично като функция на текущия радиус на винта

Като пример, следващата фигура показва данни, описващи геометрията на двулопатно витло с фиксирана стъпка:

Ако винтът, въртящ се с броя на оборотите, се движи напред със скорост Vтогава с един оборот ще измине пътя . Тази стойност се нарича стъпка на винта, а съотношението й към диаметъра се нарича относителна стъпка на винта:

Аеродинамичните свойства на витлата обикновено се характеризират с безразмерен коефициент на тяга:

фактор на мощността

И ефективността

Където Р- плътност на въздуха, при изчисления може да се приеме равна на 0,125 kgf s 2 / m 4

Ъглова скорост на въртене на винта r / s

д- диаметър на винта, m

ПИ н- съответно тяга и мощност на гребния вал, kgf, l. с.

Теоретична граница на тягата на витлото

За дизайнера на ALS е от интерес да може да прави приблизителни оценки на тягата, генерирана от електроцентралата, без изчисления. Този проблем се решава съвсем просто с помощта на теорията за идеалното витло, според която тягата на витлото е функция от три параметъра: мощност на двигателя, диаметър на витлото и скорост на полета. Практиката показва, че тягата на рационално изпълнените реални витла е само с 15 - 25% по-ниска от теоретичните гранични стойности.

Резултатите от изчисленията според теорията на идеалното витло са показани в следната графика, която ви позволява да определите съотношението на тягата към мощността в зависимост от скоростта и параметъра на полета N/D 2. Вижда се, че при скорости, близки до нулата, тягата зависи до голяма степен от диаметъра на витлото, но вече при скорости на телта от 100 km/h тази зависимост е по-малко значима. В допълнение, графиката дава визуално представяне на неизбежността на намаляване на тягата на витлото по отношение на скоростта на полета, което трябва да се вземе предвид при оценката на полетните данни на ALS.

според материалите:
"Ръководство за конструктори на любителски самолети", том 1, SibNIIA

Витлото е единица, предназначена да създава сила на тягата, която е реакция, отхвърлена от витлото на въздушния поток, създавайки сила на тягата, витлото преобразува механичната енергия на двигателя в работа, извършена по време на транслационното движение на самолета.

Изисквания:

1. висока ефективност;

2. автоматична промяна на ъгъла на монтаж на лопатките в зависимост от режима на полета и работата на двигателя;

3. Диапазонът на ъглите на лопатките трябва да осигурява минимална положителна тяга на празен ход. Работата на опериращия винт в режим на отрицателна тяга

4. скоростта на въртене на лопатките с увеличаване на ъгъла на монтаж трябва да бъде най-малко 10 s / s;

5. да има автоматични предпазни устройства за предотвратяване на отрицателно течение;

6. защита на лопатките и обтекателя на главината на витлото (кока) от обледеняване.

Класификация на винтовете. Ъгълът на атака на лопатките на витлото зависи от скоростта на полета при немалък ъгъл на монтаж. Това явление възниква при витла с фиксирана стъпка. Основният недостатък на такива витла е, че те могат да бъдат тежки по време на излитане при ниска скорост на полета и мощността на излитане на двигателя не се осигурява. При хоризонтален полет с висока транслационна скорост витлото се оказва леко и скоростта на въртене може да се увеличи до неприемливо високи стойности, при които не се гарантира надеждността на работата на двигателя. В миналото, когато скоростите на полета бяха ниски, се използваха тези витла. С увеличаване на скоростта на полета започнаха да се използват витла с променлива стъпка - VISH (инсталационен обхват 100) с по-нататъшно увеличаване на скоростта на полета, т.е. с увеличаване на ъглите j - монтаж, те започнаха да използват витла с автоматични системи за управление на скоростта на въртене, като променят j от режима на полет. Витлата с такива системи за управление се наричат автоматични витла - AVISH.

аеродинамични сили.

Точката на приложение на получената сила е в центъра на натиска

Аеродинамичните сили се появяват в резултат на действието на въздушния поток върху лопатките и разпределението му по цялата повърхност. Такава схема на натоварване на лопатката може да се разглежда като греда, фиксирана в единия край и подложена на разпределено натоварване, което създава огъващи и усукващи моменти. Центърът на натиск е пред равнината на въртене. зависи от ъглите на атака на лопатката и произтичащите от това скорости на настъпващия поток. Поради сравнително малките рамена a и b, големината на момента на аеродинамичните сили е малка. При отрицателни ъгли на атака на лопатките посоката се променя така, че въртящите моменти и се стремят да завъртят лопатката в посока на намаляване на ъгъла на монтаж.

Стъпка на винта и стъпка. Геометричната стъпка на винта H е разстоянието, което винтът би се преместил по оста на въртене за един оборот, когато се завинти в гайка, специално направена за него = r е разстоянието до разглеждания участък. Винтът се характеризира с , R е радиусът на винта. От (1) следва, че стъпката на винта се определя от скоростта на промяна на φ. Въздух (еластичен и свиваем) при едно завъртане на винта се движи с количество, много по-малко от H - стъпка на витлото , - скорост на полета m / s, n - rev / s.

Когато изчислявате, използвайте относителната стъпка , - , е безразмерна и се нарича характеристика на режима или скоростен коефициент на витлото.

Винтови режими

При постоянен ъгъл на монтаж ъгълът на атака на лопатките зависи от големината на скоростта на полета. С увеличаване на скоростта на полета ъгълът на атака намалява. В този случай, казват те, витлото е „олекотено“, тъй като моментът на съпротивление срещу въртенето на витлото намалява и следователно необходимата мощност на двигателя намалява. Това води до увеличаване на скоростта на въртене. Когато скоростта на полета спадне, напротив, ъгълът на атака се увеличава и витлото става „по-тежко“, скоростта на въртене намалява.

При голямо увеличение на скоростта на полета или при малък ъгъл на монтаж ъгълът на атака може да стане равен на нула или дори отрицателен. При лопатките те срещат въздушния поток не с работната (задна) част, а със задната (предната част). В този случай тягата и мощността могат да станат отрицателни.

Тяга P и коефициентът на тяга се считат за положителни, ако посоката на тягата съвпада с посоката на движение на самолета, в обратна посока - отрицателна. В този случай винтът създава съпротивление.

Мощността на витлото T и факторът на мощността се считат за положителни, когато въртящият момент от аеродинамичните сили на витлото е противоположен на посоката на неговото въртене. Ако въртящият момент на тези сили поддържа въртенето на винта, т.е. съпротивителната сила на въртене, мощността на винта се счита за отрицателна.

При промяна и в широк диапазон относителната стъпка може да варира от нула до безкрайно големи положителни стойности (когато).

Помислете за най-характерните режими на работа на витлото.

Извиква се режимът, при който транслационната скорост е = 0 и следователно е равна на нула режим на работа на витлото - на място (фиг. вляво). На графиката този режим съответства на точката А, където коефициентите на тяга и мощност обикновено имат максимални стойности. Ъгълът на атака на лопатките a, когато винтът е на място, е приблизително равен на ъгъла на монтаж. Тъй като , винтът не произвежда полезна работа, когато работи на място.

Режимът на работа на винта, когато се създава положителна тяга при наличие на транслационна скорост, се нарича витлов режим (фиг. вдясно). Това е основният и най-важен режим на работа, който се използва при рулиране, излитане, набор на височина, хоризонтален полет на самолета и отчасти при планиране и кацане. На графиката този режим на полет съответства на участък ab, с изключение на точки a и b. С увеличаването на относителната стъпка стойностите на коефициентите на тягата и мощността намаляват. В този случай ефективността на винта първо се увеличава, достигайки максимум в точка b, а след това бързо намалява. Точка b характеризира оптималния режим на работа на витлото за дадена стойност на ъгъла на монтиране на лопатките. По този начин режимът на работа на витлото на витлото съответства на положителни стойности на коефициентите , , .

Режимът на работа, при който витлото не създава нито положителна, нито отрицателна тяга (съпротивление), се нарича режим на нулева тяга. В този режим винтът изглежда свободно завинтен във въздуха, без да го хвърля назад и без да създава тяга. Режимът на нулева тяга на графиката съответства на точка c. Тук коефициентът на тягата и ефективността винтовете са нула. Факторът на мощността има известна положителна стойност. Това означава, че за да се преодолее моментът на съпротивление при въртене на перката в този режим, е необходима мощност на двигателя.

Режимът на нулева тяга може да се осъществи при планиране на самолет. Ъгълът на атака на лопатките в този случай, като правило, е малко по-малък от нула.

Режимът на работа на винта, когато се създава отрицателна тяга (съпротивление) с положителна мощност на вала на двигателя, обикновено се нарича спирачен режим , или режима на спиране на витлото. В този режим ъгълът на приток на струи е по-голям от ъгъла на монтаж, т.е. ъгълът на атака на лопатките е отрицателна стойност. В този случай въздушният поток упражнява натиск върху задната част на острието, което създава отрицателна тяга. На графиката този режим на работа на винта съответства на участъка между точки b и d, където коефициентите и имат отрицателни стойности, а стойностите на коефициента се променят от някаква положителна стойност до нула. Мощността на двигателя, както и в предишния случай, е необходима за преодоляване на момента на съпротивление при въртене на витлото.

Отрицателната тяга на витлото се използва за съкращаване на разбега за кацане. За да направите това, лопатките са специално прехвърлени на минималния ъгъл на монтаж, при който ъгълът на атака е отрицателен по време на движение на самолета.

Режимът на работа, когато мощността на вала на двигателя е нула, а витлото се върти поради енергията на настъпващия поток (под действието на аеродинамични сили, приложени към лопатките), се нарича режим на авторотация . В същото време двигателят развива мощността, необходима само за преодоляване на вътрешните сили и моментите на триене, образувани по време на въртенето на винта. На графиката този режим съответства на точката Ж.Тягата на витлото, както и в режим на спиране, е отрицателна.

Режимът на работа, при който мощността на вала на двигателя е отрицателна и винтът се върти поради енергията на идващия поток, се нарича режим вятърна мелница . В този режим винтът не само не консумира мощност на двигателя, но и сам завърта вала на двигателя поради енергията на идващия поток. На графиката този режим съответства на секцията вдясно от точката Ж.Режимът Windmill 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 се изискват специални стартови устройства.

Спирането на самолета по време на движение също започва в режим на вятърна мелница и преминава последователно през етапите на авторотация и спиране до режим на нулева тяга.

Винтът създава тяга във въздуха, действайки върху него като крило. Крилото на самолета обикновено се движи постъпателно, докато лопатката на витлото се движи както постъпателно, така и ротационно. Лопатката на витлото е удължен правоъгълник с форма, чийто един размер е много по-малък от другия, въртящ се с ъглова скорост Уоколо ос х - х(фиг. 4.1), минаваща през единия ръб на този правоъгълник. Равнината на правоъгълник оставя някакъв ъгъл йс равнина на въртене, също се движи транслационно по посока на оста на въртене със скорост v.Рязане на острието с цилиндър с радиус r,чиято ос съвпада с ос Х;получаваме удължен правоъгълник в разрез. Тъй като ширината на острието обикновено е малка в сравнение с дължината му, участъкът на 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 прави сложно движение - транслационно и ротационно, тогава трябва да добавите тези две движения. Геометричната сума на периферната скорост на въртене U = Wr,и транслационна скорост (въздушна скорост) V,(Фигура 4.2) дава вектор 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 компонентът на скоростта Vостава същата, а периферната скорост wrще бъде по-малко или повече; последният се променя линейно, ставайки равен на нула по оста на винта.

Тъй като острието е взето плоско, ъгълът йще бъде еднакъв на всички радиуси и ъгълът β , наречен ъгъл 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 (VFSH) и витла с променлива стъпка (VSP).

Витлото преобразува въртящия момент на TVD или PD в тяга. В този случай има загуби, оценени чрез коефициента на полезно действие (КПД) на витлото.

VFS се характеризира с постоянен ъгъл на острието. Структурно този винт има втулка, в която са здраво закрепени лопатките, които предават тяга към него, а също така възприема въртящия момент от вала на двигателя към винта.

ВИШ се състои от лопатки, втулка с механизъм за завъртане на лопатките и устройства, които осигуряват надеждната му работа. За управление на винта има оборудване за автоматично и ръчно действие.

Витлата са предмет на следните изисквания:

Висока ефективност;

За VISH - промяна на ъгъла на монтаж на лопатките в диапазона, който осигурява лесно стартиране на двигателя; минимална положителна тяга на витлото на празен ход; максималната отрицателна тяга по време на движение и минималното съпротивление на лопатките в положение на лопатката; автоматична промяна на ъгъла на монтиране на лопатките в зависимост от режима на полет на самолета и работата на двигателите със скорост на въртене най-малко 10 ° / s;

Минимални стойности на реактивни и жироскопични моменти;

Конструкцията на витлото и регулатора на скоростта трябва да включва 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 обледеняване;

Достатъчна здравина с ниско тегло, баланс и минимален шум.

Основните характеристики на винта 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 около оста си (фиг. 4.3). Диаметърът е най-важната характеристика на винта, тъй като той определя основно неговите характеристики на сцепление.

Стойността на диаметъра е избрана от аеродинамични съображения и е в съответствие с възможността за поставяне на перката върху самолета. Диаметрите на съвременните витла варират от 3 m до 6 m.

Големите диаметри на винтовете водят до ниска ефективност. във връзка с възможността за поява на свръхзвукови скорости в крайните секции на лопатките, а също и усложняване на разположението на двигателя на самолета. Малките диаметри не позволяват преобразуването на дадения въртящ момент на двигателя в необходимата тяга.

Ако острието се реже на определен радиус rцилиндрична повърхност с надлъжна ос, съвпадаща с оста на въртене на витлото, тогава отпечатъкът от разреза се нарича сечение на острието. Този участък има криловиден профил. Частта от острието между два радиуса ( rИ r+Δ r), е лопатков елемент с площ ∆S=b∆r.Тук и по-долу се разглеждат равнинни сечения вместо дъгообразни сечения.

Съотношението на текущия радиус на сечението rрадиус на завинтване Рнаречен относителен радиус =r/R.Радиусът на неработещата част на острието, зает от втулката, е означен r0. И 0 = r0 /R.

За да преобразува въртящия момент на двигателя в тяга с минимална стойност на диаметъра, витлото има няколко лопатки. В съвременните театри обикновено се инсталират витла с четири лопатки. По-големият брой ножове намалява ефективността. При мощните 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 модерни винтове, max = 8 ... 10% (фиг. 4.4).

линия 0V(виж фиг. 4.3), минаваща през средата на секциите на острието, се нарича нейната ос. Формата на оста на острието (права или извита) и разпределението на ширината на острието по тази ос характеризират формата на острието в план. Приближаването на max до края на лопатката увеличава тягата на витлото, но увеличава огъващия момент поради изместването 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 оценка на тази дебелина вземете нейната относителна стойност на 0 =0, 9 и означ 0,9 . За модерни винтове 0,9 \u003d 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 безкраен брой такива успоредни равнини. Обикновено равнината на въртене на винта се разбира като равнина, минаваща през средата или края на профилната хорда (фиг. 4.5).

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

h=2r tgφ n s ,

Където n sе броят на оборотите на винта за секунда.

По време на работа на винтовете 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 сечението на лопатката, ъглите на атака и вливане на потока, скоростният коефициент. По време на полет частта от лопатката на витлото се върти с периферна скорост U=ωr=2pl s rи се движи напред със скоростта на полета v.В допълнение към тези основни

скорости, индуктивно засмукване и скорости на усукване възникват в равнината на въртене, които не се разглеждат тук за простота. В този случай получената скорост Усе определя 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 сечението на острието, ъгълът β намалява и ъгълът асе увеличава.

За да може всяка секция на острието да бъде под един и същ най-изгоден ъгъл на атака анаивен (при който съотношението повдигане / съпротивление е максимално), е необходимо с намаляване на ъгъла β намалете ъгъла на монтаж φ . Следователно при лопатката на витлото ъглите на монтаж в кореновата част (при челната част) са най-големи, а към края на лопатката те намаляват (фиг. 4.6). Такова разпределение на ъглите на монтаж на секциите на лопатките се нарича геометрично усукване. Завъртането трябва да осигури условието а=φ-β=конст=наивник.

За да се определи степента на усукване на острието, се използва концепцията за относително усукване на секцията на острието (фиг. 4.7), сравнявайки ъгъла φ монтаж на произволна секция на острието 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 φroи 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 варира в зависимост от въздушната скорост. С увеличаване на скоростта Vъгъл на атака анамалява, а с намаление V-се увеличава. За да промените скоростта на полета, ъгъла на атака аостава 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 му ос на витлото. При VFS 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 завъртане на винта и ефективността 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 острие елемент при радиус r.Площта на този елемент на острието ще бъде dS=bdr.

При обратното движение посоченият елемент на острието е подложен на поток 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 подход. 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 крилото. Какъв е относителният диапазон, който трябва да се вземе 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 индуктивно съпротивление. Следователно няма да предизвика индуктивни скорости, което е в противоречие с това, което трябва да има в струята на идеалното витло. По този начин, ако вземем елемента на острието като крило с безкраен размах, тогава трябва да намерим скоростта, причинена от винта по някакъв друг начин, и след това трябва да вземем триъгълника на скоростите в сечението на острието, както е показано на фиг. 4.5. За да можете да използвате тези формули за определяне на тягата и мощността на лопатковия елемент, трябва да ги вземете предвид C yИ C xза някакъв фиктивен относителен диапазон и считайте, че елементът работи в острието изолирано - без никакво 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 напред. Това последно предположение обикновено се нарича хипотеза за плоските сечения.

dY= C y b dr(4.3)

dX= C x b др(4.4)

Абсолютните стойности на линейните размери на острието се изразяват в относителна форма:

b= D, r=И dr=d

Експрес Упрез UИ β.

U=ώr=2πn s r= πn s(4.5)

W 2 ==(4.6)

Стойности на елементарната подемна сила dYи съпротивителни сили dXкато вземем предвид (4.6), имаме:

dY=Cy=Cy(4.7)

dX=C x = C x (4.8)

Нека проектираме подемната сила и съпротивлението на елемента да попадат в две взаимно перпендикулярни посоки - към посоката, успоредна на оста на винта, и към посоката, съвпадаща с равнината на въртене на винта (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)

Въртящ 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 се изразяват 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 ги обозначават съответно C Rе коефициентът на тягата и C Nе факторът 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 винта η вможе да се запише като:

η в = = = = λ= π (4.17)

Относителната скорост е съотношението на скоростта на свободния поток към периферната скорост в края на перката:

Ориз. 4.11а. Аеродинамична характеристика на витлото

Тук отношението се нарича стъпка на винта (постъпателно движение на винта в податлива среда), а =λ- относителна стъпка, тогава: λ=π .

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

Върху него λ се нанася по абсцисата, C N по ординатата; кривите C N са разположени според параметъра на ъгъла на монтаж на винта φ; върху кривите C N се нанасят точки на съответната ефективност на витлото, когато се свържат, се образуват криви на същата ефективност. Както можете да видите, кривите на една и съща ефективност са затворени и пресичат съответните C N криви два пъти. Ядрото на тези затворени криви съответства на най-високата стойност на ефективност. Такава 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 геометрия, формата и размерите на тялото зад винта, дебита и броя на оборотите по време на теста. 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 стойността на скоростта на полета (виж фиг. 4.10). С увеличаване на скоростта на полета ъгълът на атака намалява. В този случай се казва, че витлото "става по-леко", тъй като моментът на съпротивление на въртене на витлото намалява, което води до увеличаване на скоростта му на въртене. С намаляване на скоростта на полета, напротив, ъгълът на атака се увеличава и витлото става "по-тежко", честотата на неговото въртене намалява.

мощност на витлото 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. силата на съпротивление на въртене T<0, мощность винта считается отрицательной.

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

Режимът, в който транслационната скорост V=0,следователно, λ И ч вравно на нула се нарича режим завинтете работата 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 максимална стойност. Ъгъл на острието ά когато винтът е на място, той е приблизително равен на ъгъла на монтаж φ. защото h в =o,тогава винтът не произвежда никаква полезна работа, когато работи на място.

Режимът на работа на винта, когато се създава положителна тяга при наличие на транслационна скорост, се нарича 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 отчасти при снижаване и кацане. На фиг. 4.11 този режим на полет съответства на раздела аб.С увеличаването на относителната стъпка λ стойностите на коефициентите на тягата и мощността намаляват. В този случай 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 дадена стойност на ъгъла на монтиране на лопатките й. По този начин режимът на работа на витлото на витлото съответства на положителни стойности на коефициентите C P, C NИ ч в.Тези условия на полет обикновено възникват, когато самолетът се спуска. В електроцентрали с VFSh е възможно въртене на витлото.

Фиг.4.15. Работа на перката 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 винтът изглежда свободно завинтен във въздуха, без да го хвърля назад и без да създава тяга (фиг. 4.14). Режимът на нулева тяга на фиг. 4.11 мач точка V. Резултатна сила дРсе появява в третия квадрант Тук коефициентът на тягата C pи ефективността на витлото ч вса равни на нула. Фактор на мощността C Nима някаква положителна стойност, съответстваща на енергийните разходи за преодоляване на въртенето на винта. Ъгълът на атака на лопатките в този случай, 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 винта (фиг. 4.15). В този режим ъгълът на притока на струи β повече 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 дРсе появява в трети квадрант. На фиг. 4.11 този режим на работа на винта съответства на участъка, ограден между точките VИ Ж, на които коеф срИ η вимат отрицателни стойности, а стойностите на коеф C Nпромяна 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 срещу въртенето на витлото е необходима определена мощност на двигателя. Отрицателната тяга на витлото се използва за съкращаване на разбега за кацане. За да направите това, остриетата са специално прехвърлени на 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 насрещния поток (под действието 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, образувани по време на въртенето 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 вятърна турбина

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

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

Забавянето на самолета по време на движение се извършва чрез прехвърляне на лопатките на витлото до минималния ъгъл на монтаж и започва в режим на вятърна мелница, последователно преминавайки през етапите, авторотация, спиране, 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 стойността на ъгъла на атака на лопатките при постоянен ъгъл на монтаж φ зависи от въздушната скорост. При VFS при ниски скорости на полет (излитане) ъглите на атака на секциите на лопатките са близки до ъглите на монтаж на лопатките, което води до "тежко" витло. 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 да намалее значително, което ще създаде излишна мощност на двигателя (в сравнение с витлото), което ще доведе до увеличаване на оборотите до неприемливо високи стойности, при които надеждността на работата на двигателя не е осигурена.

В миналото, когато обхватът на скоростите на самолета беше малък, 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 има сравнително малък диапазон от ъгли на лопатките, който обикновено не надвишава 10°. Това бяха, като правило, винтове с две стъпки. Излитането и изкачването в този случай се извършват при малък ъгъл на монтаж (малка стъпка), което позволява да се получи скоростта на ротора на двигателя за излитане 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 ъглите на лопатките започнаха да се използват витла с автоматични системи за управление на скоростта чрез промяна на ъгъла на монтаж в зависимост от режима на полет.

В зависимост от източника на енергия за принудителното движение на лопатките спрямо техните надлъжни оси, VIS 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 осъществява с помощта на електродвигател, поставен във въртящия се шнек и свързан с челните части на лопатките чрез конусна предавка;

Хидравличен, при който силовият елемент е хидравлично бутало в кока на винта, чието транслационно движение се преобразува от коляновия механизъм във въртеливото движение на лопатките.

Регулирането на VIS се основава на поддържане на постоянни обороти 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 в посока на по-голяма развита мощност, опитът за увеличаване на скоростта му се парира чрез настройка на лопатките на по-голям ъгъл. В този случай скоростта на въртене на винта остава на същото ниво (в границите на допустимото отклонение) с едновременно увеличаване на тягата. Ако режимът се отклони към намаляване, процесът на регулиране протича в обратна посока.

Витлата с такива системи за контрол на скоростта се наричат автоматични въздушни витла. Конструктивно автоматичните витла са много сложни единици, чиято успешна работа и поддръжка е възможна само ако принципите на тяхната работа и правилата за техническа експлоатация са задълбочено проучени.

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 по радиуса от оста на въртене и лежащи в равнината на въртене на тези елементи.

Вектори на центробежните сили dP c1И 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.

Разширяването на векторите на центробежната сила за други подобни части на сечението, разположени между предния и задния ръб в рамките на същото сечение на острието, дава диаграма на напречните компоненти на центробежните сили (фиг. 4.19) Напречните компоненти на центробежните сили (фиг. 4.18) променят посоката си при преминаване през оста на лопатката. Замяна на силите от една посока със съответната резултантна dF 1И dF 2 ,получаваме момента M cот 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 M c,зависи от скоростта на витлото, 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. Такава 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 огъващи и усукващи моменти.

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 има тенденция да завърти последната в посока на увеличаване на инсталацията ъгъл. Големината на общия момент на аеродинамичните сили на лопатката за дадено витло зависи от ъглите на атака на лопатката и големината на резултантната скорост на настъпващия 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 в посока на 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 \u003d R nf h,стремейки се да завъртите острието в посока на увеличаване на ъгъла на монтаж. Стойност на въртящия момент на противотежестите M cзависи от тяхната маса, разстояние от оста на въртене, рамо чи скорост на винта. Всички тези параметри са избрани по такъв начин, че комбинираното действие на два въртящи момента от центробежните сили на противотежестта и аеродинамичните сили осигуряват въртенето на острието в посока на увеличаване на ъгъла на монтаж с необходимия интензитет на въртене. Компонент R брпротивотежест, насочен по протежение на острието, предизвиква огъващ момент, който се възприема от скобата на противотежестта.

4.8. РАБОТНА СХЕМА НА ВИТЛА С ХИДРАВЛИЧНИ МЕХАНИЗМИ ЗА ЗАВЪРТАНЕ НА ЛОПАТИТЕ

Понастоящем в витловата авиация най-широко се използват хидравлични витла, при които промяната на ъглите на монтаж на лопатките се извършва 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 за високо налягане се подава към 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 направена по такъв начин, че увеличаването на ъгъла на монтиране на лопатките се получава, когато буталото 2 се движи надясно, когато налягането в кухина А надвишава налягането в кухината Б. Намаляването на ъгъла на монтаж се извършва под действието на момента от напречните компоненти на центробежните сили на острието M c / bчрез източване на масло от кухина А на хидравличния цилиндър.

В общия случай върху острието действат следните моменти: M c / b- моментът от напречните компоненти на центробежните сили, насочени към намаляване на ъгъла на монтаж на острието j;моментът от аеродинамичните сили е насочен към него Луди въртящият момент, действащ в същата посока от налягането в кухината А на буталото - М А.

В равновесен режим, когато пружината 7 балансира силата от центробежните тежести 6, рамото на макарата 5 затваря кухината А на цилиндъра 1 и създава в него хидравлично уплътнение, което възприема силата от M c\bи острието е във фиксирана позиция.

В случай на увеличаване на мощността на двигателя (увеличава подаването на гориво), при запазване на същата консумация на мощност на витлото, ще настъпи увеличаване на скоростта на двигателя. Това ще доведе до увеличаване на центробежните сили на тежести 6 и макара 5 ще позволи на маслото да навлезе в кухина А. В този случай М А+M a\d > M c\b, което ще доведе до движение на острието под по-голям ъгъл й.С увеличаване на консумацията на енергия на витлото, честотата на неговото въртене намалява до предварително определена стойност и се установява равновесен режим.

С намаляване на мощността на двигателя (намаляване на подаването на гориво) процесът протича в обратен ред. Характеристика на такива винтове е тяхната относителна простота на дизайна. Недостатъците включват възможността за завъртане на винта в случай на нарушаване на херметичността на кухината А на хидравличния цилиндър. Под влиянието M c\bостриетата могат да се движат до минималния ъгъл на настройка. За тази цел е необходимо да се предвидят специални ограничители в конструкцията на винта, които изключват движението на буталото при понижено налягане в кухина А.

Едностранен винт с директно действиеима механизъм за завъртане на ножовете с еднопосочно подаване на масло. При него силата на налягането на маслото се използва само за прехвърляне на лопатките към намаляване на ъглите на монтаж (фиг. 4.22).

За прехвърляне на лопатките към увеличаване на ъглите на монтаж се използват противотежести, така че моментът от напречните компоненти на центробежните сили M gнасочен срещуположно M c / b.По този начин, в посока на намаляване на ъгъла на монтаж, лопатките се завъртат, когато е изпълнено следното неравенство: M A + M c / b > M gr. + M a / d.

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

Ножовете в посока на увеличаване на ъгъла на монтаж се завъртат при условие: М гр. + M a / d > M A + M c / b, което се случва при източване на масло 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 завъртане на лопатките е от голямо значение за осигуряване на безопасността на полета с намаляване на налягането в маслената система. В този случай се изключва 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 масата на витлото.

IN винтове с двойно действиеналягането на маслото се използва както за увеличаване, така и за намаляване на ъгъла на монтиране на лопатките (фиг. 4.23), в зависимост от положението 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 по време на транслационното си движение острието ще се върти около оста си.

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

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 моментите 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 разглеждането на работата на винтовете с двойно действие се вижда, че моментите, създадени от силата на налягането на маслото, са контролируеми. Те се определят от позицията на макарата 5 . Моменти Луд,И M c / b, работи постоянно и не може да се контролира.

4.9. СЪВМЕСТНА РАБОТА НА ВИНТ И РЕГУЛАТОР

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

Да приемем, че на регулатора вече е дадена определена скорост. Той се поддържа автоматично от постоянна система за регулиране на винтовете, както следва. По време на работа на двигателя върху макарата 5 на регулатора 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, макарата 5 е в неутрално положение (каналите за преминаване на маслото са блокирани от фланците на макарата) и се установява равновесие между еластичните силата на пружината и центробежните сили на тежестите. Честотата на въртене на ротора на двигателя, съответстваща на това положение, се нарича равновесна или зададена. Очевидно е, че колкото повече е компресирана пружината, толкова по-големи центробежни сили на тежестите ще са необходими и, следователно, толкова по-голяма е честотата на въртене на ротора на двигателя, за да държи макарата в неутрално положение и обратно.

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

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

Чрез моменти на сила на налягане на маслото и аеродинамични сили, лопатките ще се завъртят 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“, моментът му на съпротивление на въртене ще се увеличи и следователно консумираната от него мощност също ще се увеличи. Процесът на затягане на винта ще продължи до възстановяване на зададената скорост, когато при намаляване на центробежните сили на тежестите макарата на регулатора ще се върне в неутрално положение от пружината и ще блокира маслените канали.

С намаляване на мощността на двигателя (поради намаляване на подаването на гориво) ще се наблюдава обратната картина. Скоростта на ротора на двигателя ще започне да намалява, от което еластичната сила на пружината, преодолявайки центробежните сили на тежестите, ще 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 силата на налягането на маслото (в кухината б) и моментите на напречните центробежни сили, преодолявайки моментите на аеродинамичните сили, ще се обърнат в посока на намаляване на ъглите на монтаж. Винтът е по-лек, тъй като консумираната от него мощност намалява. Процесът на олекотяване на винта ще приключи, когато зададената скорост 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 показан на графики (фиг. 4.24), които показват зависимостите на мощността на двигателя и витлото от скоростта при различен разход на гориво.

Разработена мощност на двигателя N dvима (с известна грешка) степенна зависимост от скоростта на въртене: N двигател ~ n (2…3)Докато консумацията на енергия на винта N вима по-голяма зависимост от своя оборот: N в ~ n 5 .Първоначалният режим на работа на електроцентралата е точката на пресичане на кривата на мощността на двигателя, съответстваща на разхода на гориво Q T 0, с кривата на мощността на витлото, чиито лопатки са монтирани под ъгъл φ 0 . Тази постоянна работа на електроцентралата съответства на скоростта на въртене n 0 .С увеличаване на подаването на гориво характеристиката на мощността на двигателя ще бъде по-висока от 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, ще пренареди лопатките до по-голям ъгъл на монтаж φ 1(пунктирана крива на мощността, витла при φ 1>φ 0 ), което ще доведе до намаляване на скоростта до 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 се намали, напротив, регулаторът, поддържайки дадена скорост, премества лопатките на по-малки ъгли на монтаж, като по този начин намалява тягата на двигателя. Качественият характер на промяната в ъгъла на монтаж на лопатките φ от подаването на гориво Q Tв двигателя е показано на фигура 4.25.

Скоростна характеристика на витлото.

Нека сега разгледаме работата на системата за витло-регулатор с промяна на скоростта на полета и постоянно подаване на гориво към двигателя. Да предположим, че самолет преминава от изкачване към хоризонтален полет или от хоризонтален полет към 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 наличния капацитет на газотурбинните двигатели - N dvи 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 dvс увеличаване на скоростта на полета леко намалява в същото време N впада по-бързо. На скорост V0системата двигател-витло работи в равновесен режим ( N dv=N в). С увеличаване на скоростта на полета до V 1има излишък на мощност ( N dv > N c)което води до увеличаване на скоростта на витлото. В стремежа си да поддържа скоростта на 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 стойности на ъглите на наклона на острието.

Естеството 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 намаляване 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.

Височинна характеристика

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

Височинна характеристика на театъра N двигател \u003d f (h), показано 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 височината (0...h 1)поддържане на постоянна мощност (N dv=const)чрез повишаване на температурата на газа пред турбината до максимално допустимото (увеличаване на подаването на гориво) T g макс. На височини от h1преди h=11кмима спад в мощността на двигателя. В този диапазон на надморска височина намаляването на плътността на атмосферния въздух се компенсира частично 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 за различни φ), намалява с издигане пропорционално на промяната в плътността на въздуха ρ .

Ако приемем, че ъгълът на наклона на лопатките на витлото φ 0 на терена отговаря на 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, превежда лопатките на витлото до големи ъгли на монтаж.

По този начин, с увеличаване на височината на полета до h1има 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.

С намаляване на височината на полета процесът на промяна на ъгъла на монтаж ще бъде обърнат, т.е. лопатките на витлото ще бъдат прехвърлени към по-малки ъгли на монтаж. Естеството на промяната в ъгъла на монтиране на острието е показано на фиг. 4.29.

4.10. АЕРОМЕХАНИЧНИ ВИНТОВЕ

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 въртящия момент, действащ върху лопатките на витлото по време на полет.

За обикновените витла големината на моментите на аеродинамичните сили е малка и посоката на тяхното действие се определя от величините на ъглите на атака. Ако на лопатките се даде специална форма или се огънат 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 въртенето на острието във втулката в посока на намаляване на ъгъла на монтаж. На лопатките на аеромеханичните витла са монтирани противотежести, които създават въртящи моменти, насочени към увеличаване на ъгъла на монтаж (претегляне на витлото).

На лопатките на аеромеханичните витла са монтирани противотежести, които създават въртящи моменти, насочени към увеличаване на ъгъла на монтаж (претегляне на витлото). Моменти на напречните компоненти на центробежните сили на лопатките M cса склонни да завъртят лопатките в посока на намаляване на ъгъла на монтаж на лопатката. Моменти M c, създадени от противотежести, повече от моментите, създадени от напречните компоненти на центробежните сили на лопатките. При стационарни условия съотношението на моментите трябва да осигурява условието

M p \u003d M c + M a.

Стойностите на горните моменти обаче варират в зависимост от режима на полет, така че изборът на правилното съотношение на въртящите моменти, действащи върху лопатките на витлото в широк диапазон от промени на ъгъла на монтаж, е много важна и трудна задача. Това съотношение на моментите трябва да гарантира, че витлото е "по-тежко" с увеличаване на скоростта на полета и, обратно, с намаляване на скоростта на полета, витлото трябва да бъде "олекотено". Скоростта на двигателя трябва да остане постоянна, когато двигателят работи с постоянна скорост.

В съответствие с това, когато двигателят работи на място, когато тягата на витлото е максимална и, следователно, максималният въртящ момент от аеродинамичните сили, лопатките на витлото са настроени до спиране на минималния ъгъл. Това гарантира получаването на излетна (максимална) скорост на ротора на двигателя и най-благоприятни условия за излитане на самолета.

По време на полет с увеличаване на скоростта тягата на витлото намалява, а моментите М а,и моментите на центробежните сили на противотежестите и лопатките, които не зависят от скоростта на полета, запазват предишните си стойности (при н=конст). В резултат на това съотношението на моментите ще се промени и лопатките постепенно ще се завъртят в посока на увеличаване на ъгъла на монтаж, предотвратявайки въртенето на витлото. Очевидно с намаляване на скоростта на полета картината ще се обърне. 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, малко тегло и размери на главината на витлото, а недостатъците са намаляване на определената скорост на въртене при издигане на самолета, което води до намаляване на мощността на двигателя. С издигането на височина поради намаляване на плътността на въздуха, тягата на витлото намалява. Това кара перката да стане по-тежка и да намали скоростта и мощността на двигателя. Възнесение

КЛАСИФИКАЦИЯ НА ВИТЛАТА

ГЕОМЕТРИЧНИ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ВИНТА

СКОРОСТ НА ДВИЖЕНИЕ И ЪГЪЛ НА АТАКА НА ЕЛЕМЕНТА НА ЛОПАТА НА ВИТЛОТО

ЗАВИСИМОСТ НА ТЯГАТА НА ВИТЛА ОТ СКОРОСТТА НА ПОЛЕТА.

ВЛИЯНИЕ НА ВИСОЧИНАТА НА ПОЛЕТА ВЪРХУ ПРАГА НА ВИТЛОТО.

СПИРАЧЕН МОМЕНТ НА ​​ВИТЛОТО И МОМЕНТ НА ​​ДВИГАТЕЛЯ.

НЕОБХОДИМА МОЩНОСТ ЗА ВЪРТЕНЕ НА ПРОПЕЛЕРА

ЕФЕКТИВНОСТ НА ПРОПЕЛЕРА.

ЗАВИСИМОСТ НА ЕФЕКТИВНОСТТА ОТ ВИСОЧИНАТА И СКОРОСТТА НА ПОЛЕТА

ВИНТОВЕ С ПРОМЕНЛИВА СТЪПКА

ИЗИСКВАНИЯ ЗА ВИШ:

ЗАВИСИМОСТ НА ТЯГАТА НА ВИТЛА ОТ СКОРОСТТА НА ПОЛЕТА. ВЛИЯНИЕ НА ВИСОЧИНАТА НА ПОЛЕТА ВЪРХУ ПРАГА НА ВИТЛОТО

ВЛИЯНИЕ НА ВИСОЧИНАТА НА ПОЛЕТА ВЪРХУ ПРАГА НА ВИТЛОТО.

СПИРАЧЕН МОМЕНТ НА ​​ВИТЛОТО И МОМЕНТ НА ​​ДВИГАТЕЛЯ.

НЕОБХОДИМА МОЩНОСТ ЗА ВЪРТЕНЕ НА ПРОПЕЛЕРА

ЕФЕКТИВНОСТ НА ПРОПЕЛЕРА. ЗАВИСИМОСТ НА ЕФЕКТИВНОСТТА ОТ ВИСОЧИНАТА И СКОРОСТТА НА ПОЛЕТА

СПИРАЧЕН МОМЕНТ НА ВИТЛОТО И МОМЕНТ НА ДВИГАТЕЛЯ.

СПИРАЧЕН МОМЕНТ НА ВИТЛОТО И МОМЕНТ НА ДВИГАТЕЛЯ.