Teoria śmigła: od pierwszych śmigieł do wydajnych jednostek przyszłości. Śmigło - zasada działania, charakterystyka Główne tryby pracy śmigła o zmiennym skoku

Przeznaczenie i rodzaje elektrowni lotniczych.

Zaprojektowano elektrownię aby wytworzyć siłę ciągu niezbędną do pokonania oporu i zapewnienia ruchu statku powietrznego do przodu.

Siła pociągowa generowana jest przez instalację składającą się z silnika, śmigła (śmigła) oraz układów zapewniających pracę układu napędowego (układ paliwowy, układ smarowania, układ chłodzenia itp.).

Obecnie silniki turboodrzutowe i turbośmigłowe są szeroko stosowane w transporcie i lotnictwie wojskowym. W lotnictwie sportowym, rolniczym i różnych celach lotnictwa pomocniczego nadal stosuje się elektrownie z tłokowymi silnikami lotniczymi wewnętrznego spalania, które zamieniają energię cieplną spalanego paliwa na energię obrotową śmigła.

Na samolotach Jak-18T, Jak-52 i Jak-55 zespół napędowy składa się z silnika tłokowego M-14P i śmigła o zmiennym skoku V530TA-D35.

Wiele samolotów sportowych wykorzystuje silniki Rotax:

KLASYFIKACJA ŚMIGŁA

Śruby są klasyfikowane:

według liczby ostrzy - dwu-, trzy-, cztero- i wieloostrzowe;

zgodnie z materiałem produkcyjnym - drewniany, metalowy, mieszany;

w kierunku obrotu (widok z kokpitu w kierunku lotu) - obrót w lewo i prawo;

według położenia względem silnika - ciągnięcie, pchanie;

w zależności od kształtu ostrzy - zwykłego, w kształcie szabli, w kształcie łopaty;

według typów - krok stały, niezmienny i zmienny.

Śmigło składa się z piasty, łopatek i mocowane jest na wale silnika za pomocą specjalnej tulei.

Śruba o stałym skoku ma ostrza, które nie mogą obracać się wokół własnej osi. Łopaty wraz z piastą wykonane są jako jedna całość.

śruba o stałym skoku ma łopaty, które są instalowane na ziemi przed lotem pod dowolnym kątem do płaszczyzny obrotu i są nieruchome. W locie kąt instalacji nie zmienia się.

śruba o zmiennym skoku Posiada łopaty, które podczas pracy mogą za pomocą sterowania hydraulicznego, elektrycznego lub automatycznego obracać się wokół własnej osi i ustawiać pod żądanym kątem do płaszczyzny obrotu.

Ryż. 1 Dwułopatowe śmigło pneumatyczne o stałym skoku

Ryż. 2 Śmigło V530TA D35

Ze względu na zakres kątów łopat śmigła dzielą się na:

na konwencjonalnych, w których kąt instalacji waha się od 13 do 50 °, są instalowane na lekkich samolotach;

na piórach - kąt montażu waha się od 0 do 90°;

na śmigłach hamulcowych lub rewersyjnych, mają zmienny kąt montażu od -15 do +90°, przy takim śmigle wytwarzają ciąg ujemny i skracają długość lotu samolotu.

Śmigła podlegają następującym wymaganiom:

śruba musi być mocna i mało ważyć;

musi mieć symetrię wagową, geometryczną i aerodynamiczną;

musi rozwinąć niezbędny ciąg podczas różnych ewolucji w locie;

powinien pracować z najwyższą wydajnością.

Na samolotach Jak-18T, Jak-52 i Jak-55 zainstalowane jest konwencjonalne drewniane dwułopatowe śmigło ciągnikowe w kształcie łopatki, obracające się w lewo, o zmiennym skoku, ze sterowaniem hydraulicznym V530TA-D35 (ryc. 2).

CHARAKTERYSTYKA GEOMETRYCZNA ŚRUBY

Łopaty podczas obrotu wytwarzają takie same siły aerodynamiczne jak skrzydło. Charakterystyka geometryczna śmigła wpływa na jego aerodynamikę.

Rozważ geometryczne właściwości śruby.

Kształt ostrza w planie- najczęstsza symetryczna i szabla.

Ryż. 3. Kształty śmigła: a - profil łopat, b - kształty łopat w rzucie

Ryż. 4 Średnica, promień, skok geometryczny śmigła

Ryż. 5 Rozwój helisy

Odcinki części roboczej głowni posiadają profile skrzydełkowe. Profil ostrza charakteryzuje cięciwa, względna grubość i względna krzywizna.

Dla większej wytrzymałości stosuje się ostrza o zmiennej grubości - stopniowe pogrubienie w kierunku nasady. Cięciwy sekcji nie leżą w tej samej płaszczyźnie, ponieważ ostrze jest skręcone. Krawędź ostrza, która przecina powietrze, nazywana jest krawędzią natarcia, a krawędź spływu nazywana jest krawędzią spływu. Płaszczyzna prostopadła do osi obrotu śruby nazywana jest płaszczyzną obrotu śruby (ryc. 3).

średnica śruby zwany średnicą okręgu opisanego przez końce łopatek, gdy obraca się śmigło. Średnica nowoczesnych śmigieł wynosi od 2 do 5 m. Średnica śmigła V530TA-D35 wynosi 2,4 m.

Geometryczny skok śrub - jest to odległość, jaką musi pokonać śmigło translacyjne w jednym pełnym obrocie, gdyby poruszało się w powietrzu jak w ośrodku stałym (rys. 4).

Kąt łopatek śmigła  - jest to kąt nachylenia sekcji łopaty do płaszczyzny obrotu śmigła (rys. 5).

Aby określić skok śmigła, wyobraź sobie, że śmigło porusza się w cylindrze, którego promień r jest równy odległości od środka obrotu śmigła do punktu B na łopacie śmigła. Następnie przekrój śruby w tym miejscu będzie opisywał helisę na powierzchni cylindra. Rozwińmy odcinek cylindra równy skokowi śruby H wzdłuż linii BV. Otrzymasz prostokąt, w którym helisa zamieniła się w przekątną tego prostokąta Banku Centralnego. Ta przekątna jest nachylona pod kątem do płaszczyzny obrotu śruby BC  . Z trójkąta prostokątnego TsVB dowiadujemy się, jaki jest skok śruby:

(3.1)

Skok śruby będzie tym większy, im większy będzie kąt montażu ostrza  . Śmigła dzielą się na śmigła o stałym skoku wzdłuż łopaty (wszystkie sekcje mają ten sam skok), zmiennym skoku (sekcje mają inny skok).

Śmigło V530TA-D35 ma zmienny skok wzdłuż łopaty, co jest korzystne z aerodynamicznego punktu widzenia. Wszystkie sekcje łopaty śmigła wchodzą w strumień powietrza pod tym samym kątem natarcia.

Jeżeli wszystkie odcinki łopaty śruby napędowej mają inny skok, to za wspólny skok łopaty śmigła uważa się skok odcinka znajdującego się w odległości od środka obrotu równej 0,75R, gdzie R jest promieniem śmigła śmigło. Ten krok nazywa się nominalny, i kąt instalacji tej sekcji- nominalny kąt montażu .

Skok geometryczny śmigła różni się od skoku śmigła wielkością poślizgu śmigła w powietrzu (patrz rys. 4).

Skok śmigła - jest to rzeczywista odległość, jaką progresywnie poruszające się śmigło porusza się w powietrzu wraz ze statkiem powietrznym podczas jednego pełnego obrotu. Jeżeli prędkość samolotu wyraża się w km/h, a liczbę obrotów śmigła na sekundę, to skok śmigła wynosi H P można znaleźć za pomocą wzoru

(3.2)

Skok śruby jest nieco mniejszy niż skok geometryczny śruby. Wyjaśnia to fakt, że śruba niejako ślizga się w powietrzu podczas obrotu ze względu na jej małą gęstość w stosunku do stałego ośrodka.

Różnica między wartością skoku geometrycznego a skokiem śmigła nazywana jest poślizg śruby i jest określony wzorem

S= H- H N . (3.3)

PRĘDKOŚĆ RUCHU I KĄT NAPADU ELEMENTU ŁOPATKI ŚRUBY

Właściwości aerodynamiczne śmigieł obejmują kąt natarcia i ciąg śmigła.

Kąt natarcia elementów łopaty śmigła  nazywany kątem między cięciwą elementu a kierunkiem jego rzeczywistego ruchu wynikowego W(Rys. 6).

Ryż. 6 Kąt montażu i kąt natarcia łopatek: a - kąt natarcia elementu łopatkowego, b - prędkość elementu łopatkowego

Każdy element ostrza wykonuje złożony ruch, składający się z ruchu obrotowego i translacyjnego. Prędkość obrotowa jest

Gdzie N Z- prędkość silnika.

prędkość do przodu to prędkość samolotu V . Im dalej element łopatkowy znajduje się od środka obrotu śmigła, tym większa jest prędkość obrotowa u .

Gdy śmigło obraca się, każdy element łopaty wytwarza siły aerodynamiczne, których wielkość i kierunek zależą od prędkości samolotu (prędkości nadlatującego strumienia) i kąta natarcia.

Biorąc pod uwagę rys. 6a, łatwo zauważyć, że:

Gdy śmigło obraca się, a prędkość jazdy do przodu wynosi zero (V=0), wówczas każdy element łopaty śmigła ma kąt natarcia równy kątowi montażu elementu łopaty  ;

Przy postępowym ruchu śmigła kąt natarcia elementu łopaty śmigła różni się od kąta nachylenia elementu łopaty śmigła (staje się od niego mniejszy);

Kąt natarcia będzie tym większy, im większy będzie kąt montażu elementu łopaty śmigła;

Wynikowa prędkość obrotowa elementu łopaty śruby napędowej W jest równa sumie geometrycznej prędkości translacyjnej i obrotowej i jest obliczana zgodnie z regułą trójkąta prostokątnego

(3.5)

Im większa prędkość obrotowa, tym większy kąt natarcia elementu łopaty śmigła. I odwrotnie, im większa prędkość jazdy do przodu śruby napędowej, tym mniejszy kąt natarcia elementu łopaty śruby napędowej.

W rzeczywistości obraz jest bardziej skomplikowany. Ponieważ śruba zasysa i obraca powietrze, odrzuca je z powrotem, nadając mu dodatkową prędkość w, co nazywa się prędkością ssania. W rezultacie prawdziwa prędkość W" będą różnić się wielkością i kierunkiem od prędkości ssania, jeśli zostaną dodane geometrycznie. Dlatego prawdziwy kąt natarcia  " będzie inny od kąta  (ryc. 6, b).

Analizując powyższe, możemy stwierdzić:

z prędkością do przodu V=0 kąt natarcia jest maksymalny i jest równy kątowi montażu łopaty śruby napędowej;

wraz ze wzrostem prędkości translacyjnej kąt natarcia maleje i staje się mniejszy niż kąt instalacji;

przy dużej prędkości lotu kąt natarcia ostrzy może stać się ujemny;

im większa prędkość obrotowa śmigła, tym większy kąt natarcia jego łopaty;

jeśli prędkość lotu jest stała, a prędkość obrotowa silnika spada, wówczas kąt natarcia maleje i może stać się ujemny.

Wyciągnięte wnioski wyjaśniają, jak zmienia się siła ciągu śmigła o stałym skoku wraz ze zmianą prędkości lotu i liczby obrotów.

ciąg śmigła powstaje w wyniku działania siły aerodynamicznej  R na elemencie łopaty śmigła podczas jej obrotu (rys. 1).

Rozkładając tę siłę na dwie składowe, równoległe do osi obrotu i równoległe do płaszczyzny obrotu, otrzymujemy siłę LR i siłę oporu obrotu  X element łopaty śmigła.

Sumując siłę ciągu poszczególnych elementów łopaty śmigła i przykładając ją do osi obrotu, otrzymujemy siłę ciągu śmigła R .

Ciąg śmigła zależy od średnicy śmigła D, obrotów na sekundę N, gęstość powietrza  i obliczone według wzoru (w kgf lub N)

Gdzie  - współczynnik ciągu śmigła, uwzględniający kształt łopaty w rzucie, kształt profilu i kąt natarcia, wyznacza się doświadczalnie. Współczynnik ciągu śmigła samolotów Jak-18T, Jak-52 i Jak-55 - V530TA-D35 wynosi 1,3.

Zatem siła ciągu śmigła jest wprost proporcjonalna do jego współczynnika, gęstości powietrza, kwadratu obrotów śmigła na sekundę oraz średnicy śmigła do czwartej potęgi.

Ponieważ łopaty śmigła są geometrycznie symetryczne, wielkość sił oporu i ich usunięcia z osi obrotu będzie taka sama.

Siłę oporu obracania określa wzór

(3.7)

Gdzie Cx l - współczynnik oporu łopaty, biorąc pod uwagę jej płaski kształt, kształt profilu, kąt natarcia i wykończenie powierzchni ;

W - wynikowa prędkość, m/s;

S l - obszar ostrza;

DO - liczba ostrzy.

Rys.1 Siły aerodynamiczne działające na śmigło.

Ryż. 2. Tryby pracy śmigła

Siła oporu na obrót śruby względem jej obrotu tworzy moment oporu na obrót śruby, który jest równoważony momentem obrotowym silnika:

M tr =X V R V (3.8)

Moment obrotowy generowany przez silnik określa się (w kgf-m) za pomocą wzoru

(3.9)

Gdzie N mi- efektywna moc silnika.

Rozważany tryb nazywa się trybem dodatniego ciągu śmigła, ponieważ ten ciąg ciągnie samolot do przodu (ryc. , a). Gdy kąt natarcia ostrzy maleje, siły maleją. R i X(zmniejszony ciąg śruby napędowej i moment hamowania). Możliwe jest osiągnięcie sytuacji, w której P=0 iX= R. Jest to tryb ciągu zerowego (ryc. , b).

Przy dalszym zmniejszaniu kąta natarcia osiąga się tryb, w którym śmigło zaczyna się obracać nie od silnika, ale od działania sił przepływu powietrza. Ten tryb nazywa się samoobrotowe śmigło Lub automatyczne obracanie (Rys. , c).

Przy dalszym zmniejszaniu kąta natarcia elementów łopaty śruby napędowej uzyskujemy tryb, w którym siła oporu łopaty śruby napędowej X będzie skierowany w kierunku obrotu śruby, a jednocześnie śruba będzie miała ujemny ciąg. W tym trybie śruba obraca się od nadchodzącego strumienia powietrza i obraca silnik. Silnik się kręci, ten tryb nazywa się tryb wiatraka (ryc., d).

Tryby samoobroty i wiatraka są możliwe w locie poziomym i podczas nurkowania.

Na samolotach Jak-52 i Jak-55 tryby te przejawiają się podczas wykonywania figur pionowych w dół przy małym skoku łopaty śmigła. Dlatego przy wykonywaniu figur pionowych w dół (przy rozpędzaniu powyżej 250 km/h) zaleca się dokręcenie śmigła o 1/3 skoku dźwigni poprzez kontrolowanie skoku śmigła.

ZALEŻNOŚĆ CIĄGU ŚRUBY OD PRĘDKOŚCI LOTU.

Wraz ze wzrostem prędkości lotu kąty natarcia łopaty śmigła, stały skok i stały, gwałtownie maleją, a ciąg śmigła spada. Największy kąt natarcia łopaty śmigła będzie przy zerowej prędkości lotu przy pełnej prędkości obrotowej silnika.

W związku z tym ciąg śmigła zmniejsza się do zera, a następnie staje się ujemny. Wał silnika obraca się. Aby zapobiec obracaniu się śruby, zmniejsz prędkość obrotową silnika. Jeśli silnik nie jest dławiony, może ulec zniszczeniu.

Zależność ciągu śmigła V530TA-D35 od prędkości lotu przedstawia wykres na rys. 7. Aby go zbudować, mierzy się ciąg śmigła przy różnych prędkościach. Powstały wykres nazywany jest charakterystyką ciągu elektrowni.

Ryż. 7 Charakterystyka zespołu napędowego M-14P pod względem ciągu (dla H=500 m) samolotów Jak-18T, Jak-52 i Jak-55 ze śmigłem V530TA-D35

WPŁYW WYSOKOŚCI LOTU NA PRÓG ŚRUBY.

Ustalając zależność ciągu od prędkości lotu rozważono pracę śmigła na stałej wysokości przy stałej gęstości powietrza. Ale podczas lotu na różnych wysokościach gęstość powietrza wpływa na ciąg śmigła. Wraz ze wzrostem wysokości lotu odpowiednio zmniejsza się gęstość powietrza, proporcjonalnie zmniejsza się również ciąg śmigła (przy stałej prędkości obrotowej silnika). Widać to z analizy wzoru (3.6).

MOMENT HAMOWANIA ŚRUBĄ I MOMENT SILNIKA.

Jak omówiono wcześniej, moment oporu śruby napędowej przeciwdziała momentowi obrotowemu silnika.

Aby śruba obracała się ze stałą prędkością, konieczne jest, aby moment hamowania M t, równy iloczynowi
, był równy momentowi obrotowemu silnika M cr, równemu iloczynowi F d ,. te. M t \u003d M cr lub \u003d F d (ryc. 8).

Ryż. 8 Moment hamowania śmigła i moment obrotowy silnika

Jeśli ta równość zostanie naruszona, silnik zmniejszy lub zwiększy prędkość.

Wzrost prędkości obrotowej silnika prowadzi do wzrostu M cr i odwrotnie. Nowa równowaga zostaje ustalona przy nowej prędkości obrotowej silnika.

MOC WYMAGANA DO OBROTU ŚMIGŁA

Ta moc jest wydatkowana na pokonanie sił oporu stawianych obrotowi śmigła.

Wzór na określenie mocy śmigła (w KM) to:

(3.10)

Gdzie  - współczynnik mocy zależny od kształtu śmigła, ilości łopatek, kąta zabudowy, kształtu łopaty w planie, warunków pracy śmigła ( krok względny)

Ze wzoru (3.10) wynika, że moc wymagana do obrotu śmigła zależy od współczynnika mocy, prędkości i wysokości lotu, obrotów oraz średnicy śmigła.

Wraz ze wzrostem prędkości lotu zmniejsza się kąt natarcia elementu łopaty śmigła, ilość odrzucanego powietrza i jego prędkość, a zatem maleje również moc potrzebna do obracania śmigła. Wraz ze wzrostem wysokości lotu gęstość powietrza maleje, a moc potrzebna do obracania śmigła również maleje.

Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika wzrasta opór obracania się śmigła i rośnie moc potrzebna do obracania śmigła.

Śmigło obracane przez silnik rozwija ciąg i pokonuje opór samolotu, samolot się porusza.

Praca wykonana przez siłę ciągu śmigła w ciągu 1 sekundy. gdy samolot się porusza, nazywana jest ciągiem lub mocą wypadkową śmigła.

Siłę ciągu śmigła określa wzór

(3.11)

gdzie P w jest ciągiem wytwarzanym przez śmigło; V to prędkość samolotu.

Wraz ze wzrostem wysokości i prędkości lotu siła ciągu śmigła maleje. Gdy śmigło działa, gdy samolot się nie porusza, rozwijany jest maksymalny ciąg, ale siła ciągu wynosi zero, ponieważ prędkość ruchu wynosi zero.

WYDAJNOŚĆ ŚRUBY.

ZALEŻNOŚĆ WYDAJNOŚCI OD WYSOKOŚCI I PRĘDKOŚCI LOTU

Część energii obrotowej silnika jest zużywana na obracanie śmigła i ma na celu pokonanie oporu powietrza, zawirowanie wyrzucanego strumienia itp. Dlatego użyteczna druga praca, czyli użyteczna siła trakcyjna śmigła, N B, będzie mniejsza moc silnika N mi wydatkowana na obrót śmigła.

Stosunek użytecznej mocy napędowej do mocy pobieranej przez śmigło (efektywna moc silnika) nazywany jest współczynnikiem wydajności (sprawności) śmigła i oznaczany  . Jest to określone przez formułę

(3.12)

Ryż. 9 Charakterystyki mocy silnika M-14P samolotu Jak-52 i Jak-55

Ryż. 10 Przybliżony widok krzywej zmiany mocy dyspozycyjnej w zależności od prędkości lotu

Ryż. 11 Charakterystyka wysokościowa silnika M-14P w trybach 1 - start, 2 - nominalna 1, 3 - nominalna 2, 4 - przelotowa 1; 5 - rejs 2

Wartość sprawności śmigła zależy od tych samych czynników, co moc napędowa śmigła.

Sprawność jest zawsze mniejsza od jedności i dla najlepszych śmigieł sięga 0,8...0,9.

np- wymagana moc.

Aby zmniejszyć prędkość obrotową śmigła w silniku, stosuje się skrzynię biegów.

Stopień redukcji dobiera się w taki sposób, aby w trybie nominalnym końce łopatek opływały poddźwiękowym strumieniem powietrza.

Ryż. 12 Charakterystyki mocy silnika M-14P samolotu Jak-52 i Jak-55

Ryż. 13 Przybliżony widok krzywej zmiany mocy dyspozycyjnej w zależności od prędkości lotu

Ryż. 14 Charakterystyka wysokościowa silnika M-14P w trybach 1 - start, 2 - nominalna 1, 3 - nominalna 2, 4 - przelotowa 1; 5 - rejs 2

Wykres zależności dostępnej mocy efektywnej od prędkości lotu dla samolotów Jak-52 i Jak-55 przedstawiono na rys. 9.

Wykres Ryc. 10 nazywa się charakterystyką elektrowni pod względem mocy.

przy V=0, Np=0; przy prędkości lotu V=300 km/h, Np==275 KM (dla samolotu Jak-52) i V=320 km/h, Np=275 l. Z. (dla samolotu Jak-55), gdzie np- wymagana moc.

Wraz ze wzrostem wysokości moc efektywna maleje z powodu spadku gęstości powietrza. Charakterystykę jego zmiany dla samolotów Jak-52 i Jak-55 z wysokości lotu H przedstawiono na rys. jedenaście.

Ryż. 15 Charakterystyka wysokościowa silnika M-14P w trybach 1 - start, 2 - nominalna 1, 3 - nominalna 2, 4 - przelotowa 1; 5 - rejs 2

ŚRUBY O ZMIENNYM SKOKU

Aby wyeliminować wady śmigieł o stałym i stałym skoku, stosuje się śmigło o zmiennym skoku (VSP). Vetchinkin jest twórcą teorii VIS.

WYMAGANIA DLA VISH:

VISH powinien ustawić najkorzystniejsze kąty natarcia łopat we wszystkich trybach lotu;

Usuń moc znamionową z silnika w całym zakresie prędkości i wysokości roboczych;

Utrzymanie maksymalnej wartości współczynnika sprawności w możliwie najszerszym zakresie prędkości.

Łopaty VISH albo są sterowane specjalnym mechanizmem, albo ustawiane są w żądanej pozycji pod wpływem sił działających na śmigło. W pierwszym przypadku są to śmigła hydrauliczne i elektryczne, w drugim - aerodynamiczne.

śruba hydrauliczna - śmigło, w którym zmiana kąta ustawienia łopat odbywa się poprzez ciśnienie oleju podawanego do mechanizmu znajdującego się w piaście śmigła.

śruba elektryczna - śmigło, w którym zmiany kąta ustawienia łopat dokonuje silnik elektryczny połączony z łopatami przekładnią mechaniczną.

Śmigło aeromechaniczne - śmigło, w którym zmiana kąta ustawienia łopat odbywa się automatycznie - za pomocą sił aerodynamicznych i odśrodkowych.

Najczęściej stosowany hydrauliczny VISH. Automatyczne urządzenie w śmigłach o zmiennym skoku jest przeznaczone do utrzymywania stałej zadanej prędkości śmigła (silnika) poprzez synchroniczną zmianę kąta nachylenia łopat podczas zmiany trybu lotu (prędkość, wysokość) i nazywa się kontrolerem stałości prędkości ( RPO).

Ryż. 16 Działanie śmigła o zmiennym skoku V530TA-D35 przy różnych prędkościach lotu

RPO wraz z mechanizmem obracania łopat zmienia skok śmigła (kąt nachylenia łopat) w taki sposób, że obroty ustawione przez pilota za pomocą dźwigni sterującej VIS pozostają niezmienione (zadane) podczas lotu zmiany trybu.

W tym przypadku należy pamiętać, że obroty będą utrzymywane tak długo, jak długo efektywna moc na wale silnika N e będzie większa od mocy potrzebnej do obrócenia śmigła przy ustawieniu łopatek na najmniejszy kąt nachylenia (mały skok ).

na ryc. 16 przedstawia schemat działania VIS.

Przy zmianie prędkości lotu ze startu na maksimum w locie poziomym, kąt montażu łopat  wzrasta od wartości minimalnej  min do maksimum  Maks (duży krok). Dzięki temu kąty natarcia ostrza niewiele się zmieniają i pozostają zbliżone do najkorzystniejszych.

Praca VIS podczas startu charakteryzuje się tym, że podczas startu wykorzystywana jest cała moc silnika – rozwijany jest największy ciąg. Jest to możliwe pod warunkiem, że silnik rozwinie maksymalne obroty, a każda część łopaty śruby napędowej wytworzy największy ciąg, mając najmniejsze opory obrotu.

W tym celu konieczne jest, aby każdy element łopaty śmigła pracował przy kątach natarcia bliskich krytycznym, ale bez zatrzymywania przepływu powietrza. na ryc. 16, ale widać, że kąt natarcia łopaty przed startem (V=0) dzięki przepływowi powietrza z określoną prędkością  V nieznacznie różni się od kąta nachylenia łopaty o wartość f min. Kąt natarcia ostrza odpowiada wielkości maksymalnej siły podnoszenia.

Opór obrotu osiąga w tym przypadku wartość, przy której porównuje się moc wydatkowaną na obrót ślimaka i moc efektywną silnika, a obroty pozostaną niezmienione. Wraz ze wzrostem prędkości zmniejsza się kąt natarcia łopat śmigła (ryc. 16, b). Zmniejsza się opór obrotu, a śmigło staje się jakby lżejsze. Prędkość obrotowa silnika powinna wzrosnąć, ale RPO utrzymuje je na stałym poziomie, zmieniając kąt natarcia łopatek. Wraz ze wzrostem prędkości lotu łopaty obracają się pod większym kątem.  Poślubić .

Podczas lotu z maksymalną prędkością VIS musi również zapewniać maksymalną wartość ciągu. Podczas lotu z maksymalną prędkością kąt nachylenia łopat ma wartość graniczną pmax (ryc. 16, c). Dlatego wraz ze zmianą prędkości lotu zmienia się kąt natarcia łopaty, ze spadkiem prędkości lotu kąt natarcia wzrasta – śmigło staje się cięższe, ze wzrostem prędkości lotu kąt natarcia maleje – śmigło staje się lżejsze. RPO automatycznie przekłada łopaty śmigła pod odpowiednimi kątami.

Wraz ze wzrostem wysokości lotu moc silnika maleje, a RPO zmniejsza kąt nachylenia łopat, aby ułatwić pracę silnika i odwrotnie. W konsekwencji RPO utrzymuje stałą prędkość obrotową silnika wraz ze zmianą wysokości lotu.

Podczas podejścia do lądowania śmigło jest ustawione na mały skok, który odpowiada prędkości startowej. Umożliwia to pilotowi, wykonując różne manewry na ścieżce schodzenia, uzyskanie mocy startowej silnika przy wzroście prędkości do maksimum.

Właściwości aerodynamiczne śmigieł obejmują kąt natarcia i ciąg śmigła.

Kąt natarcia elementów łopaty śmigła  nazywany kątem między cięciwą elementu a kierunkiem jego rzeczywistego ruchu wynikowego W(ryc. 66).

Ryż. 66 Kąt montażu i kąt natarcia łopatek: a - kąt natarcia elementu łopatkowego, b - prędkość elementu łopatkowego

Każdy element ostrza wykonuje złożony ruch, składający się z ruchu obrotowego i translacyjnego. Prędkość obrotowa jest

Gdzie N Z- prędkość silnika.

prędkość do przodu to prędkość samolotu V . Im dalej element łopatkowy znajduje się od środka obrotu śmigła, tym większa jest prędkość obrotowa u .

Biorąc pod uwagę rys. 66a łatwo zauważyć, że:

gdy śmigło się obraca, a prędkość jazdy do przodu wynosi zero (V=0), wówczas każdy element łopaty śmigła ma kąt natarcia równy kątowi montażu elementu łopaty  ;

przy postępowym ruchu śmigła kąt natarcia elementu łopaty śmigła różni się od kąta nachylenia elementu łopaty śmigła (staje się od niego mniejszy);

kąt natarcia będzie tym większy, im większy będzie kąt montażu elementu łopaty śmigła;

wynikającą z tego prędkość obrotową elementu łopaty śruby napędowej W jest równa sumie geometrycznej prędkości translacyjnej i obrotowej i jest obliczana zgodnie z regułą trójkąta prostokątnego

(3.5)

im większa prędkość obrotowa, tym większy kąt natarcia elementu łopaty śmigła. I odwrotnie, im większa prędkość jazdy do przodu śruby napędowej, tym mniejszy kąt natarcia elementu łopaty śruby napędowej.

Analizując powyższe, możemy stwierdzić:

z prędkością do przodu V=0 kąt natarcia jest maksymalny i jest równy kątowi montażu łopaty śruby napędowej;

wraz ze wzrostem prędkości translacyjnej kąt natarcia maleje i staje się mniejszy niż kąt instalacji;

przy dużej prędkości lotu kąt natarcia ostrzy może stać się ujemny;

im większa prędkość obrotowa śmigła, tym większy kąt natarcia jego łopaty;

jeśli prędkość lotu jest stała, a prędkość obrotowa silnika spada, wówczas kąt natarcia maleje i może stać się ujemny.

Wyciągnięte wnioski wyjaśniają, jak zmienia się siła ciągu śmigła o stałym skoku wraz ze zmianą prędkości lotu i liczby obrotów.

ciąg śmigła powstaje w wyniku działania siły aerodynamicznej  R na elemencie łopaty śmigła podczas jego obrotu (ryc. 67).

Rozkładając tę siłę na dwie składowe, równoległe do osi obrotu i równoległe do płaszczyzny obrotu, otrzymujemy siłę LR i siłę oporu obrotu  X element łopaty śmigła.

Sumując siłę ciągu poszczególnych elementów łopaty śmigła i przykładając ją do osi obrotu, otrzymujemy siłę ciągu śmigła R .

Ciąg śmigła zależy od średnicy śmigła D, obrotów na sekundę N, gęstość powietrza  i obliczone według wzoru (w kgf lub N)

Zatem siła ciągu śmigła jest wprost proporcjonalna do jego współczynnika, gęstości powietrza, kwadratu obrotów śmigła na sekundę oraz średnicy śmigła do czwartej potęgi.

Ponieważ łopaty śmigła są geometrycznie symetryczne, wielkość sił oporu i ich usunięcia z osi obrotu będzie taka sama.

Siłę oporu obracania określa wzór

(3.7)

Gdzie Cx l - współczynnik oporu łopaty, biorąc pod uwagę jej płaski kształt, kształt profilu, kąt natarcia i wykończenie powierzchni ;

W - wynikowa prędkość, m/s;

S l - obszar ostrza;

DO - liczba ostrzy.

Ryż. 67 Siły aerodynamiczne śmigła

Ryż. 68. Tryby pracy śmigła

Siła oporu na obrót śruby względem jej obrotu tworzy moment oporu na obrót śruby, który jest równoważony momentem obrotowym silnika:

M tr =X V R V (3.8)

Moment obrotowy generowany przez silnik określa się (w kgf-m) za pomocą wzoru

(3.9)

Gdzie N mi- efektywna moc silnika.

Rozważany tryb nazywa się trybem dodatniego ciągu śmigła, ponieważ ciąg ten ciągnie samolot do przodu (ryc. 68, a). Gdy kąt natarcia ostrzy maleje, siły maleją. R i X(zmniejszony ciąg śruby napędowej i moment hamowania). Możliwe jest osiągnięcie sytuacji, w której P=0 iX= R. Jest to tryb zerowego ciągu (ryc. 68, b).

Tryby samoobroty i wiatraka są możliwe w locie poziomym i podczas nurkowania.

ZALEŻNOŚĆ CIĄGU ŚRUBY OD PRĘDKOŚCI LOTU. WPŁYW WYSOKOŚCI LOTU NA PRÓG ŚMIGŁA

Zależność ciągu śmigła V530TA-D35 od prędkości lotu przedstawia wykres na rys. 69. Aby go zbudować, mierzy się ciąg śmigła przy różnych prędkościach. Powstały wykres nazywany jest charakterystyką ciągu elektrowni.

WPŁYW WYSOKOŚCI LOTU NA PRÓG ŚRUBY.

Ryż. 69 Charakterystyka zespołu napędowego M-14P pod względem ciągu (dla H = 500 m) samolotu Jak-52 i Jak-55 ze śmigłem V530TA-D35

Ryż. 70 Moment hamowania śmigła i moment obrotowy silnika

MOMENT HAMOWANIA ŚRUBĄ I MOMENT SILNIKA.

Jak omówiono wcześniej, moment oporu śruby napędowej przeciwdziała momentowi obrotowemu silnika.

Aby śruba obracała się ze stałą prędkością, konieczne jest, aby moment hamowania M t, równy iloczynowi, był równy momentowi obrotowemu silnika M cr, równemu iloczynowi F d ,. te. M t \u003d M cr lub \u003d F d (ryc. 70). Jeśli ta równość zostanie naruszona, silnik zmniejszy lub zwiększy prędkość.

Wzrost prędkości obrotowej silnika prowadzi do wzrostu M cr i odwrotnie. Nowa równowaga zostaje ustalona przy nowej prędkości obrotowej silnika.

MOC WYMAGANA DO OBROTU ŚMIGŁA

Ta moc jest wydatkowana na pokonanie sił oporu stawianych obrotowi śmigła.

Wzór na określenie mocy śmigła (w KM) to:

(3.10)

Gdzie  - współczynnik mocy zależny od kształtu śmigła, ilości łopatek, kąta zabudowy, kształtu łopaty w planie, warunków pracy śmigła ( krok względny)

Ze wzoru (3.10) wynika, że moc wymagana do obrotu śmigła zależy od współczynnika mocy, prędkości i wysokości lotu, obrotów oraz średnicy śmigła.

Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika wzrasta opór obracania się śmigła i rośnie moc potrzebna do obracania śmigła.

Śmigło obracane przez silnik rozwija ciąg i pokonuje opór samolotu, samolot się porusza.

Praca wykonana przez siłę ciągu śmigła w ciągu 1 s, gdy samolot się porusza, nazywana jest ciągiem lub mocą wypadkową śmigła.

Siłę ciągu śmigła określa wzór

gdzie P w jest ciągiem wytwarzanym przez śmigło; V to prędkość samolotu.

WYDAJNOŚĆ ŚRUBY. ZALEŻNOŚĆ WYDAJNOŚCI OD WYSOKOŚCI I PRĘDKOŚCI LOTU

Ryż. 71 Charakterystyki mocy silnika M-14P samolotu Jak-52 i Jak-55

Ryż. 72 Przybliżony widok krzywej zmiany mocy dyspozycyjnej w zależności od prędkości lotu

Ryż. 73 Charakterystyka wysokościowa silnika M-14P w trybach 1 - start, 2 - nominalna 1, 3 - nominalna 2, 4 - przelotowa 1; 5 - rejs 2

Wartość sprawności śmigła zależy od tych samych czynników, co moc napędowa śmigła.

Sprawność jest zawsze mniejsza od jedności i dla najlepszych śmigieł sięga 0,8...0,9.

Wykres zależności dostępnej mocy efektywnej od prędkości lotu dla samolotów Jak-52 i Jak-55 przedstawiono na rys. 71.

Wykres Ryc. 72 nazywa się charakterystyką elektrowni pod względem mocy.

przy V=0, Np=0; przy prędkości lotu V=300 km/h, Np==275 KM (dla samolotu Jak-52) i V=320 km/h, Np=275 l. Z. (dla samolotu Jak-55), gdzie np- wymagana moc.

Wraz ze wzrostem wysokości moc efektywna maleje z powodu spadku gęstości powietrza. Charakterystykę jego zmiany dla samolotów Jak-52 i Jak-55 z wysokości lotu H przedstawiono na rys. 73.

Aby zmniejszyć prędkość obrotową śmigła w silniku, stosuje się skrzynię biegów.

Stopień redukcji dobiera się w taki sposób, aby w trybie nominalnym końce łopatek opływały poddźwiękowym strumieniem powietrza.

Śmigło jest najważniejszym elementem zespołu napędowego, a jego osiągi w locie zależą od tego, jak pasuje do silnika i samolotu.

Oprócz doboru parametrów geometrycznych śmigła należy zwrócić uwagę na kwestię dopasowania prędkości śmigła i silnika, czyli doboru skrzyni biegów.

Zasada działania śmigła

Łopata śmigła wykonuje złożony ruch - translacyjny i obrotowy. Prędkość elementu łopatki będzie sumą prędkości obwodowej i translacyjnej (prędkości lotu) - V

W dowolnej sekcji łopaty składowa prędkości V pozostanie niezmieniona, a prędkość obwodowa będzie zależała od wartości promienia, na którym znajduje się rozpatrywany odcinek.

W konsekwencji, gdy promień maleje, kąt natarcia strumienia na sekcję wzrasta, a kąt natarcia sekcji maleje i może stać się równy zeru lub ujemny. Tymczasem wiadomo, że skrzydło najefektywniej „pracuje” przy kątach natarcia bliskich kątom maksymalnego stosunku siły nośnej do oporu. Dlatego, aby zmusić ostrze do wytworzenia jak największego ciągu przy jak najmniejszym nakładzie energii, kąt musi być zmienny wzdłuż promienia: mniejszy na końcu ostrza i większy w pobliżu osi obrotu - ostrze musi być skręcone.

Prawo rozkładu grubości profili i skręcenia wzdłuż promienia śmigła, a także kształt profilu śmigła są ustalane w procesie projektowania śmigła, a następnie udoskonalane na podstawie podmuchów w tunelach aerodynamicznych. Badania takie są zwykle przeprowadzane w wyspecjalizowanych biurach projektowych lub instytutach wyposażonych w nowoczesny sprzęt i zaplecze komputerowe. Eksperymentalne biura projektowe, a także projektanci amatorzy, zwykle wykorzystują już opracowane rodziny śmigieł, których charakterystyki geometryczne i aerodynamiczne są przedstawiane w postaci bezwymiarowych współczynników.

Główna charakterystyka

średnica śruby - D zwana średnicą koła, które końce jego ostrza opisują podczas obrotu.

Szerokość ostrza jest cięciwą przekroju o zadanym promieniu. Obliczenia zwykle wykorzystują względną szerokość ostrza

grubość ostrza na dowolnym promieniu nazywana jest największą grubością przekroju na tym promieniu. Grubość zmienia się wzdłuż promienia łopaty, zmniejszając się od środka śmigła do jego końcówki. Przez grubość względną rozumie się stosunek grubości bezwzględnej do szerokości ostrza przy tym samym promieniu: .

Kąt montażu sekcji łopaty jest kątem utworzonym przez cięciwę tej sekcji z płaszczyzną obrotu śruby napędowej.

Skok ostrza H nazywana odległością, jaką ten odcinek pokona w kierunku osiowym, gdy śruba zostanie obrócona o jeden obrót wokół własnej osi, wkręcając się w powietrze jak w ciało stałe.

Krok i kąt instalacji sekcji są powiązane oczywistą zależnością:

Prawdziwe śmigła mają skok, który zmienia się wzdłuż promienia zgodnie z pewnym prawem. Jako charakterystyczny kąt ustawienia łopaty przyjmuje się z reguły kąt ustawienia sekcji znajdującej się w odległości 0,75R od osi obrotu śmigła, oznaczony jako .

Ostre ostrze nazywamy zmianą wzdłuż promienia kątów między cięciwą przekroju o zadanym promieniu a cięciwą o promieniu 0,75R, czyli

Dla ułatwienia obsługi wszystkie wymienione cechy geometryczne są zwykle przedstawiane graficznie jako funkcja aktualnego promienia śruby

Jako przykład, poniższy rysunek przedstawia dane opisujące geometrię dwułopatowej śruby napędowej o stałym skoku:

Jeśli śruba, obracając się z liczbą obrotów, porusza się do przodu z prędkością V wtedy w jednym obrocie pokona drogę. Ta wartość nazywana jest skokiem śruby, a jej stosunek do średnicy nazywany jest względnym skokiem śruby:

Właściwości aerodynamiczne śmigieł charakteryzują się zwykle bezwymiarowym współczynnikiem ciągu:

współczynnik mocy

I wydajność

Gdzie R- gęstość powietrza, w obliczeniach można przyjąć równą 0,125 kgf s 2 / m 4

Kątowa prędkość obrotowa śruby r / s

D- średnica śruby, m

P I N- odpowiednio ciąg i moc na wale napędowym, kgf, l. Z.

Teoretyczny limit ciągu śmigła

Dla projektanta ALS interesująca jest możliwość dokonania przybliżonych szacunków ciągu generowanego przez elektrownię bez obliczeń. Problem ten dość prosto rozwiązuje się za pomocą teorii idealnego śmigła, zgodnie z którą ciąg śmigła jest funkcją trzech parametrów: mocy silnika, średnicy śmigła i prędkości lotu. Praktyka pokazała, że ciąg racjonalnie wykonanych rzeczywistych śmigieł jest tylko o 15 - 25% niższy od teoretycznych wartości granicznych.

Wyniki obliczeń według teorii idealnego śmigła przedstawia poniższy wykres, który pozwala wyznaczyć stosunek ciągu do mocy w zależności od prędkości lotu i parametru nie dotyczy 2. Można zauważyć, że przy prędkościach bliskich zeru siła ciągu zależy w dużej mierze od średnicy śmigła, jednak już przy prędkościach drutowych 100 km/h zależność ta jest mniej znacząca. Ponadto wykres przedstawia wizualną reprezentację nieuchronności spadku ciągu śmigła w odniesieniu do prędkości lotu, co należy wziąć pod uwagę przy ocenie danych lotu ALS.

według materiałów:
„Poradnik dla projektantów samolotów amatorskich”, tom 1, SibNIIA

Śmigło jest jednostką przeznaczoną do wytworzenia siły ciągu, która jest reakcją odrzucaną przez przepływ powietrza przez śmigło, tworząc siłę ciągu, śmigło zamienia energię mechaniczną silnika na pracę wykonywaną podczas ruchu postępowego statku powietrznego.

Wymagania:

1. wysoka wydajność;

2. automatyczna zmiana kąta ustawienia łopat w zależności od trybu lotu i pracy silnika;

3. Zakres kątów łopat powinien zapewniać minimalny dodatni ciąg na biegu jałowym. Praca śruby wpustowej w trybie ciągu ujemnego

4. prędkość obrotowa łopatek wraz ze wzrostem kąta montażu powinna wynosić co najmniej 10 s / s;

5. muszą istnieć automatyczne urządzenia zabezpieczające przed wystąpieniem ujemnego ciągu;

6. zabezpieczenie łopatek i owiewek piasty śmigła (koka) przed oblodzeniem.

Klasyfikacja śrub. Kąt natarcia łopat śmigła zależy od prędkości lotu przy niezbyt małym kącie instalacji. Zjawisko to występuje w przypadku śmigieł o stałym skoku. Główną wadą takich śmigieł jest to, że mogą być ciężkie podczas startu z małą prędkością lotu i nie jest zapewniona moc startowa silnika. Podczas lotu poziomego z dużą prędkością translacyjną śmigło okazuje się lekkie, a prędkość obrotowa może wzrosnąć do niedopuszczalnie wysokich wartości, przy których nie jest zapewniona niezawodność pracy silnika. W przeszłości, gdy prędkości lotu były niskie, używano tych śmigieł. Wraz ze wzrostem prędkości lotu zaczęto stosować śmigła o zmiennym skoku – VISH (zakres zabudowy 100) z dalszym wzrostem prędkości lotu tj. wraz ze wzrostem kątów j - instalacyjnych zaczęto stosować śmigła z układami automatycznej regulacji prędkości obrotowej, zmieniając j z trybu lotu. Śmigła z takimi układami sterowania nazywane są śmigłami automatycznymi - AVISH.

siły aerodynamiczne.

Punkt przyłożenia wypadkowej siły znajduje się w środku nacisku

Siły aerodynamiczne powstają w wyniku działania strumienia powietrza na łopatki i rozłożenia na całej powierzchni. Taki schemat obciążenia łopaty można uznać za belkę, zamocowaną na jednym końcu i poddaną rozłożonemu obciążeniu, które wytwarza momenty zginające i skręcające. Środek nacisku znajduje się przed płaszczyzną obrotu. zależy od kątów natarcia łopaty i wynikających z tego prędkości nadjeżdżającego strumienia. Ze względu na stosunkowo małe ramiona aib, wielkość momentu sił aerodynamicznych jest niewielka. Przy ujemnych kątach natarcia łopatek kierunek zmienia się tak, że momenty obrotowe mają tendencję do obracania łopaty w kierunku zmniejszania kąta montażu.

Skok śruby i skok. Skok geometryczny śruby H to odległość, o jaką śruba przesunie się wzdłuż osi obrotu podczas jednego obrotu po wkręceniu w specjalnie wykonaną dla niej nakrętkę = r to odległość do rozważanego przekroju. Śruba charakteryzuje się , R jest promieniem śruby. Z (1) wynika, że skok śruby jest określony przez szybkość zmiany φ. Powietrze (sprężyste i ściśliwe) w jednym obrocie śruba porusza się o wartość znacznie mniejszą niż H - skok śmigła , - prędkość lotu m / s, n - obr / s.

Podczas obliczania użyj kroku względnego , - , jest bezwymiarowa i nazywana jest charakterystyką modową lub współczynnikiem prędkości śmigła.

Tryby śrubowe

Przy stałym kącie instalacji kąt natarcia łopat zależy od wielkości prędkości lotu. Wraz ze wzrostem prędkości lotu zmniejsza się kąt natarcia. Mówią, że w tym przypadku śmigło jest „odciążone”, ponieważ zmniejsza się moment oporu na obrót śmigła, a co za tym idzie, wymagana moc silnika maleje. Powoduje to wzrost prędkości obrotowej. Kiedy prędkość lotu spada, wręcz przeciwnie, zwiększa się kąt natarcia, a śmigło staje się „cięższe”, prędkość obrotowa maleje.

Przy dużym wzroście prędkości lotu lub przy małym kącie instalacji kąt natarcia może stać się równy zeru lub nawet ujemny. W przypadku łopatek stykają się one z przepływem powietrza nie częścią roboczą (tylną), ale tylną (przednią). W takim przypadku ciąg i moc mogą stać się ujemne.

Ciąg P i współczynnik ciągu są uważane za dodatnie, jeśli kierunek ciągu pokrywa się z kierunkiem ruchu statku powietrznego, w przeciwnym kierunku - ujemny. W tym przypadku śruba tworzy opór.

Moc śmigła T i współczynnik mocy są uważane za dodatnie, gdy moment obrotowy od sił aerodynamicznych śmigła jest przeciwny do kierunku jego obrotu. Jeśli moment obrotowy tych sił wspiera obrót śruby, czyli siła oporu obrotowego, moc śruby jest uważana za ujemną.

Podczas zmiany iw szerokim zakresie względny krok może zmieniać się od zera do nieskończenie dużych wartości dodatnich (kiedy ).

Rozważ najbardziej charakterystyczne tryby działania śmigła.

Nazywa się tryb, w którym prędkość translacji = 0, a zatem równa zeru tryb pracy śmigła - na miejscu (rys. po lewej). Na wykresie tryb ten odpowiada punktowi A, gdzie współczynniki ciągu i mocy mają zwykle wartości maksymalne. Kąt natarcia ostrzy a, gdy śruba jest na miejscu, jest w przybliżeniu równy kątowi montażu. Ponieważ śruba nie wykonuje żadnej użytecznej pracy podczas pracy w miejscu.

Nazywa się tryb pracy ślimaka, w którym powstaje dodatni ciąg w obecności prędkości translacyjnej tryb śmigła (rys. po prawej). Jest to główny i najważniejszy tryb pracy, który wykorzystywany jest podczas kołowania, startu, wznoszenia, lotu poziomego statku powietrznego, a częściowo podczas szybowania i lądowania. Na wykresie ten tryb lotu odpowiada sekcji ab, z wyłączeniem punktów aib. Wraz ze wzrostem względnego kroku zmniejszają się wartości współczynników ciągu i mocy. W tym przypadku wydajność ślimaka najpierw wzrasta, osiągając maksimum w punkcie b, a następnie gwałtownie spada. Punkt b charakteryzuje optymalny tryb pracy śmigła dla danej wartości kąta ustawienia łopat. Zatem tryb pracy śmigła odpowiada dodatnim wartościom współczynników , , .

Nazywa się tryb pracy, w którym śmigło nie wytwarza ani dodatniego, ani ujemnego ciągu (oporu). tryb zerowego ciągu. W tym trybie śruba wydaje się być swobodnie wkręcona w powietrze, bez odrzucania jej do tyłu i bez tworzenia ciągu. Tryb ciągu zerowego na wykresie odpowiada punktowi c. Tutaj współczynnik ciągu i wydajność śruby są zerowe. Współczynnik mocy ma pewną wartość dodatnią. Oznacza to, że do pokonania momentu oporu obracającego się śmigła w tym trybie potrzebna jest moc silnika.

Tryb zerowego ciągu może mieć miejsce podczas planowania samolotu. Kąt natarcia ostrzy w tym przypadku z reguły jest nieco mniejszy od zera.

Tryb pracy ślimaka, w którym przy dodatniej mocy powstaje ujemny ciąg (opór) na wale silnika, nazywa się potocznie tryb hamowania lub tryb hamowania śmigła. W tym trybie kąt napływu dysz jest większy niż kąt instalacji, czyli kąt natarcia łopatek jest wartością ujemną. W tym przypadku strumień powietrza wywiera nacisk na tył łopaty, co powoduje powstanie ciągu ujemnego. Na wykresie ten tryb pracy śruby odpowiada przekrojowi między punktami b i d, gdzie współczynniki i mają wartości ujemne, a wartości współczynnika zmieniają się od pewnej wartości dodatniej do zera. Moc silnika, podobnie jak w poprzednim przypadku, jest potrzebna do pokonania momentu oporu obracającego się śmigła.

Ujemny ciąg śmigła służy do skrócenia dobiegu. Aby to zrobić, łopaty są specjalnie przenoszone do minimalnego kąta instalacji, przy którym kąt natarcia jest ujemny podczas lotu samolotu.

Tryb pracy, gdy moc na wale silnika jest zerowa, a śmigło obraca się pod wpływem energii nadchodzącego przepływu (pod działaniem sił aerodynamicznych przyłożonych do łopatek), nazywa się tryb autorotacji . Jednocześnie silnik rozwija moc niezbędną tylko do pokonania sił wewnętrznych i momentów tarcia powstających podczas obracania się ślimaka. Na wykresie tryb ten odpowiada punktowi G. Ciąg śmigła, podobnie jak w trybie hamowania, jest ujemny.

Nazywa się tryb działania, w którym moc na wale silnika jest ujemna, a śruba obraca się pod wpływem energii nadchodzącego przepływu tryb wiatraka . W tym trybie śruba nie tylko nie zużywa mocy silnika, ale sama obraca wał silnika z powodu energii nadchodzącego przepływu. Na wykresie tryb ten odpowiada sekcji po prawej stronie punktu G. Tryb wiatraka służy do uruchamiania zatrzymanego silnika w locie. W takim przypadku wał silnika obraca się do prędkości obrotowej niezbędnej do rozruchu, bez konieczności stosowania specjalnych urządzeń rozruchowych.

Hamowanie samolotu podczas rozbiegu również rozpoczyna się w trybie wiatraka i przechodzi kolejno przez etapy autorotacji i hamowania, aż do trybu ciągu zerowego.

Śruba wytwarza ciąg w powietrzu, działając na nie jak skrzydło. Skrzydło samolotu zwykle porusza się translacyjnie, podczas gdy łopata śmigła porusza się zarówno translacyjnie, jak i rotacyjnie. Łopata śmigła ma kształt wydłużonego prostokąta, którego jeden rozmiar jest znacznie mniejszy od drugiego, obracając się z prędkością kątową W o osi x - x(ryc. 4.1), przechodząc na jednej krawędzi tego prostokąta. Płaszczyzna prostokąta pozostawiająca pewien kąt J z płaszczyzną obrotu, porusza się także postępowo w kierunku osi obrotu z prędkością w. Cięcie ostrza walcem o promieniu R, którego oś pokrywa się z osią X; otrzymujemy wydłużony prostokąt w przekroju. Ponieważ szerokość ostrza jest zwykle niewielka w porównaniu z jego długością, przekrój cylindra zastępuje się przekrojem zbliżonym do nich, ale wygodnym do rysowania, przekrojem płaszczyzny stycznej do cylindra i prostopadłej do osi ostrze (ryc. 4.1).

Ponieważ ostrze wykonuje złożony ruch - translacyjny i obrotowy, musisz dodać te dwa ruchy. Suma geometryczna obwodowej prędkości obrotowej U = Wr, i prędkość translacyjna (prędkość lotu) V,(Rysunek 4.2) daje wektor W(prędkość przepływu powietrza względem profilu przekroju). Jeśli weźmiemy inny przekrój przez płaszczyznę styczną do walca o mniejszym lub większym promieniu, to składowa prędkości V pozostaje taka sama, a prędkość obwodowa wr będzie mniej lub więcej; ta ostatnia zmienia się liniowo, stając się równa zeru na osi śruby.

Ponieważ ostrze jest płaskie, kąt J będzie taki sam na wszystkich promieniach i kącie β , zwany kątem napływu do sekcji, będzie różny przy różnych promieniach ze względu na zmienną obwodową prędkość obrotową W r. Dlatego ze zmniejszającym się promieniem R narożnik β wzrasta i kąt A=φ-β maleje i może stać się zerowy lub nawet ujemny.

Śmigła dzielą się na śmigła o stałym skoku (VFSH) i śmigła o zmiennym skoku (VSP).

Śmigło przekształca moment obrotowy TVD lub PD w ciąg. W tym przypadku występują straty szacowane współczynnikiem sprawności (sprawności) śmigła.

VFS charakteryzuje się stałym kątem ostrza. Strukturalnie ta śruba ma tuleję, w której sztywno zamocowane są ostrza, które przenoszą na nią nacisk, a także odbiera moment obrotowy z wału silnika na śrubę.

VISH składa się z łopatek, tulei z mechanizmem obracania łopatek oraz urządzeń zapewniających jej niezawodną pracę. Do sterowania śrubą jest sprzęt do działania automatycznego i ręcznego.

Śmigła podlegają następującym wymaganiom:

Wysoka wydajność;

Dla VISH - zmiana kąta ustawienia łopatek w zakresie zapewniającym łatwy rozruch silnika; minimalny dodatni ciąg śruby napędowej na biegu jałowym; maksymalny ujemny ciąg podczas biegu i minimalny opór łopatek w położeniu łopatek; automatyczna zmiana kąta montażu łopat w zależności od trybu lotu samolotu i pracy silników przy prędkości obrotowej co najmniej 10°/s;

Minimalne wartości momentów reaktywnych i żyroskopowych;

Konstrukcja śmigła i regulatora prędkości musi zawierać automatyczne urządzenia zabezpieczające, które ograniczają dowolne przejście łopat śmigła do małych kątów montażowych i zapobiegają występowaniu ujemnego ciągu w locie;

Zabezpieczenie łopat i owiewek piasty śmigła przed oblodzeniem;

Wystarczająca wytrzymałość przy niskiej wadze, równowadze i minimalnym hałasie.

Główne cechy śruby są zwykle podzielone na geometryczne, kinematyczne i aerodynamiczne.

4.2. CHARAKTERYSTYKA GEOMETRYCZNA ŚRUBY

Cechy geometryczne obejmują: średnicę Dśmigło, liczba łopat, kształt łopat w rzucie, grubość C, akord sekcji B i kąty montażu sekcji łopatek. Średnica śruby (D=2R) określa okrąg zapisany przez końce łopat, gdy śruba obraca się wokół własnej osi (rys. 4.3). Średnica jest najważniejszą cechą śruby, ponieważ to ona decyduje głównie o jej właściwościach trakcyjnych.

Wartość średnicy dobierana jest ze względów aerodynamicznych i jest zgodna z możliwością umieszczenia śmigła na samolocie. Średnice współczesnych śmigieł wahają się od 3 m do 6 m.

Duże średnice śrub prowadzą do niskiej wydajności. w związku z możliwością pojawienia się prędkości naddźwiękowych na końcowych odcinkach łopat, a także komplikują układ silnika na samolocie. Małe średnice nie pozwalają na przekształcenie zadanego momentu obrotowego silnika na wymagany ciąg.

Jeśli ostrze jest cięte w określonym promieniu R cylindrycznej powierzchni mającej oś podłużną pokrywającą się z osią obrotu śmigła, wówczas odcisk nacięcia nazywany jest przekrojem łopaty. Ta sekcja ma profil w kształcie skrzydła. Część ostrza między dwoma promieniami ( R I R+Δ R), jest elementem ostrza o powierzchni ∆S=b∆r. Tutaj i poniżej przekroje płaskie są brane pod uwagę zamiast przekrojów łukowych.

Współczynnik bieżącego promienia przekroju R do promienia śruby R zwany promieniem względnym =r/R. Oznaczony jest promień niepracującej części ostrza zajmowanej przez tuleję r0. I 0 = r0 /R.

Aby przekształcić moment obrotowy silnika w ciąg przy minimalnej wartości średnicy, śmigło ma kilka łopatek. W nowoczesnych teatrach zwykle instaluje się śmigła czterołopatowe. Większa liczba ostrzy zmniejsza wydajność. W potężnych silnikach teatralnych zamiast zwiększania liczby łopat stosuje się śmigła współosiowe, ułożone jedno za drugim i obracające się w przeciwnych kierunkach wokół jednej osi.

Charakterystyczne wymiary przekroju ostrza to maksymalna szerokość B i grubość- Z ostrzy, jak również ich względne rozmiary

= I =

Dla nowoczesnych śrub max = 8 ... 10% (ryc. 4.4).

linia 0V(patrz ryc. 4.3), przechodzący przez środek sekcji ostrza, nazywany jest jego osią. Kształt osi łopaty (prostej lub zakrzywionej) oraz rozkład szerokości łopaty wzdłuż tej osi charakteryzują kształt łopaty w planie. Zbliżanie się max do końca łopaty zwiększa ciąg śmigła, ale zwiększa moment zginający w wyniku przesunięcia środka nacisku w kierunku końca łopaty.

Maksymalna grubość odcinka łopatki maleje w kierunku jej końca (przy dużych prędkościach przepływu wymagana jest mniejsza względna grubość profilu). W celu porównawczej oceny tej grubości należy wziąć pod uwagę jej względną wartość na 0 =0, 9 i oznacz 0,9 . Do nowoczesnych śrub 0,9 \u003d 4 ... 5% (ryc. 4.4).

4.3 WŁAŚCIWOŚCI KINEMATYCZNE WINA

Płaszczyzna prostopadła do osi obrotu śmigła i przechodząca przez dowolny punkt łopaty nazywana jest płaszczyzną obrotu śmigła. Istnieje nieskończona liczba takich równoległych płaszczyzn. Zwykle przez płaszczyznę obrotu wkrętu rozumie się płaszczyznę przechodzącą przez środek lub koniec cięciwy profilu (rys. 4.5).

Sekcje łopatek są nachylone do płaszczyzny obrotu. Kąt przekroju ostrza φ mierzona między płaszczyzną obrotu śruby a cięciwą profilu. Wartość φ określa wartość skoku dla danego promienia śruby H jako odległość, jaką śmigło przebyłoby w nieustępliwym ośrodku podczas jednego obrotu

h=2r tgφ n s ,

Gdzie n s to liczba obrotów śruby na sekundę.

Podczas pracy śrub nie mierzy się wartości skoku, ale określenie „skok śruby” stało się powszechne.

Charakterystykami kinematycznymi śmigła są prędkości obwodowe, translacyjne i wypadkowe sekcji łopat, kąty natarcia i napływu strumienia, współczynnik prędkości. W locie część łopaty śmigła obraca się z prędkością obwodową U=ωr=2pl s r i porusza się do przodu z prędkością lotu w. Oprócz tych głównych

prędkości, ssanie indukcyjne i prędkości skręcające powstają w płaszczyźnie obrotu, które nie są tutaj brane pod uwagę dla uproszczenia. W tym przypadku wynikowa prędkość W jest określony przez formułę

Kierunek prędkości W tworzy kąt natarcia α z cięciwą profilu i z prędkością u kąt napływu strumienia β. Następnie

φ=a+β,

β=łuk tg =łuk tg .

Przy stałych wartościach prędkości translacyjnej V i kąt instalacji φ wraz ze wzrostem promienia przekroju ostrza kąt β maleje, a kąt A wzrasta.

Aby każda sekcja ostrza znajdowała się pod tym samym najkorzystniejszym kątem natarcia A naiwny (przy którym stosunek siły nośnej do oporu jest maksymalny), konieczne jest zmniejszenie kąta β zmniejszyć kąt instalacji φ . Dlatego przy łopacie śmigła kąty zabudowy w części nasieniowej (przy kolbie) są największe, a ku końcowi łopaty maleją (rys. 4.6). Taki rozkład kątów montażu sekcji łopatek nazywany jest skrętem geometrycznym. Skręt musi zapewnić warunek a=φ-β=konst=naiwny.

Aby określić wielkość skręcenia łopaty, stosuje się pojęcie względnego skręcenia sekcji łopaty (ryc. 4.7), porównując kąt φ montaż dowolnej sekcji łopaty przy kącie instalacji sekcji wynoszącym = 0,75 i oznaczonym jako φ 0,75: =φ - φ 0,75. O całkowitym skręcie łopaty decyduje różnica kątów montażu na początku roboczej części łopaty φro i na końcu ostrza φ R. Ponieważ kąt montażu łopat zmienia się wzdłuż promienia śmigła, jest on mierzony przy promieniu nominalnym r nom. Oznaczający r nom zwykle przyjmuje się równą 1000 mm dla śrub z D<4 м и 1600 мм для винтов с D>4 m

Przy stałych wartościach kąta montażu sekcji łopaty ( β i obwodowe ostrze lotu u) kąt natarcia zmienia się wraz z prędkością. Wraz ze wzrostem prędkości V kąt ataku A maleje i ze spadkiem V- wzrasta. Aby zmienić prędkość lotu, kąt natarcia A pozostała stała, konieczna jest zmiana kąta montażu ostrza (ryc. 4.8).

Jest to możliwe poprzez obracanie łopaty w piaście śmigła względem własnej osi śmigła. W przypadku VFS osiąga się to poprzez zwiększenie prędkości obwodowej u(wzrost prędkości śmigła).

4.4. WŁAŚCIWOŚCI AERODYNAMICZNE ŚMIGŁA

Właściwości aerodynamiczne śmigła obejmują ciąg R, moment oporu M i moc N wymagany do obrócenia śruby i wydajność η w

Jak wspomniano powyżej, łopaty śmigła, które są w ruchu obrotowym i postępowym, mają różne prędkości ruchu w stosunku do nadlatującego strumienia powietrza. Biorąc pod uwagę dwa odcinki ostrza (patrz ryc. 4.9) na promieniach R I r+Δ R a część ostrza uzyskana między tymi sekcjami nazywa się element ostrza o promieniu r. Obszar tego elementu ostrza będzie dS=bdr.

W ruchu odwrotnym określony element łopatki poddawany jest przepływowi z określoną prędkością V równolegle do osi ślimaka, a po drugie przepływ z prędkością u w kierunku prostopadłym do prędkości V, podając wynikową prędkość W- prędkość przepływu na elemencie łopatkowym. Kąt między wektorami W a cięciwa przekroju to kąt natarcia przekroju α .

Narożnik φ między cięciwą przekroju a wektorem u(lub, która jest jednocześnie płaszczyzną obrotu śmigła) to kąt montażu sekcji łopaty, a kąt β między wektorami prędkości u I W- kąt natarcia. Taki element łopaty można uznać za skrzydło i można do niego zastosować ogólne wzory aerodynamiczne.

Siła podnoszenia elementu łopatkowego:

dY=C y d S ,(4.1)

i przeciągnij

dX=Cx dS. (4.2)

Jak wiadomo z aerodynamiki, współczynnik oporu powietrza C x zależy od względnej rozpiętości skrzydła. Jaki względny zakres przyjąć w tym przypadku? Na pierwszy rzut oka wydaje się, że należy przyjąć nieskończony zakres; ale, jak wiadomo z aerodynamiki, takie skrzydło nie będzie miało oporu indukcyjnego. Nie będzie więc powodował prędkości indukcyjnych, co jest sprzeczne z tym, co powinno być w strumieniu idealnego śmigła. Jeżeli więc element łopaty przyjmiemy za skrzydło o nieskończonej rozpiętości, to prędkość powodowaną przez śrubę należy znaleźć w inny sposób, a następnie przyjąć trójkąt prędkości w przekroju łopaty, jak pokazano na ryc. 4.5. Aby móc wykorzystać te wzory do określenia ciągu i mocy elementu łopatkowego, należy je uwzględnić C y I C x dla jakiegoś fikcyjnego zakresu względnego i weź pod uwagę, że element działa w ostrzu w izolacji - bez wpływu sąsiednich elementów. Ponadto należy przyjąć, że wpływ opływu na taki element, mimo że porusza się on po trajektorii śrubowej, jest podobny do wpływu opływu na poruszające się do przodu skrzydło. To ostatnie założenie jest zwykle nazywane hipotezą płaskich przekrojów.

dY= C y b dr(4.3)

dX= C x b dr(4.4)

Wartości bezwzględne wymiarów liniowych ostrza wyrażono w postaci względnej:

b = re, r = I dr=d

Wyrazić W Poprzez u I β.

U=ώr=2πn s r= πn s(4.5)

W 2 ==(4.6)

Wartości elementarnej siły podnoszenia dY i siły oporu dX biorąc pod uwagę (4.6), mamy:

dY=Cy=Cy(4.7)

dX=C x = C x (4.8)

Zaprojektujmy siłę podnoszenia i opór elementu tak, aby opadały w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach – w kierunku równoległym do osi śruby oraz w kierunku pokrywającym się z płaszczyzną obrotu śruby (rys. 4.10).

Występ dY daje ciąg na oś śmigła dP element ostrza:

dP=dYcosβ-dXsinβ= ()(4.9)

Występ dX na płaszczyźnie obrotu śruby daje siłę oporu obrotu tego elementu:

dT=dYsinβ+dXcosβ= () (4.10)

Moment oporu obrotu dM element ostrza:

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

Wymagana moc obrotowa dn element ostrza:

dN=dM ω= dM 2πn s = ( ) (4.12)

Ogólny ciąg R i moc N do śrub z Iłopaty wyrażone są odpowiednimi całkowymi zależnościami wyrażeń (4.9) i (4.12):

P= () . (4.13)

N= () . (4.14)

We wzorach (4.13) i (4.14) całki są funkcjami zmiennymi zależnymi od geometrycznej i aerodynamicznej charakterystyki łopaty śmigła i odpowiednio je oznaczają C R jest współczynnikiem ciągu i C N jest współczynnikiem mocy, otrzymujemy końcowe wyrażenie na ciąg i moc:

P= do P. ρn 2 re 4 ,(4.15)

N= C N ρn 3 re 5 ,(4.16)

Wydajność śruby η w można zapisać jako:

η w = = = = λ= π (4.17)

Prędkość względna to stosunek prędkości swobodnego strumienia do prędkości obwodowej na końcu ostrza:

Ryż. 4.11a. Charakterystyka aerodynamiczna śmigła

Tutaj stosunek ten nazywany jest skokiem śruby (translacyjny ruch śruby w ośrodku podatnym), a =λ- skok względny, wtedy: λ=π .

Przy doborze śmigła i podczas obliczeń aerodynamicznych samolotu ustala się moc przenoszoną przez silnik na śmigło, wymagana jest również znajomość tylko sprawności śmigła – ciąg śmigła zwykle nie jest wykorzystywany w obliczeniach aerodynamicznych. Wygodnie jest połączyć krzywe С N i η, aby odpowiednie wartości zostały wykreślone na krzywych С N – η, to schemat pokazany na ryc. 4.11a.

Na nim λ jest wykreślone wzdłuż odciętej, CN wzdłuż rzędnej; krzywe C N są rozmieszczone zgodnie z parametrem kąta montażu śruby φ; na krzywych C N nanoszone są punkty odpowiadającej sprawności śmigła, po połączeniu powstają krzywe o tej samej sprawności. Jak widać, krzywe tej samej wydajności są domknięte i dwukrotnie przecinają odpowiednie krzywe C N. Rdzeń tych krzywych zamkniętych odpowiada najwyższej wartości sprawności. Taki schemat nazywa się charakterystyką aerodynamiczną śmigła. Wykres powinien wskazywać warunki badania, tj. typ urządzenia ślimakowego, średnicę badanego ślimaka, typ ślimaka lub jego geometrię, kształt i wymiary korpusu za ślimakiem, natężenie przepływu i liczbę obrotów podczas testu. Schemat pokazany na ryc. 197, jest głównym wyborem śrub.

4.5. TRYBY PRACY

Ryż. 4.12. Operacja śrubowa na miejscu

Przy stałym kącie ostrza J jej kąt natarcia α zależy od wartości prędkości lotu (patrz rys. 4.10). Wraz ze wzrostem prędkości lotu zmniejsza się kąt natarcia. W tym przypadku mówi się, że śmigło „staje się lżejsze”, ponieważ moment oporu obracającego się śmigła maleje, co powoduje wzrost jego prędkości obrotowej. Przeciwnie, wraz ze spadkiem prędkości lotu zwiększa się kąt natarcia, a śmigło staje się „cięższe”, częstotliwość jego obrotów maleje.

moc śmigła N i współczynnik mocy C N są uważane za dodatnie, gdy moment obrotowy od sił aerodynamicznych śmigła jest przeciwny do kierunku jego obrotu.

Jeżeli moment tych sił jest skierowany w kierunku obrotu śruby, czyli siła oporu obrotu T<0, мощность винта считается отрицательной.

Poniżej przedstawiono najbardziej typowe tryby pracy śmigła.

Tryb, w którym prędkość translacji V=0, stąd, λ I h w równy zeru nazywamy trybem przykręć pracę na miejsce(Rys. 4.12). na ryc. 4.11 ten tryb odpowiada punktowi A, gdzie są współczynniki ciągu Poślubić i moc C N mają zwykle wartość maksymalną. Kąt ostrza ά gdy śruba jest na swoim miejscu, jest w przybliżeniu równa kątowi instalacji φ. Ponieważ h w = o, wtedy śruba nie wykonuje żadnej użytecznej pracy podczas pracy w miejscu.

Nazywa się tryb pracy ślimaka, w którym powstaje dodatni ciąg w obecności prędkości translacyjnej tryb śmigła(rys. 4.13). Jest to główny i najważniejszy tryb pracy, który wykorzystywany jest podczas kołowania, startu, wznoszenia, lotu poziomego samolotu oraz częściowo podczas zniżania i lądowania. na ryc. 4.11 ten tryb lotu odpowiada sekcji Ab. Wraz ze wzrostem względnego kroku λ wartości współczynników ciągu i mocy maleją. W takim przypadku wydajność ślimaka najpierw wzrasta, osiągając maksimum w pewnym momencie B, a potem spada.

Kropka B charakteryzuje optymalny tryb pracy śmigła dla zadanej wartości kąta ustawienia łopat J. Zatem tryb pracy śmigła odpowiada dodatnim wartościom współczynników C P, C N I h w. Te warunki lotu zwykle występują, gdy samolot opada. W elektrowniach z VFSh możliwe jest obracanie się śmigła.

Ryc.4.15. Praca śmigła w trybie hamowania

Nazywa się tryb pracy, w którym śmigło nie wytwarza ani dodatniego, ani ujemnego ciągu (oporu). tryb zerowego ciągu. W tym trybie śruba wydaje się być swobodnie wkręcana w powietrze, bez odrzucania jej do tyłu i bez tworzenia ciągu (ryc. 4.14). Tryb zerowego ciągu na ryc. 4.11 punkt meczowy V. Siła wypadkowa dr pojawia się w trzeciej ćwiartce.Tutaj współczynnik ciągu C str i sprawność śmigła h w są równe zeru. Współczynnik mocy C N ma pewną wartość dodatnią, odpowiadającą kosztom energii potrzebnym do pokonania obrotu ślimaka. Kąt natarcia ostrzy w tym przypadku z reguły jest nieco mniejszy od zera.

Tryb pracy śmigła, w którym powstaje ujemny ciąg (opór) przy dodatniej mocy na wale silnika, nazywa się tryb hamowania, lub tryb hamowania śruby (ryc. 4.15). W tym trybie kąt napływu strumieni β większy kąt instalacji φ , tj. kąt natarcia ostrza α- wartość jest ujemna. W tym przypadku strumień powietrza wywiera nacisk na tył łopaty, co powoduje powstanie ujemnego ciągu, ponieważ. siła wypadkowa dr pojawia się w trzeciej ćwiartce. Na ryc. 4.11 ten tryb działania śruby odpowiada sekcji zamkniętej między punktami V I G, na którym współczynniki Poślubić I η w mają wartości ujemne, a wartości współczynnika C N zmienić od pewnej wartości dodatniej do zera.

Rys.4.16 Praca śmigła w trybie autorotacji

Podobnie jak w poprzednim przypadku, do pokonania momentu oporu obracającego się śmigła potrzebna jest określona moc silnika. Ujemny ciąg śmigła służy do skrócenia dobiegu. Aby to zrobić, ostrza są specjalnie przenoszone do minimalnego kąta instalacji. φ min, przy którym podczas biegu samolotu kąt natarcia α negatywny.

Tryb pracy, gdy moc na wale silnika jest zerowa, a śmigło obraca się pod wpływem energii nadlatującego strumienia (pod działaniem sił aerodynamicznych przyłożonych do łopatek), nazywa się tryb autorotacji(Rys. 4.16). Silnik rozwija moc N, niezbędne tylko do pokonania sił wewnętrznych i momentów oporu powstających podczas obrotu śruby.

Siła wypadkowa dR=-dP zorientowane ściśle wzdłuż osi obrotu śmigła i skierowane przeciwnie do lotu statku powietrznego. na ryc. 4.11 ten tryb odpowiada punktowi G. Ciąg śmigła, podobnie jak w trybie hamowania, jest ujemny.

Ryż. 4.17. Działanie turbiny wiatrowej

Nazywa się tryb działania, w którym moc na wale silnika jest ujemna, a śruba obraca się pod wpływem energii nadchodzącego przepływu tryb wiatraka(Rys. 4.17). W tym trybie śruba nie tylko nie zużywa mocy silnika, ale sama obraca wał silnika z powodu energii nadchodzącego przepływu. na ryc. 4.11 tryb ten odpowiada sekcji po prawej stronie punktu G a następnie, biorąc pod uwagę śrubę jako źródło energii, h w> 0

Tryb wiatraka służy do uruchamiania zatrzymanego silnika w locie. W takim przypadku wał silnika obraca się do prędkości niezbędnej do rozruchu, bez konieczności stosowania specjalnych urządzeń rozruchowych.

Wyhamowanie samolotu podczas biegu odbywa się poprzez przeniesienie łopat śmigła do minimalnego kąta instalacji i rozpoczyna się w trybie wiatraka, przechodząc kolejno przez etapy, autorotację, hamowanie, tryb ciągu zerowego. Wraz ze spadkiem prędkości biegu śmigło zaczyna działać w trybie minimalnego ciągu.

4.6. KLASYFIKACJA ŚRUB O ZMIENNYM SKOKU

Wcześniej wykazano, że wartość kąta natarcia łopat przy stałym kącie instalacji φ zależy od prędkości lotu. W VFS przy małych prędkościach lotu (startu) kąty natarcia sekcji łopat są zbliżone do kątów montażu łopat, co powoduje, że śmigło staje się „ciężkie”. W takim przypadku moc silnika jest niewystarczająca do rozkręcenia śmigła do prędkości startowej (maksymalnej). W locie poziomym z dużą prędkością do przodu kąt natarcia łopat może znacznie się zmniejszyć, co spowoduje nadmierną moc silnika (w stosunku do śmigła), co doprowadzi do wzrostu obrotów do niedopuszczalnie wysokich wartości, przy których niezawodność pracy silnika nie jest zapewniona.

W przeszłości, gdy zakres prędkości samolotu był mały, stosowano śmigła o stałym skoku. W miarę ulepszania samolotów i zwiększania zakresu prędkości lotu pojawiło się zapotrzebowanie na śmigła o zmiennym skoku. Pierwszy VIS miał stosunkowo mały zakres kątów łopatek, który zwykle nie przekraczał 10°. Były to z reguły śruby dwuskokowe. Start i wznoszenie w tym przypadku odbywały się przy małym kącie instalacji (mały krok), co umożliwiło uzyskanie startowej prędkości wirnika silnika podczas pracy w miejscu. Po przejściu do lotu poziomego łopaty zostały przeniesione na duży skok za pomocą specjalnych mechanizmów.

Wraz z dalszym wzrostem zakresu prędkości lotu samolotów, a co za tym idzie, wraz ze wzrostem zakresu kątów łopat, zaczęto stosować śmigła z układami automatycznej regulacji prędkości poprzez zmianę kąta zabudowy w zależności od trybu lotu.

W zależności od źródła energii do wymuszonego ruchu łopatek względem ich osi wzdłużnych, VIS dzieli się na:

Mechaniczny (energia jest pobierana z silnika za pomocą mechanizmu różnicowego lub z wysiłku pilota);

Elektryczny, w którym ruch ostrzy odbywa się za pomocą silnika elektrycznego umieszczonego w pokrętle śruby i połączonego z kolbami ostrzy za pomocą przekładni stożkowej;

Hydrauliczny, w którym elementem napędowym jest tłok hydrauliczny w korpusie śruby, którego ruch translacyjny jest przekształcany przez mechanizm korbowy w ruch obrotowy ostrzy.

Regulacja VIS polega na utrzymywaniu stałych obrotów śmigła (silnika) niezależnie od rozwijanej mocy silnika, poprzez zmianę kąta nachylenia łopat za pomocą regulatora odśrodkowego.

Gdy silnik odchyla się od stanu równowagi w kierunku większej mocy rozwijanej, próba zwiększenia jego obrotów jest udaremniana przez ustawienie łopatek pod większym kątem. W tym przypadku prędkość obrotowa ślimaka pozostaje na tym samym poziomie (w granicach tolerancji) przy jednoczesnym wzroście ciągu. Jeżeli tryb odchyla się w kierunku zmniejszania, proces regulacji przebiega w przeciwnym kierunku.

Śmigła z takimi systemami kontroli prędkości nazywane są automatycznymi śmigłami pneumatycznymi. Strukturalnie śmigła automatyczne są bardzo złożonymi jednostkami, których udana eksploatacja i konserwacja jest możliwa tylko po dokładnym przestudiowaniu zasad ich działania i zasad eksploatacji technicznej.

4.7. SIŁY I MOMENTY DZIAŁAJĄCE NA OSTRZA

Siły odśrodkowe łopatek i ich momenty

Na przekroju poprzecznym o dowolnym promieniu łopaty wybieramy końcowe masy elementarne. Podczas obracania się śmigła na te elementy łopaty działają siły odśrodkowe, skierowane wzdłuż promienia od osi obrotu i leżące w płaszczyźnie obrotu tych elementów.

Wektory sił odśrodkowych dP c1 I dP c2 skrajne części elementu łopatki (ryc. 4.18) są skierowane od osi obrotu i prostopadłe do niej. Można je rozłożyć w odpowiednich płaszczyznach obrotu na składowe osiowe i normalne dK 1 , dK 2 I df 1 , df 2. Te ostatnie siły są również pokazane w przekroju ostrza.

Rozwinięcie wektorów siły odśrodkowej dla innych podobnych części przekroju, znajdujących się pomiędzy krawędzią natarcia i spływu w obrębie tego samego przekroju łopaty, daje wykres składowych poprzecznych sił odśrodkowych (rys. 4.19). siły odśrodkowe (Rys. 4.18) zmieniają swój kierunek przy przechodzeniu przez oś łopaty. Zamiana sił w jednym kierunku na odpowiednią wypadkową dF 1 I dF 2 ,łapiemy ten moment M c od poprzecznych składowych sił odśrodkowych, które mają tendencję do obracania ostrza w celu zmniejszenia kąta instalacji.

W śmigłach o zmiennym skoku obrót łopatek do wymaganego kąta montażu następuje względem osi pokrywających się z osiami czołowych (cylindrycznych) części łopatek.

Wielkość momentu Mc, zależy od prędkości śmigła, materiału, wymiarów geometrycznych, kątów montażu i skręcenia łopat.

Siły aerodynamiczne i ich momenty

Siły aerodynamiczne powstają w wyniku działania strumienia powietrza na łopatę i rozkładają się na całej jej powierzchni. Taki schemat obciążenia łopaty można uznać za belkę sztywno zamocowaną jednym końcem, poddaną działaniu rozłożonego obciążenia aerodynamicznego, które wytwarza momenty zginające i skręcające.

Wypadkowa sił aerodynamicznych elementu łopatki przykładana jest do środka nacisku, który zwykle znajduje się przed osią obrotu łopaty (patrz rys. 4.5) i ma tendencję do jej obracania w kierunku zwiększania się instalacji kąt. Wielkość całkowitego momentu sił aerodynamicznych łopaty dla danego śmigła zależy od kątów natarcia łopaty i wielkości wypadkowej prędkości nadlatującego strumienia. Wartość momentu sił aerodynamicznych jest niewielka.

Przy ujemnych kątach natarcia łopat kierunek siły wypadkowej zmienia się tak, że momenty sił aerodynamicznych w tym przypadku mają tendencję do obracania łopat w kierunku zmniejszania kąta ustawienia.

Siły odśrodkowe przeciwwag i ich momenty

Zazwyczaj wielkość momentu obrotowego pochodzącego od sił aerodynamicznych jest niewielka, więc nie może być wykorzystana jako niezależne źródło energii do obracania łopat w kierunku zwiększania kąta montażu. W związku z tym na niektórych śmigłach o zmiennym skoku dodatkowo instalowane są specjalne przeciwwagi (obciążniki), które są przymocowane do tylnych części łopat za pomocą wsporników (ryc. 4.20).

Podczas obracania się śruby powstają siły odśrodkowe przeciwwag R str, skierowany od osi obrotu. Przeciwwagi względem łopatek są umieszczone w taki sposób, aby elementy składowe Pn na ramieniu H wytworzony moment obrotowy ostrza M c \u003d R nf h, starając się obrócić ostrze w kierunku zwiększania kąta instalacji. Wartość momentu obrotowego przeciwwag M c zależy od ich masy, odległości od osi obrotu, ramienia H i prędkość wkręcania. Wszystkie te parametry dobrane są w taki sposób, aby połączone działanie dwóch momentów sił odśrodkowych przeciwwagi i sił aerodynamicznych zapewniało obrót łopaty w kierunku zwiększania kąta zabudowy z wymaganą intensywnością obrotu. Część R szt przeciwwaga skierowana wzdłuż ostrza powoduje moment zginający, który jest odbierany przez wspornik przeciwwagi.

4.8. SCHEMAT DZIAŁANIA ŚRUB Z HYDRAULICZNYM MECHANIZMEM OBROTOWANIA ŁOPATEK

Obecnie w lotnictwie śmigłowym najczęściej stosowane są śmigła hydrauliczne, w których zmiana kąta ustawienia łopat odbywa się pod ciśnieniem oleju. Zgodnie z zasadą działania dzielą się one na wkręty dwustronne i jednostronne. W hydraulicznych śrubach jednokierunkowych olej (z układu chłodzenia silnika) ze specjalnej pompy wysokiego ciśnienia jest dostarczany do jednej z wnęk cylindra hydraulicznego przez szpulę regulatora odśrodkowego. Druga wnęka jest na stałe połączona z przewodem spustowym, który służy jako układ zasilania silnika ( Rm)

Śruba jednostronnego działania wstecznego

Schemat kinematyczny śmigła (patrz ryc. 4.21) jest wykonany w taki sposób, że wzrost kąta ustawienia łopat następuje, gdy tłok 2 przesunie się w prawo, gdy ciśnienie w komorze A przekroczy ciśnienie w komorze B. Zmniejszenie kąta instalacji odbywa się pod działaniem momentu od składowych poprzecznych sił odśrodkowych łopaty M c / b poprzez spuszczenie oleju z wnęki A cylindra hydraulicznego.

W ogólnym przypadku na ostrze działają następujące momenty: M c / b- moment od składowych poprzecznych sił odśrodkowych, mający na celu zmniejszenie kąta ustawienia ostrza J; moment od sił aerodynamicznych jest skierowany w jego stronę Szalony oraz moment obrotowy działający w tym samym kierunku od ciśnienia we wnęce A na tłok - MA

W stanie równowagi, gdy sprężyna 7 równoważy siłę od ciężarków odśrodkowych 6, ramię szpuli 5 zamyka wnękę A cylindra 1 i tworzy w nim uszczelnienie hydrauliczne, które odbiera siłę od M c\b a ostrze jest w ustalonej pozycji.

W przypadku wzrostu mocy silnika (zwiększa się pobór paliwa), przy zachowaniu tego samego poboru mocy przez śmigło, nastąpi wzrost prędkości obrotowej silnika. Spowoduje to wzrost sił odśrodkowych obciążników 6 i szpuli 5, która pozwoli na przedostanie się oleju do wnęki A. W takim przypadku MA+M a\d > M c\b, co spowoduje, że ostrze przesunie się pod większym kątem J. Wraz ze wzrostem poboru mocy śmigła częstotliwość jego obrotów spada do określonej wartości i ustala się tryb równowagi.

Wraz ze spadkiem mocy silnika (zmniejszeniem dopływu paliwa) proces przebiega w odwrotnej kolejności. Cechą takich śrub jest ich względna prostota konstrukcji. Wady obejmują możliwość obrócenia śruby w przypadku naruszenia szczelności wnęki A cylindra hydraulicznego. Pod wpływem M c\b ostrza mogą przesunąć się do minimalnego kąta ustawienia. W tym celu konieczne jest zapewnienie w konstrukcji ślimaka specjalnych ograniczników, które wykluczają ruch tłoka, gdy wnęka A jest pozbawiona ciśnienia.

Jednostronna śruba bezpośredniego działania posiada mechanizm obracania ostrzy przy jednokierunkowym zasilaniu olejem. W nim siła nacisku oleju jest wykorzystywana tylko do przenoszenia ostrzy na zmniejszenie kątów montażu (ryc. 4.22).

Aby przenieść łopaty na zwiększenie kątów montażu, stosuje się przeciwwagi, dzięki czemu moment od składowych poprzecznych sił odśrodkowych M g skierowane przeciwnie M c / b. Zatem w kierunku zmniejszania kąta montażu łopaty obracają się, gdy spełniona jest nierówność: M A + M c / b > M gr. + M a / d.

W takim przypadku olej jest dostarczany do wnęki A przez kanał suwakowy regulatora odśrodkowego.

Łopaty w kierunku zwiększania kąta montażu obracają się pod warunkiem: M gr. + M za / re > M ZA + M do / b, co ma miejsce podczas spuszczania oleju z wnęki A do skrzyni korbowej silnika z powodu ruchu szpuli w górę z powodu zwiększonych sił odśrodkowych obciążników regulatora. Zastosowanie przeciwwag w mechanizmie obracania łopat ma ogromne znaczenie w zapewnieniu bezpieczeństwa lotu przy spadku ciśnienia w układzie olejowym. W takim przypadku wykluczona jest możliwość skręcenia łopat śmigła w kierunku małych kątów montażowych, a co za tym idzie wirowania śmigła i pojawienia się ciągu ujemnego. Jednak obecność przeciwwag zwiększa masę śmigła.

W śruby dwustronnego działania ciśnienie oleju służy zarówno do zwiększania, jak i zmniejszania kąta montażu ostrzy (ryc. 4.23), w zależności od położenia szpuli 5 olej z pompy może dostać się zarówno do wnęki A, jak i do wnęki B cylindra. Tłok jest połączony z ostrzem w taki sposób, że podczas ruchu postępowego ostrze obraca się wokół własnej osi.

Jeśli olej z pompy dostanie się do wnęki A, a następnie z wnęki B połączy się. Wtedy stosunek momentów wynosi:

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

Gdzie MA - A.

W takim przypadku kąt montażu ostrzy wzrośnie. Kiedy olej jest dostarczany do wnęki B z wnęki A, olej spłynie, a kąt montażu ostrzy zmniejszy się. Stosunek momentów w tym przypadku będzie wynosił

M A + M a / d,< М Б + М ц/б ,

Gdzie m B - moment wywołany siłą ciśnienia oleju we wnęce B.

Z rozważań nad pracą śrub dwustronnego działania widać, że momenty wywołane siłą nacisku oleju są sterowalne. Są one określone przez położenie szpuli 5 . Chwile Szalony, I M c / b, stale działające i nie można ich kontrolować.

4.9. WSPÓLNE DZIAŁANIE ŚRUBY I REGULATORA

Na nowoczesnych samolotach z teatrem działań stosuje się tylko śmigła automatyczne, dla których w omówionych powyżej układach sterowania instaluje się regulatory prędkości z czujnikiem odśrodkowym (ryc. 4.21). Zadaniem regulatorów jest współpracujące z VIS automatyczne utrzymywanie zadanej częstotliwości obrotów stałej wirnika silnika. Jest on ustawiany przez stopień ściśnięcia sprężyny regulatora za pomocą mechanizmu nastawczego 7 .

Załóżmy, że regulator otrzymał już określoną prędkość. Jest on automatycznie utrzymywany przez stały system regulacji śrubowej w następujący sposób. Podczas pracy silnika na szpulę 5 regulatora w sposób ciągły działają dwie siły: siła sprężystości sprężyny 7, która ma tendencję do opuszczania szpuli w dół, oraz siły odśrodkowe obciążników 6 , próbując podnieść szpulę do góry. Jeżeli silnik pracuje w stanie ustalonym, gdy prędkość obrotowa jest stała, tłoczek 5 znajduje się w położeniu neutralnym (kanaliki olejowe są zablokowane przez kołnierze wałka) i ustala się równowaga pomiędzy siłą sprężystości sprężyny i siły odśrodkowe ciężarków. Nazywa się częstotliwość obrotu wirnika silnika odpowiadającą tej pozycji równowaga lub zestaw. Oczywiście, im bardziej sprężyna jest ściśnięta, tym większe będą siły odśrodkowe od ciężarków, a co za tym idzie, większa częstotliwość obrotów wirnika silnika, aby utrzymać szpulę w położeniu neutralnym i odwrotnie.

Załóżmy teraz, że prędkość wirnika silnika zmieniła się z jakiegoś powodu, na przykład wzrosła. Oczywiście jest to możliwe albo przy wzroście mocy rozwijanej przez silnik, albo przy spadku mocy pochłanianej przez śmigło.

Rozważmy najprostszy przypadek - zwiększenie mocy silnika poprzez zwiększenie dopływu paliwa (podczas przesuwania dźwigni sterowania silnikiem (THROD) do przodu). W takim przypadku równość mocy silnika i śmigła zostaje naruszona, w wyniku czego wzrasta częstotliwość obrotów wirnika silnika. Na to reaguje regulator prędkości odśrodkowej, który musi utrzymywać ją na stałym poziomie. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej siły odśrodkowe ciężarków rosną 6 , które pokonując sprężystą siłę sprężyny podnoszą szpulę 5 do góry. W takim przypadku olej pod wysokim ciśnieniem dostanie się do wnęki A i z jamy B spłynie do silnika.

Momentami siły ciśnienia oleju i sił aerodynamicznych łopatki będą się obracać w kierunku zwiększania kąta zabudowy, pokonując jednocześnie moment składowych poprzecznych sił odśrodkowych łopatek. W ten sposób śruba „stanie się cięższa”, zwiększy się jej moment oporu na obrót, a co za tym idzie, wzrośnie również pobierana przez nią moc. Proces dokręcania śruby będzie trwał do momentu przywrócenia zadanej prędkości obrotowej, kiedy to w miarę zmniejszania się sił odśrodkowych ciężarków suwak regulatora cofnie się sprężyną do położenia neutralnego i zablokuje kanały olejowe.

Wraz ze spadkiem mocy silnika (z powodu zmniejszenia dopływu paliwa) obserwujemy odwrotny obraz. Prędkość wirnika silnika zacznie spadać, od czego siła sprężystości sprężyny, pokonując siły odśrodkowe ciężarków, opuści szpulę w dół. W takim przypadku olej z pompy dostaje się do wnęki B i z jamy A spływa do silnika. Łopaty śmigła pod działaniem momentu siły ciśnienia oleju (we wnęce B) i momenty poprzecznych sił odśrodkowych, pokonując momenty sił aerodynamicznych, zwrócą się w kierunku malejących kątów instalacji. Śruba jest lżejsza, ponieważ zmniejsza się zużywana przez nią moc. Proces odkręcania śrubki zakończy się po przywróceniu zadanej prędkości i powrocie suwaka do położenia neutralnego.

Charakterystyka przepustnicy śmigła.

Opisany proces regulacji prędkości obrotowej przy zmianie zasilania paliwem przedstawiono na wykresach (Rys. 4.24), które przedstawiają zależności mocy silnika i śmigła od prędkości obrotowej przy różnym zużyciu paliwa.

Rozwinięta moc silnika N dv ma (z pewnym błędem) potęgową zależność od prędkości obrotowej: Silnik N ~ n (2…3) Podczas gdy pobór mocy śruby N w ma większą zależność od swoich obrotów: N w ~ n 5 . Początkowym trybem pracy elektrowni jest punkt przecięcia krzywej mocy silnika odpowiadającej zużyciu paliwa Q T 0, z krzywą mocy śmigła, którego łopatki są ustawione pod kątem φ 0 . Ta stała praca elektrowni odpowiada prędkości obrotowej n 0 . Wraz ze wzrostem dopływu paliwa charakterystyka mocy silnika będzie wyższa niż oryginalna (pokazana linią przerywaną Q T 1>Q T 0) ze względu na wyższą temperaturę gazu przed turbiną. Jak widać z wykresu, przecięcie się krzywych mocy śmigła o godz φ 0 i moc silnika przy Q T 1>Q T 0 odpowiada większej prędkości obrotowej n 0 . W takim przypadku regulator odśrodkowy, zapewniający stałą prędkość, przestawi łopatki pod większy kąt instalacji φ 1(przerywana krzywa mocy, śmigła w φ 1>φ 0 ), co spowoduje zmniejszenie prędkości do wcześniej ustawionej n 0.

Zatem wraz ze wzrostem dopływu paliwa, a co za tym idzie, wraz ze wzrostem mocy silnika, śmigło stanie się cięższe, tj. Zwiększy się kąt ustawienia łopatek i wzrośnie siła ciągu. Przeciwnie, gdy dopływ paliwa jest zmniejszony, regulator utrzymując zadaną prędkość przesuwa łopaty pod mniejsze kąty montażowe, zmniejszając w ten sposób ciąg silnika. Jakościowy charakter zmiany kąta ustawienia łopat φ od dopływu paliwa Q T do silnika pokazano na rysunku 4.25.

Charakterystyka prędkości śmigła.

Rozważmy teraz działanie układu regulator-śmigło przy zmianie prędkości lotu i stałym dopływie paliwa do silnika. Załóżmy, że samolot przechodzi ze wznoszenia do lotu poziomego lub z lotu poziomego do opadania. W obu przypadkach prędkość lotu będzie rosła przy stałym dopływie paliwa.

na ryc. 4.26 przedstawia wykresy zmian mocy dyspozycyjnej silników turbogazowych - N dv i mocy pobieranej przez śmigło N w w zależności od prędkości lotu V. W obszarze prędkości lotu poddźwiękowego moc (a także ciąg) silnika N dv wraz ze wzrostem prędkości lotu jednocześnie nieznacznie maleje N w spada szybciej. Z prędkością V0 układ silnik-śmigło pracuje w trybie równowagi ( N dv=N w). Wraz ze wzrostem prędkości lotu do V 1 występuje nadmiar mocy ( N dv > N c) powodując wzrost prędkości śmigła. Aby utrzymać prędkość na zadanym poziomie, regulator prędkości odśrodkowej przesunie łopaty pod dużymi kątami instalacji φ 1 Spowoduje to spadek prędkości ze względu na większy pobór mocy przez śmigło. N w (φ 1) i przywracany jest reżim równowagi, ale przy dużych wartościach kątów nachylenia łopatek.

Charakter zmiany φ=f(V) pokazano na wykresie na ryc. 4.27.

Gdy prędkość lotu spada, proces sterowania przebiega w odwrotnej kolejności. Wraz ze spadkiem prędkości lotu zwiększa się kąt natarcia łopat, w wyniku czego śmigło staje się „cięższe”. Jednocześnie prędkość obrotowa maleje, a regulator starając się utrzymać ustawioną wartość przesuwa łopatki pod mniejsze kąty zabudowy.

Charakterystyka wysokości

Układ śmigła-regulatora będzie również reagował na zmianę wysokości lotu, ponieważ charakterystyka silnika i śmigła zmienia się w różny sposób na wysokości.

Wysokość charakterystyczna dla teatru Silnik N \u003d f (h), pokazana na wykresie na ryc. 4.28 (górna krzywa łamana) ma dwa charakterystyczne załamania. Na ziemi o mocy silnika decyduje minimalny dopływ paliwa do silnika, który odpowiada wymaganej mocy startowej. W zakresie wysokości (0…h 1) utrzymanie stałej mocy (N dv=stała) poprzez podniesienie temperatury gazu przed turbiną do maksymalnej dopuszczalnej (zwiększenie dopływu paliwa) T g maks. Na wysokości od h1 zanim h=11km następuje spadek mocy silnika. W tym zakresie wysokości spadek gęstości powietrza atmosferycznego jest częściowo kompensowany wzrostem stopnia sprężenia powietrza w sprężarce, związanym ze spadkiem temperatury powietrza ( N dv ~ρ (0,8...0,9)).

Na wysokości powyżej 11 km, gdzie temperatura otoczenia jest stała, moc silnika spada proporcjonalnie do spadku gęstości powietrza ρ .

Moc śmigła, jak wynika z rys. 4.28 (szereg krzywych dla różnych φ), maleje wraz z wysokością proporcjonalnie do zmiany gęstości powietrza ρ .

Jeśli przyjmiemy, że kąt nachylenia łopat śmigła φ 0 na ziemi spełnił warunek N drzwi=N w., a następnie wraz ze wzrostem wysokości lotu N drzwi > N w. Taka rozbieżność N drzwi I N w powoduje wzrost prędkości obrotowej, ale regulator utrzymując ustawioną wartość przekłada łopaty śmigła na duże kąty zabudowy.

Tak więc, wraz ze wzrostem wysokości lotu do h1 następuje intensywny wzrost kątów montażu łopatek; na wysokościach (godz. 1…11) km kąty nadal rosną, ale z mniejszą intensywnością; na wysokościach powyżej 11 km kąt instalacji pozostaje stały, ponieważ zmiana mocy silnika i śmigła jest równie proporcjonalna do zmiany gęstości powietrza.

Wraz ze spadkiem wysokości lotu proces zmiany kąta instalacji zostanie odwrócony, tzn. łopaty śmigła zostaną przeniesione na mniejsze kąty instalacji. Charakter zmiany kąta ustawienia ostrza pokazano na ryc. 4.29.

4.10. ŚRUBY AEROMECHANICZNE

W statkach powietrznych z silnikami małej mocy stosuje się śmigła aeromechaniczne, w których łopaty obracają się automatycznie, bez użycia zewnętrznych źródeł energii i regulatora prędkości. Zatem śmigła aeromechaniczne są autonomiczne i automatyczne. Automatyczny obrót łopat uzyskuje się poprzez zmianę wielkości momentu obrotowego działającego na łopaty śmigła w locie.

W przypadku zwykłych śmigieł wielkość momentów sił aerodynamicznych jest niewielka, a kierunek ich działania zależy od wielkości kątów natarcia. Jeżeli łopatom zostanie nadany specjalny kształt lub wygięty pod kątem γ (ryc. 4.30) względem osi obrotu łopaty, to zmieniając położenie środka nacisku, momenty sił aerodynamicznych zapewnią obrót łopaty ostrze w tulei w kierunku zmniejszania kąta montażu. Na łopatach śmigieł aeromechanicznych montowane są przeciwwagi, które wytwarzają momenty obrotowe skierowane na zwiększenie kąta montażu (obciążenie śmigła).

Na łopatach śmigieł aeromechanicznych montowane są przeciwwagi, które wytwarzają momenty obrotowe skierowane na zwiększenie kąta montażu (obciążenie śmigła). Momenty składowych poprzecznych sił odśrodkowych łopatek M c mają tendencję do obracania ostrzy w kierunku zmniejszania kąta ustawienia ostrza. Chwile M c, tworzonych przez przeciwwagi, więcej niż momenty tworzone przez składowe poprzeczne sił odśrodkowych łopat. W warunkach stanu ustalonego stosunek momentów powinien zapewnić warunek

M p \u003d M c + M a.

Jednak wartości powyższych momentów różnią się w zależności od trybu lotu, dlatego dobranie właściwego stosunku momentów działających na łopaty śmigła w szerokim zakresie zmian kąta zabudowy jest zadaniem bardzo ważnym i trudnym. Ten stosunek momentów powinien zapewnić, że śmigło będzie „cięższe” wraz ze wzrostem prędkości lotu i odwrotnie, wraz ze spadkiem prędkości lotu, śmigło powinno być „lżejsze”. Prędkość obrotowa silnika musi pozostać stała, gdy silnik pracuje ze stałą prędkością.

Zgodnie z tym, gdy silnik pracuje w miejscu, gdy ciąg śruby napędowej jest maksymalny, a co za tym idzie maksymalny moment obrotowy od sił aerodynamicznych, łopatki śruby napędowej są ustawione do oporu pod kątem minimalnym. Zapewnia to uzyskanie startowej (maksymalnej) prędkości obrotowej wirnika silnika i najkorzystniejszych warunków do startu samolotu.

W locie, wraz ze wzrostem prędkości, ciąg śmigła maleje, a momenty mam, a momenty sił odśrodkowych przeciwwag i łopat, które nie zależą od prędkości lotu, zachowują swoje poprzednie wartości (przy N=konst). W rezultacie zmieni się stosunek momentów i łopaty będą stopniowo obracać się w kierunku zwiększania kąta instalacji, zapobiegając obracaniu się śruby napędowej. Oczywiście wraz ze spadkiem prędkości lotu obraz będzie odwrócony. W ten sposób łopaty śmigła aeromechanicznego automatycznie zmieniają kąt instalacji w zależności od prędkości lotu. Prędkość obrotowa ślimaka zmienia się, ale w stosunkowo niewielkich granicach.

Zaletami tego typu śmigieł są: prostota konstrukcji i działania, niewielka masa i wymiary piasty śmigła, natomiast wadami spadek zadanej prędkości obrotowej w miarę wznoszenia się samolotu, co powoduje spadek mocy silnika. Wraz ze wzniesieniem się na wysokość z powodu spadku gęstości powietrza, ciąg śmigła maleje. Powoduje to, że śmigło staje się cięższe i zmniejsza prędkość i moc silnika. Wniebowstąpienie