Lý thuyết cánh quạt: từ những cánh quạt đầu tiên đến các đơn vị hiệu quả của tương lai. Chân vịt - nguyên lý hoạt động, đặc điểm Các phương thức hoạt động chính của chân vịt biến bước

Mục đích và các loại nhà máy điện máy bay.

Nhà máy điện được thiết kế để tạo ra lực đẩy cần thiết để thắng lực cản và đảm bảo cho máy bay chuyển động về phía trước.

Lực kéo được tạo ra bởi một hệ thống lắp đặt bao gồm động cơ, chân vịt (cánh quạt) và các hệ thống đảm bảo hoạt động của hệ thống đẩy (hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát, v.v.).

Hiện nay, động cơ phản lực và động cơ phản lực được sử dụng rộng rãi trong vận tải và hàng không quân sự. Trong thể thao, nông nghiệp và các mục đích khác nhau của hàng không phụ trợ, các nhà máy điện có động cơ máy bay đốt trong pít-tông vẫn được sử dụng, giúp chuyển đổi năng lượng nhiệt của nhiên liệu đang cháy thành năng lượng quay của cánh quạt.

Trên máy bay Yak-18T, Yak-52 và Yak-55, nhà máy điện bao gồm động cơ pít-tông M-14P và cánh quạt biến bước V530TA-D35.

Nhiều máy bay thể thao sử dụng động cơ Rotax:

PHÂN LOẠI CÁNH QUẠT

Vít được phân loại:

theo số lượng cánh - hai, ba, bốn và nhiều cánh;

theo vật liệu sản xuất - gỗ, kim loại, hỗn hợp;

theo hướng quay (nhìn từ buồng lái theo hướng bay) - quay trái và phải;

theo vị trí so với động cơ - kéo, đẩy;

theo hình dạng của lưỡi kiếm - hình bình thường, hình kiếm, hình thuổng;

theo loại - bước cố định, không thể thay đổi và thay đổi.

Chân vịt bao gồm một trục, các cánh và được gắn trên trục động cơ bằng một ống lót đặc biệt.

Vít bước cố định có lưỡi dao không thể xoay quanh trục của chúng. Các lưỡi dao với trung tâm được chế tạo như một bộ phận duy nhất.

vít bước cố định có các cánh được lắp đặt trên mặt đất trước khi bay ở bất kỳ góc nào so với mặt phẳng quay và được cố định. Trong chuyến bay, góc cài đặt không thay đổi.

vít bước thay đổi Nó có các lưỡi dao, trong quá trình vận hành, có thể bằng điều khiển thủy lực hoặc điện hoặc tự động, xoay quanh trục của chúng và được đặt ở góc mong muốn so với mặt phẳng quay.

Cơm. 1 Cánh quạt hai cánh cố định không khí

Cơm. 2 Cánh Quạt V530TA D35

Theo phạm vi góc của cánh quạt, chân vịt được chia thành:

trên những cái thông thường, trong đó góc lắp đặt thay đổi từ 13 đến 50 °, chúng được lắp đặt trên máy bay hạng nhẹ;

có lông vũ - góc cài đặt thay đổi từ 0 đến 90°;

trên cánh quạt phanh hoặc đảo ngược, có góc lắp đặt thay đổi từ -15 đến +90 °, với cánh quạt như vậy, chúng tạo ra lực đẩy âm và giảm thời gian chạy của máy bay.

Các cánh quạt phải tuân theo các yêu cầu sau:

ốc vít phải chắc chắn và nhẹ;

phải có trọng lượng, đối xứng hình học và khí động học;

phải phát triển lực đẩy cần thiết trong các diễn biến khác nhau của chuyến bay;

nên làm việc đạt hiệu quả cao nhất.

Trên máy bay Yak-18T, Yak-52 và Yak-55, một cánh quạt máy kéo hai cánh bằng gỗ hình mái chèo thông thường quay trái, bước thay đổi với điều khiển thủy lực V530TA-D35 được lắp đặt (Hình 2).

ĐẶC ĐIỂM HÌNH HỌC CỦA VÍT

Các cánh trong quá trình quay tạo ra các lực khí động học giống như cánh. Các đặc điểm hình học của cánh quạt ảnh hưởng đến tính khí động học của nó.

Xem xét các đặc tính hình học của trục vít.

Hình dạng lưỡi dao trong kế hoạch- đối xứng và thanh kiếm phổ biến nhất.

Cơm. 3. Hình dạng chân vịt: a - biên dạng cánh, b - hình dạng cánh trong mặt bằng

Cơm. 4 Đường kính, bán kính, bước hình học của chân vịt

Cơm. 5 Phát triển chuỗi xoắn

Các phần của phần làm việc của lưỡi dao có cấu hình cánh. Hình dạng lưỡi kiếm được đặc trưng bởi hợp âm, độ dày tương đối và độ cong tương đối.

Để có độ bền cao hơn, các lưỡi dao có độ dày thay đổi được sử dụng - dày dần về phía gốc. Các hợp âm của các phần không nằm trên cùng một mặt phẳng, vì lưỡi kiếm được làm xoắn. Cạnh của lưỡi cắt trong không khí được gọi là cạnh đầu và cạnh sau được gọi là cạnh sau. Mặt phẳng vuông góc với trục quay của trục vít gọi là mặt phẳng quay của trục vít (Hình 3).

đường kính vít được gọi là đường kính của vòng tròn được mô tả bởi các đầu của cánh khi chân vịt quay. Đường kính của cánh quạt hiện đại dao động từ 2 đến 5 m, đường kính của cánh quạt V530TA-D35 là 2,4 m.

Bước vít hình học - đây là khoảng cách mà một cánh quạt tịnh tiến phải di chuyển trong một vòng hoàn chỉnh nếu nó đang chuyển động trong không khí như trong môi trường rắn (Hình 4).

Góc cánh quạt  - đây là góc nghiêng của phần lưỡi dao với mặt phẳng quay của chân vịt (Hình 5).

Để xác định bước chân vịt là bao nhiêu, hãy tưởng tượng rằng chân vịt chuyển động trong một hình trụ có bán kính r bằng khoảng cách từ tâm quay của chân vịt đến điểm B trên cánh chân vịt. Sau đó, phần của vít tại thời điểm này sẽ mô tả một vòng xoắn trên bề mặt của hình trụ. Hãy mở rộng một đoạn của hình trụ, bằng với bước của vít H dọc theo đường BV. Bạn sẽ nhận được một hình chữ nhật trong đó đường xoắn ốc đã biến thành một đường chéo của hình chữ nhật này của Ngân hàng Trung ương. Đường chéo này nghiêng với mặt phẳng quay của vít BC một góc  . Từ tam giác vuông TsVB, chúng tôi tìm thấy bước vít bằng:

(3.1)

Bước của vít sẽ càng lớn, góc lắp đặt của lưỡi dao càng lớn  . Cánh quạt được chia thành cánh quạt có bước không đổi dọc theo lưỡi (tất cả các phần có cùng bước), bước thay đổi (các phần có bước khác nhau).

Chân vịt V530TA-D35 có bước thay đổi dọc theo cánh, vì nó có lợi từ quan điểm khí động học. Tất cả các phần của cánh quạt chạy vào luồng không khí ở cùng một góc tấn công.

Nếu tất cả các phần của cánh chân vịt có bước răng khác nhau, thì bước của phần nằm cách tâm quay một khoảng bằng 0,75R, trong đó R là bán kính của chân vịt, được coi là bước chung của cánh chân vịt. chân vịt. Bước này được gọi là trên danh nghĩa, và góc lắp đặt của phần này- góc cài đặt danh nghĩa .

Cao độ hình học của chân vịt khác với cao độ của chân vịt bởi độ trượt của chân vịt trong không khí (xem Hình 4).

cánh quạt - đây là khoảng cách thực tế mà một cánh quạt chuyển động tăng dần di chuyển trong không khí với máy bay trong một vòng quay hoàn chỉnh. Nếu vận tốc của máy bay được biểu thị bằng km/h và số vòng quay của cánh quạt trong một giây thì bước của cánh quạt là h P có thể được tìm thấy bằng cách sử dụng công thức

(3.2)

Bước của vít nhỏ hơn một chút so với bước hình học của vít. Điều này được giải thích là do trục vít trượt trong không khí trong quá trình quay do mật độ thấp so với môi trường rắn.

Sự khác biệt giữa giá trị của bước hình học và bước của chân vịt được gọi là vít trượt và được xác định bởi công thức

S= h- h N . (3.3)

TỐC ĐỘ CHUYỂN ĐỘNG VÀ GÓC TẤN CÔNG CỦA BỘ PHẬN LƯỠI CÁNH CHÂN

Các đặc tính khí động học của chân vịt bao gồm góc tấn và lực đẩy của chân vịt.

Góc tấn công của các phần tử của cánh chân vịt  được gọi là góc giữa hợp âm của phần tử và hướng chuyển động kết quả thực sự của nó W(Hình 6).

Cơm. 6 Góc lắp đặt và góc tấn của các cánh: a - góc tấn của phần tử cánh, b - tốc độ của phần tử cánh

Mỗi phần tử của lưỡi kiếm thực hiện một chuyển động phức tạp, bao gồm quay và tịnh tiến. Tốc độ quay là

Ở đâu N Với- tốc độ động cơ.

Tốc độ chuyển tiếp là tốc độ của máy bay V . Phần tử cánh càng xa tâm quay của chân vịt thì tốc độ quay càng lớn bạn .

Khi cánh quạt quay, mỗi phần tử của cánh quạt sẽ tạo ra các lực khí động học, cường độ và hướng của lực này phụ thuộc vào tốc độ của máy bay (tốc độ của dòng chảy tới) và góc tấn công.

Xét Hình. 6a, dễ dàng thấy rằng:

Khi chân vịt đang quay và tốc độ chuyển tiếp bằng không (V=0), thì mỗi phần tử của cánh chân vịt có một góc tấn bằng với góc lắp đặt của phần tử cánh quạt  ;

Với chuyển động tịnh tiến của chân vịt, góc tấn của phần tử cánh chân vịt khác với góc nghiêng của phần tử cánh chân vịt (trở nên nhỏ hơn nó);

Góc tấn sẽ càng lớn, góc lắp đặt của phần tử cánh chân vịt càng lớn;

Tốc độ quay kết quả của phần tử lưỡi chân vịt W bằng tổng hình học của vận tốc tịnh tiến và quay và được tìm thấy theo quy tắc tam giác vuông

(3.5)

Tốc độ quay càng lớn thì góc tấn của phần tử cánh chân vịt càng lớn. Ngược lại, tốc độ chuyển tiếp của chân vịt càng lớn thì góc tấn của phần tử cánh chân vịt càng nhỏ.

Trong thực tế, bức tranh phức tạp hơn. Vì vít hút vào và xoay không khí, ném nó trở lại, giúp nó có thêm tốc độ v, được gọi là tốc độ hút. Kết quả là tốc độ thực W" sẽ khác về độ lớn và hướng so với tốc độ hút, nếu chúng được thêm vào về mặt hình học. Do đó, góc tấn thực sự  " sẽ khác với góc độ  (Hình 6, b).

Phân tích những điều trên, chúng ta có thể kết luận:

ở tốc độ phía trước V=0 góc tấn tối đa và bằng với góc lắp đặt cánh chân vịt;

với sự gia tăng tốc độ tịnh tiến, góc tấn công giảm và nhỏ hơn góc cài đặt;

ở tốc độ bay cao, góc tấn công của lưỡi dao có thể trở nên âm;

tốc độ quay của chân vịt càng lớn thì góc tấn của lưỡi kiếm càng lớn;

nếu tốc độ bay không đổi và tốc độ động cơ giảm thì góc tấn sẽ giảm và có thể trở nên âm.

Các kết luận rút ra giải thích lực đẩy của chân vịt có bước cố định thay đổi như thế nào khi tốc độ bay và số vòng quay thay đổi.

lực đẩy chân vịt xảy ra do tác dụng của lực khí động học  r trên phần tử của cánh chân vịt trong quá trình quay của nó (Hình 1).

Khai triển lực này thành hai thành phần song song với trục quay và song song với mặt phẳng quay ta được lực LR và lực cản quay  X phần tử cánh chân vịt.

Tổng hợp lực đẩy của các phần tử riêng lẻ của cánh chân vịt và tác dụng lên trục quay, ta thu được lực đẩy của chân vịt r .

Lực đẩy chân vịt phụ thuộc vào đường kính chân vịt D, vòng quay trên giây N, mật độ không khí  và được tính theo công thức (tính bằng kgf hoặc N)

Ở đâu  - hệ số lực đẩy chân vịt, có tính đến hình dạng của cánh trong mặt bằng, hình dạng của mặt cắt và góc tấn, được xác định bằng thực nghiệm. Tỷ lệ lực đẩy cánh quạt của máy bay Yak-18T, Yak-52 và Yak-55 - V530TA-D35 là 1,3.

Do đó, lực đẩy của cánh quạt tỷ lệ thuận với hệ số của nó, mật độ không khí, bình phương số vòng quay của cánh quạt trên giây và đường kính cánh quạt đến lũy thừa thứ tư.

Vì các cánh chân vịt đối xứng về mặt hình học, nên độ lớn của lực cản và việc loại bỏ chúng khỏi trục quay sẽ giống nhau.

Lực cản quay được xác định theo công thức

(3.7)

Ở đâu Cx tôi - hệ số kéo của lưỡi dao, có tính đến hình dạng phẳng, hình dạng mặt cắt, góc tấn công và bề mặt hoàn thiện ;

W - tốc độ kết quả, m/s;

S tôi - diện tích lưỡi cắt;

ĐẾN - số lượng cánh quạt.

Hình 1 Lực khí động học của chân vịt.

Cơm. 2. Các chế độ hoạt động của chân vịt

Lực cản đối với chuyển động quay của trục vít so với chuyển động quay của nó tạo ra một momen cản đối với chuyển động quay của trục vít, momen này cân bằng với momen quay của động cơ:

m tr =X V r V (3.8)

Mô-men xoắn do động cơ tạo ra được xác định (tính bằng kgf-m) theo công thức

(3.9)

Ở đâu N e- công suất động cơ hiệu quả.

Chế độ được xem xét được gọi là chế độ lực đẩy dương của chân vịt, vì lực đẩy này kéo máy bay về phía trước (Hình 1a). Khi góc tấn công của lưỡi giảm, lực giảm. R và X(giảm lực đẩy chân vịt và mô-men xoắn phanh). Có thể đạt được một tình huống mà P=0 vàX= r. Đây là chế độ lực đẩy bằng không (Hình , b).

Khi góc tấn giảm hơn nữa, chế độ đạt được khi chân vịt bắt đầu quay không phải do động cơ mà do tác động của các lực của luồng không khí. Chế độ này được gọi là cánh quạt tự quay hoặc tự quay (Hình , c).

Với việc giảm thêm góc tấn công của các phần tử của cánh chân vịt, chúng ta có được một chế độ trong đó lực cản của cánh chân vịt X sẽ hướng theo chiều quay của trục vít, đồng thời trục vít sẽ có lực đẩy âm. Ở chế độ này, trục vít quay từ luồng không khí tới và quay động cơ. Động cơ đang quay, chế độ này được gọi là chế độ cối xay gió (Hình., d).

Chế độ tự quay và cối xay gió có thể thực hiện được khi bay ngang và lặn.

Trên máy bay Yak-52 và Yak-55, các chế độ này tự biểu hiện khi thực hiện các hình thẳng đứng xuống ở một bước nhỏ của cánh quạt. Do đó, khi thực hiện các số liệu thẳng đứng hướng xuống (khi tăng tốc trên 250 km/h), nên siết chân vịt bằng 1/3 hành trình của cần bằng cách điều khiển bước chân vịt.

LỰC ĐƯỜNG CÁNH QUAY PHỤ THUỘC VÀO TỐC ĐỘ CHUYẾN BAY.

Khi tốc độ bay tăng lên, các góc tấn của cánh quạt, cao độ cố định và cố định, giảm nhanh chóng và lực đẩy của cánh quạt giảm xuống. Góc tấn công lớn nhất của cánh quạt sẽ ở tốc độ không khí bằng không ở tốc độ động cơ tối đa.

Theo đó, lực đẩy chân vịt giảm dần về 0 và sau đó trở thành âm. Trục động cơ quay. Để tránh quay vít, hãy giảm tốc độ động cơ. Nếu động cơ không được tăng tốc, nó có thể bị phá hủy.

Sự phụ thuộc của lực đẩy cánh quạt V530TA-D35 vào tốc độ bay được thể hiện trong biểu đồ trong Hình. 7. Để chế tạo nó, người ta đo lực đẩy của chân vịt ở các tốc độ khác nhau. Đồ thị kết quả được gọi là đặc tính lực đẩy của nhà máy điện.

Cơm. 7 Đặc điểm của nhà máy điện M-14P về lực đẩy (với H = 500 m) của máy bay Yak-18T, Yak-52 và Yak-55 với cánh quạt V530TA-D35

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CAO BAY ĐẾN NGƯỠNG NGĂN CÁNH QUAY.

Tìm hiểu sự phụ thuộc của lực đẩy vào tốc độ bay, hoạt động của cánh quạt ở độ cao không đổi với mật độ không khí không đổi đã được xem xét. Nhưng khi bay ở các độ cao khác nhau, mật độ không khí ảnh hưởng đến lực đẩy của cánh quạt. Khi độ cao bay tăng, mật độ không khí giảm tương ứng, lực đẩy của cánh quạt cũng sẽ giảm tương ứng (ở tốc độ động cơ không đổi). Điều này có thể được nhìn thấy từ việc phân tích công thức (3.6).

MÔ-men xoắn phanh chân vịt và mô-men xoắn động cơ.

Như đã thảo luận trước đây, mô-men xoắn kéo của chân vịt chống lại mô-men xoắn của động cơ.

Để vít quay với tốc độ không đổi, cần mômen hãm M t, bằng tích
, bằng mô-men xoắn động cơ M cr, bằng tích của F d ,. những thứ kia. M t \u003d M cr hoặc \u003d F d (Hình 8).

Cơm. 8 Mô-men phanh chân vịt và mô-men xoắn động cơ

Nếu sự bình đẳng này bị vi phạm, thì động cơ sẽ giảm hoặc tăng tốc độ.

Tốc độ động cơ tăng dẫn đến M cr tăng và ngược lại. Trạng thái cân bằng mới được thiết lập ở tốc độ động cơ mới.

CÔNG SUẤT CẦN THIẾT ĐỂ XOAY CÁNH QUẠT

Sức mạnh này được sử dụng để vượt qua các lực cản đối với chuyển động quay của chân vịt.

Công thức xác định công suất của chân vịt (tính bằng hp) là:

(3.10)

Ở đâu  - hệ số công suất phụ thuộc vào hình dạng của chân vịt, số lượng cánh, góc lắp đặt, hình dạng của cánh trong sơ đồ, điều kiện làm việc của chân vịt ( bước tương đối)

Từ công thức (3.10) có thể thấy công suất cần thiết để quay chân vịt phụ thuộc vào hệ số công suất, tốc độ và độ cao bay, số vòng quay và đường kính chân vịt.

Khi tốc độ bay tăng lên, góc tấn của bộ phận cánh quạt, lượng không khí bị ném trở lại và tốc độ của nó giảm, do đó, công suất cần thiết để quay cánh quạt cũng giảm. Khi độ cao chuyến bay tăng lên, mật độ không khí giảm và công suất cần thiết để quay cánh quạt cũng giảm.

Khi tốc độ động cơ tăng lên, khả năng chống quay của chân vịt tăng lên và công suất cần thiết để quay chân vịt tăng lên.

Cánh quạt, được quay bởi động cơ, phát triển lực đẩy và vượt qua lực cản của máy bay, máy bay di chuyển.

Công do lực đẩy của chân vịt thực hiện trong 1 giây. khi máy bay đang chuyển động, được gọi là lực đẩy hay công suất ròng của cánh quạt.

Lực đẩy của chân vịt được xác định theo công thức

(3.11)

Trong đó P in là lực đẩy do chân vịt tạo ra; V là tốc độ của máy bay.

Khi tăng độ cao và tốc độ bay, lực đẩy của cánh quạt giảm. Khi cánh quạt đang hoạt động, khi máy bay không chuyển động, lực đẩy tối đa được phát triển, nhưng lực đẩy bằng không, do tốc độ chuyển động bằng không.

HIỆU SUẤT CÁNH QUẠT.

SỰ PHỤ THUỘC CỦA HIỆU QUẢ VÀO ĐỘ CAO VÀ TỐC ĐỘ CHUYẾN BAY

Một phần năng lượng quay của động cơ được dùng để quay chân vịt và nhằm mục đích vượt qua sức cản của không khí, làm xoáy tia phụt ra, v.v. Do đó, công thứ hai hữu ích, hay lực kéo hữu ích của chân vịt, N b, sẽ có ít công suất động cơ hơn N e chi cho chuyển động quay của chân vịt.

Tỷ lệ giữa công suất đẩy hữu ích với công suất tiêu thụ của chân vịt (công suất hiệu dụng của động cơ) được gọi là hệ số hiệu suất (hiệu suất) của chân vịt và được ký hiệu là  . Nó được xác định bởi công thức

(3.12)

Cơm. 9 Đặc tính công suất của động cơ M-14P của máy bay Yak-52 và Yak-55

Cơm. 10 Xem gần đúng đường cong thay đổi công suất khả dụng tùy thuộc vào tốc độ bay

Cơm. 11 Đặc tính độ cao của động cơ M-14P ở các chế độ 1 - cất cánh, 2 - danh nghĩa 1, 3 - danh nghĩa 2, 4 - bay 1; 5 - hành trình 2

Giá trị của hiệu suất của chân vịt phụ thuộc vào các yếu tố giống như công suất đẩy của chân vịt.

Hiệu quả luôn nhỏ hơn 1 và đạt 0,8 ... 0,9 đối với cánh quạt tốt nhất.

Np- công suất cần thiết.

Để giảm tốc độ quay của cánh quạt trong động cơ, hộp số được sử dụng.

Mức độ giảm được chọn sao cho ở chế độ danh nghĩa, các đầu của cánh quạt được luồng không khí cận âm thổi xung quanh.

Cơm. 12 Đặc tính công suất của động cơ M-14P của máy bay Yak-52 và Yak-55

Cơm. 13 Xem gần đúng đường cong thay đổi công suất khả dụng tùy thuộc vào tốc độ bay

Cơm. 14 Đặc tính độ cao của động cơ M-14P ở các chế độ 1 - cất cánh, 2 - danh nghĩa 1, 3 - danh nghĩa 2, 4 - bay 1; 5 - hành trình 2

Biểu đồ về sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng khả dụng vào tốc độ bay của máy bay Yak-52 và Yak-55 được hiển thị trong Hình. 9.

Biểu đồ Hình. 10 được gọi là đặc tính của nhà máy điện về mặt công suất.

Tại V=0, Np=0; ở tốc độ bay V=300 km/h, Np==275 mã lực (đối với máy bay Yak-52) và V=320 km/h, Np=275 l. Với. (đối với máy bay Yak-55), trong đó Np- công suất cần thiết.

Khi tăng độ cao, công suất hiệu dụng giảm do mật độ không khí giảm. Đặc điểm thay đổi của nó đối với máy bay Yak-52 và Yak-55 từ độ cao chuyến bay H được thể hiện trong Hình. mười một.

Cơm. 15 Đặc tính độ cao của động cơ M-14P ở các chế độ 1 - cất cánh, 2 - danh nghĩa 1, 3 - danh nghĩa 2, 4 - bay 1; 5 - hành trình 2

VÍT CÓ THỂ THAY ĐỔI

Để loại bỏ những thiếu sót của chân vịt có bước cố định và bước cố định, chân vịt có bước thay đổi (VSP) được sử dụng. Vetchinkin là người sáng lập ra lý thuyết VIS.

YÊU CẦU ĐỐI VỚI VISH:

VISH nên đặt các góc tấn công thuận lợi nhất của các cánh quạt trong tất cả các chế độ bay;

Loại bỏ công suất định mức khỏi động cơ trên toàn bộ phạm vi hoạt động của tốc độ và độ cao;

Duy trì giá trị tối đa của hệ số hiệu quả trong phạm vi tốc độ rộng nhất có thể.

Các cánh của VISH hoặc được điều khiển bởi một cơ chế đặc biệt hoặc được đặt ở vị trí mong muốn dưới tác động của lực tác động lên chân vịt. Trong trường hợp đầu tiên, đây là những cánh quạt thủy lực và điện, trong trường hợp thứ hai - khí động học.

vít thủy lực - một chân vịt, trong đó việc thay đổi góc lắp đặt các cánh quạt được thực hiện nhờ áp suất của dầu cung cấp cho cơ cấu nằm trong trục chân vịt.

vít điện - một chân vịt, trong đó việc thay đổi góc lắp đặt của các cánh quạt được thực hiện nhờ một động cơ điện nối với các cánh quạt bằng bộ truyền động cơ học.

cánh quạt cơ khí - một chân vịt, trong đó việc thay đổi góc lắp đặt của các cánh quạt được thực hiện tự động - bằng lực khí động học và lực ly tâm.

VISH thủy lực được sử dụng rộng rãi nhất. Một thiết bị tự động trong chân vịt có bước thay đổi được thiết kế để duy trì tốc độ cố định của chân vịt (động cơ) bằng cách thay đổi đồng bộ góc nghiêng của cánh khi thay đổi chế độ bay (tốc độ, độ cao) và được gọi là bộ điều khiển ổn định tốc độ ( RPO).

Cơm. 16 Hoạt động của chân vịt biến bước V530TA-D35 ở các tốc độ bay khác nhau

RPO, cùng với cơ chế quay cánh quạt, thay đổi cao độ của cánh quạt (góc nghiêng của cánh quạt) sao cho số vòng quay do phi công thiết lập bằng cần điều khiển VIS không thay đổi (đã cho) khi chuyến bay chế độ thay đổi.

Trong trường hợp này, nên nhớ rằng các vòng quay sẽ được duy trì miễn là công suất hiệu dụng trên trục động cơ N e lớn hơn công suất cần thiết để quay chân vịt khi các cánh quạt được đặt ở góc nghiêng nhỏ nhất (bước nhỏ ).

Trên Hình. 16 thể hiện sơ đồ hoạt động của VIS.

Khi thay đổi tốc độ bay từ cất cánh sang tối đa khi bay ngang, góc lắp cánh quạt  tăng từ giá trị tối thiểu của nó  tối thiểu lên đến tối đa  tối đa (bước lớn). Do đó, các góc tấn công của lưỡi kiếm thay đổi rất ít và vẫn gần với lợi thế nhất.

Hoạt động của VIS trong quá trình cất cánh được đặc trưng bởi thực tế là toàn bộ công suất động cơ được sử dụng trong quá trình cất cánh - lực đẩy lớn nhất được phát triển. Điều này có thể thực hiện được với điều kiện là động cơ phát triển tốc độ tối đa và mỗi bộ phận của cánh chân vịt phát triển lực đẩy lớn nhất, có lực cản quay ít nhất.

Để làm được điều này, điều cần thiết là mỗi phần tử của cánh quạt phải hoạt động ở các góc tấn gần tới hạn, nhưng không làm cản trở luồng không khí. Trên Hình. 16, nhưng có thể thấy rằng góc tấn của lưỡi kiếm trước khi cất cánh (V=0) do dòng không khí chuyển động với vận tốc  V hơi khác so với góc nghiêng của lưỡi cắt theo giá trị f min. Góc tấn công của lưỡi dao tương ứng với độ lớn của lực nâng tối đa.

Lực cản quay trong trường hợp này đạt đến giá trị mà tại đó công suất tiêu hao khi quay trục vít và công suất hiệu dụng của động cơ được so sánh và số vòng quay sẽ không thay đổi. Khi tốc độ tăng, góc tấn của các cánh chân vịt giảm (Hình 16, b). Khả năng chống quay giảm và cánh quạt trở nên nhẹ hơn. Tốc độ động cơ sẽ tăng lên, nhưng RPO giữ chúng không đổi bằng cách thay đổi góc tấn của các cánh quạt. Khi tốc độ bay tăng lên, các cánh quạt quay sang một góc lớn hơn.  Thứ Tư .

Khi bay ở tốc độ tối đa, VIS cũng phải cung cấp giá trị lực đẩy tối đa. Khi bay ở tốc độ tối đa, góc nghiêng của cánh quạt có giá trị giới hạn pmax (Hình 16, c). Do đó, khi tốc độ bay thay đổi, góc tấn công của cánh quạt thay đổi, khi tốc độ bay giảm, góc tấn công tăng - cánh quạt trở nên nặng hơn, khi tốc độ bay tăng, góc tấn công giảm - cánh quạt trở nên nhẹ hơn. RPO tự động chuyển các cánh chân vịt sang các góc thích hợp.

Khi độ cao chuyến bay tăng lên, công suất động cơ giảm và RPO giảm góc nghiêng của cánh quạt để tạo điều kiện cho động cơ vận hành và ngược lại. Do đó, RPO giữ cho tốc độ động cơ không đổi khi thay đổi độ cao chuyến bay.

Trong quá trình tiếp cận hạ cánh, cánh quạt được đặt ở một bước nhỏ, tương ứng với tốc độ cất cánh. Điều này giúp phi công khi thực hiện các thao tác khác nhau trên đường trượt hạ cánh có thể thu được công suất cất cánh của động cơ khi tăng tốc độ lên mức tối đa.

Các đặc tính khí động học của chân vịt bao gồm góc tấn và lực đẩy của chân vịt.

Góc tấn công của các phần tử của cánh chân vịt  được gọi là góc giữa hợp âm của phần tử và hướng chuyển động kết quả thực sự của nó W(Hình 66).

Cơm. 66 Góc lắp đặt và góc tấn của các cánh: a - góc tấn của phần tử cánh, b - tốc độ của phần tử cánh

Mỗi phần tử của lưỡi kiếm thực hiện một chuyển động phức tạp, bao gồm quay và tịnh tiến. Tốc độ quay là

Ở đâu N Với- tốc độ động cơ.

Tốc độ chuyển tiếp là tốc độ của máy bay V . Phần tử cánh càng xa tâm quay của chân vịt thì tốc độ quay càng lớn bạn .

Xét Hình. 66a, dễ dàng thấy rằng:

khi chân vịt đang quay và tốc độ chuyển tiếp bằng không (V=0), thì mỗi phần tử của cánh chân vịt có một góc tấn bằng với góc lắp đặt của phần tử cánh quạt  ;

với chuyển động tịnh tiến của chân vịt, góc tấn của phần tử cánh chân vịt khác với góc nghiêng của phần tử cánh chân vịt (trở nên nhỏ hơn nó);

góc tấn sẽ càng lớn, góc lắp đặt của phần tử cánh chân vịt càng lớn;

tốc độ quay của phần tử cánh chân vịt W bằng tổng hình học của vận tốc tịnh tiến và quay và được tìm thấy theo quy tắc tam giác vuông

(3.5)

tốc độ quay càng lớn thì góc tấn của phần tử cánh chân vịt càng lớn. Ngược lại, tốc độ chuyển tiếp của chân vịt càng lớn thì góc tấn của phần tử cánh chân vịt càng nhỏ.

Phân tích những điều trên, chúng ta có thể kết luận:

ở tốc độ phía trước V=0 góc tấn tối đa và bằng với góc lắp đặt cánh chân vịt;

với sự gia tăng tốc độ tịnh tiến, góc tấn công giảm và nhỏ hơn góc cài đặt;

ở tốc độ bay cao, góc tấn công của lưỡi dao có thể trở nên âm;

tốc độ quay của chân vịt càng lớn thì góc tấn của lưỡi kiếm càng lớn;

nếu tốc độ bay không đổi và tốc độ động cơ giảm thì góc tấn sẽ giảm và có thể trở nên âm.

Các kết luận rút ra giải thích lực đẩy của chân vịt có bước cố định thay đổi như thế nào khi tốc độ bay và số vòng quay thay đổi.

lực đẩy chân vịt xảy ra do tác dụng của lực khí động học  r trên phần tử của cánh chân vịt trong quá trình quay của nó (Hình 67).

Khai triển lực này thành hai thành phần song song với trục quay và song song với mặt phẳng quay ta được lực LR và lực cản quay  X phần tử cánh chân vịt.

Tổng hợp lực đẩy của các phần tử riêng lẻ của cánh chân vịt và tác dụng lên trục quay, ta thu được lực đẩy của chân vịt r .

Lực đẩy chân vịt phụ thuộc vào đường kính chân vịt D, vòng quay trên giây N, mật độ không khí  và được tính theo công thức (tính bằng kgf hoặc N)

Ở đâu  - hệ số lực đẩy chân vịt, có tính đến hình dạng của cánh trong mặt bằng, hình dạng của mặt cắt và góc tấn, được xác định bằng thực nghiệm. Hệ số lực đẩy cánh quạt của máy bay Yak-52 và Yak-55 V530TA-D35 là 1,3.

Vì các cánh chân vịt đối xứng về mặt hình học, nên độ lớn của lực cản và việc loại bỏ chúng khỏi trục quay sẽ giống nhau.

Lực cản quay được xác định theo công thức

(3.7)

Ở đâu Cx tôi - hệ số kéo của lưỡi dao, có tính đến hình dạng phẳng, hình dạng mặt cắt, góc tấn công và bề mặt hoàn thiện ;

W - tốc độ kết quả, m/s;

S tôi - diện tích lưỡi cắt;

ĐẾN - số lượng cánh quạt.

Cơm. 67 Lực khí động của chân vịt

Cơm. 68. Các phương thức hoạt động của chân vịt

m tr =X V r V (3.8)

Mô-men xoắn do động cơ tạo ra được xác định (tính bằng kgf-m) theo công thức

(3.9)

Ở đâu N e- công suất động cơ hiệu quả.

Chế độ được xem xét được gọi là chế độ lực đẩy chân vịt dương, vì lực đẩy này kéo máy bay về phía trước (Hình 68, a). Khi góc tấn công của lưỡi giảm, lực giảm. R và X(giảm lực đẩy chân vịt và mô-men xoắn phanh). Có thể đạt được một tình huống mà P=0 vàX= r. Đây là chế độ lực đẩy bằng không (Hình 68, b).

Chế độ tự quay và cối xay gió có thể thực hiện được khi bay ngang và lặn.

LỰC ĐƯỜNG CÁNH QUAY PHỤ THUỘC VÀO TỐC ĐỘ CHUYẾN BAY. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CAO CHUYẾN BAY ĐẾN NGƯỠNG NGĂN CÁNH QUAY

Sự phụ thuộc của lực đẩy cánh quạt V530TA-D35 vào tốc độ bay được thể hiện trong biểu đồ trong Hình. 69. Để chế tạo nó, người ta đo lực đẩy của chân vịt ở các tốc độ khác nhau. Đồ thị kết quả được gọi là đặc tính lực đẩy của nhà máy điện.

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CAO BAY ĐẾN NGƯỠNG NGĂN CÁNH QUAY.

Cơm. 69 Đặc điểm của nhà máy điện M-14P về lực đẩy (với H = 500 m) của máy bay Yak-52 và Yak-55 với cánh quạt V530TA-D35

Cơm. 70 Mô-men phanh chân vịt và mô-men xoắn động cơ

MÔ-men xoắn phanh chân vịt và mô-men xoắn động cơ.

Như đã thảo luận trước đây, mô-men xoắn kéo của chân vịt chống lại mô-men xoắn của động cơ.

Để vít quay với tốc độ không đổi, cần mô-men xoắn phanh M t, bằng tích, bằng mô-men xoắn động cơ M cr, bằng tích F d ,. những thứ kia. M t \u003d M cr hoặc \u003d F d (Hình 70). Nếu sự bình đẳng này bị vi phạm, thì động cơ sẽ giảm hoặc tăng tốc độ.

Tốc độ động cơ tăng dẫn đến M cr tăng và ngược lại. Trạng thái cân bằng mới được thiết lập ở tốc độ động cơ mới.

CÔNG SUẤT CẦN THIẾT ĐỂ XOAY CÁNH QUẠT

Sức mạnh này được sử dụng để vượt qua các lực cản đối với chuyển động quay của chân vịt.

Công thức xác định công suất của chân vịt (tính bằng hp) là:

(3.10)

Khi tốc độ động cơ tăng lên, khả năng chống quay của chân vịt tăng lên và công suất cần thiết để quay chân vịt tăng lên.

Cánh quạt, được quay bởi động cơ, phát triển lực đẩy và vượt qua lực cản của máy bay, máy bay di chuyển.

Công do lực đẩy của chân vịt thực hiện trong 1 s khi máy bay đang chuyển động gọi là lực đẩy hay công suất thực của chân vịt.

Lực đẩy của chân vịt được xác định theo công thức

trong đó P in là lực đẩy do chân vịt tạo ra; V là tốc độ của máy bay.

HIỆU SUẤT CÁNH QUẠT. SỰ PHỤ THUỘC CỦA HIỆU QUẢ VÀO ĐỘ CAO VÀ TỐC ĐỘ CHUYẾN BAY

Cơm. 71 Đặc tính công suất của động cơ M-14P của máy bay Yak-52 và Yak-55

Cơm. 72 Hình chiếu gần đúng của đường cong thay đổi công suất khả dụng tùy thuộc vào tốc độ bay

Cơm. 73 Đặc tính độ cao của động cơ M-14P ở các chế độ 1 - cất cánh, 2 - danh nghĩa 1, 3 - danh nghĩa 2, 4 - bay 1; 5 - hành trình 2

Giá trị của hiệu suất của chân vịt phụ thuộc vào các yếu tố giống như công suất đẩy của chân vịt.

Hiệu quả luôn nhỏ hơn 1 và đạt 0,8 ... 0,9 đối với cánh quạt tốt nhất.

Biểu đồ về sự phụ thuộc của công suất hiệu dụng khả dụng vào tốc độ bay của máy bay Yak-52 và Yak-55 được hiển thị trong Hình. 71.

Biểu đồ Hình. 72 được gọi là đặc tính của nhà máy điện về mặt công suất.

Khi tăng độ cao, công suất hiệu dụng giảm do mật độ không khí giảm. Đặc điểm thay đổi của nó đối với máy bay Yak-52 và Yak-55 từ độ cao chuyến bay H được thể hiện trong Hình. 73.

Để giảm tốc độ quay của cánh quạt trong động cơ, hộp số được sử dụng.

Mức độ giảm được chọn sao cho ở chế độ danh nghĩa, các đầu của cánh quạt được luồng không khí cận âm thổi xung quanh.

Cánh quạt là thành phần quan trọng nhất của nhà máy điện và hiệu suất bay của cánh quạt phụ thuộc vào cách nó khớp với động cơ và máy bay.

Ngoài việc lựa chọn các thông số hình học của chân vịt, cần chú ý đến vấn đề phù hợp với tốc độ của chân vịt và động cơ, đó là việc lựa chọn hộp số.

Nguyên lý hoạt động của chân vịt

Cánh chân vịt thực hiện một chuyển động phức tạp - tịnh tiến và quay. Tốc độ của phần tử lưỡi cắt sẽ là tổng của tốc độ chu vi và tốc độ tịnh tiến (tốc độ bay) - V

Trong bất kỳ phần nào của cánh quạt, thành phần vận tốc V sẽ không thay đổi và tốc độ chu vi sẽ phụ thuộc vào giá trị của bán kính mà phần đang xem xét nằm trên đó.

Do đó, khi bán kính giảm, góc tiếp cận của tia đối với mặt cắt tăng lên và góc tấn công của mặt cắt giảm và có thể bằng 0 hoặc âm. Trong khi đó, người ta biết rằng cánh "hoạt động" hiệu quả nhất ở các góc tấn công gần với các góc có tỷ lệ lực nâng trên lực cản tối đa. Do đó, để buộc lưỡi kiếm tạo ra lực đẩy lớn nhất với mức tiêu hao năng lượng ít nhất, góc phải thay đổi dọc theo bán kính: nhỏ hơn ở phần cuối của lưỡi kiếm và lớn hơn ở gần trục quay - lưỡi kiếm phải được xoắn.

Quy luật phân bố độ dày biên dạng và độ xoắn dọc theo bán kính của cánh quạt, cũng như hình dạng của biên dạng cánh quạt, được xác định trong quá trình thiết kế cánh quạt và sau đó được tinh chỉnh trên cơ sở thổi trong đường hầm gió. Những nghiên cứu như vậy thường được thực hiện trong các phòng hoặc viện thiết kế chuyên ngành được trang bị thiết bị hiện đại và cơ sở máy tính. Các phòng thiết kế thử nghiệm, cũng như các nhà thiết kế nghiệp dư, thường sử dụng các họ cánh quạt đã được phát triển, các đặc điểm hình học và khí động học của chúng được thể hiện dưới dạng các hệ số không thứ nguyên.

Các đặc điểm chính

đường kính vít - Dđược gọi là đường kính của vòng tròn mà các đầu của lưỡi kiếm của nó mô tả trong quá trình quay.

Độ rộng của lưỡi kiếm là hợp âm của phần tại bán kính nhất định. Các tính toán thường sử dụng chiều rộng tương đối của lưỡi dao

bề dày của một thanh gươm trên bán kính nào gọi là bề dày lớn nhất của tiết diện trên bán kính này. Độ dày thay đổi dọc theo bán kính của cánh quạt, giảm dần từ tâm cánh quạt đến đầu của nó. Độ dày tương đối được hiểu là tỷ số giữa độ dày tuyệt đối với độ rộng của lưỡi cắt ở cùng một bán kính: .

Góc lắp đặt của phần cánh quạt là góc được tạo bởi hợp âm của phần này với mặt phẳng quay của chân vịt.

lưỡi kiếm hđược gọi là khoảng cách mà phần này sẽ đi qua theo hướng trục khi con vít quay một vòng quanh trục của nó, vít vào không khí như vào một vật rắn.

Bước và góc cài đặt của phần có liên quan với nhau bởi mối quan hệ rõ ràng:

Chân vịt thật có cao độ thay đổi dọc theo bán kính theo một quy luật nhất định. Theo góc đặc trưng của việc lắp đặt lưỡi dao, theo quy luật, góc lắp đặt của phần nằm ở 0,75R so với trục quay của chân vịt, được ký hiệu là .

lưỡi dốcđược gọi là sự thay đổi dọc theo bán kính của các góc giữa dây cung của mặt cắt ở một bán kính đã cho và dây cung ở bán kính 0,75R, nghĩa là

Để dễ sử dụng, tất cả các đặc điểm hình học được liệt kê thường được trình bày bằng đồ thị dưới dạng hàm của bán kính hiện tại của vít

Ví dụ, hình dưới đây cho thấy dữ liệu mô tả hình học của chân vịt bước cố định hai cánh:

Nếu con vít, quay với số vòng quay, chuyển động tịnh tiến với tốc độ V sau đó trong một cuộc cách mạng, nó sẽ bao phủ con đường. Giá trị này được gọi là bước vít và tỷ lệ của nó với đường kính được gọi là bước vít tương đối:

Các tính chất khí động học của chân vịt thường được đặc trưng bởi hệ số lực đẩy không thứ nguyên:

hệ số công suất

Và hiệu quả

Ở đâu r- mật độ không khí, trong tính toán có thể lấy bằng 0,125 kgf s 2 / m 4

Tốc độ góc quay của trục vít r/s

D- đường kính trục vít, m

P Và N- lực đẩy và công suất tương ứng trên trục các đăng, kgf, l. Với.

Giới hạn lực đẩy chân vịt lý thuyết

Đối với người thiết kế ALS, điều đáng quan tâm là có thể ước tính gần đúng lực đẩy do nhà máy điện tạo ra mà không cần tính toán. Vấn đề này được giải quyết khá đơn giản bằng cách sử dụng lý thuyết về một chân vịt lý tưởng, theo đó lực đẩy của chân vịt là một hàm của ba tham số: công suất động cơ, đường kính chân vịt và tốc độ bay. Thực tế đã chỉ ra rằng lực đẩy của các chân vịt thực được thực hiện hợp lý chỉ thấp hơn 15 - 25% so với các giá trị giới hạn lý thuyết.

Kết quả tính toán theo lý thuyết về một chân vịt lý tưởng được thể hiện trong biểu đồ sau, cho phép bạn xác định tỷ lệ lực đẩy trên công suất tùy thuộc vào tốc độ bay và thông số N/D 2. Có thể thấy rằng, ở tốc độ gần như bằng không, lực đẩy phụ thuộc phần lớn vào đường kính cánh quạt, tuy nhiên, ở tốc độ dây 100 km/h, sự phụ thuộc này ít đáng kể hơn. Ngoài ra, biểu đồ thể hiện trực quan về tính không thể tránh khỏi của việc giảm lực đẩy chân vịt đối với tốc độ bay, điều này phải được tính đến khi đánh giá dữ liệu chuyến bay của ALS.

theo vật liệu:
"Hướng dẫn dành cho nhà thiết kế máy bay nghiệp dư", Tập 1, SibNIIA

Cánh quạt là bộ phận được thiết kế để tạo ra lực đẩy, đây là phản lực bị cánh quạt đẩy ra khỏi luồng không khí, tạo ra lực đẩy, cánh quạt biến cơ năng của động cơ thành công thực hiện trong quá trình chuyển động tịnh tiến của máy bay.

Yêu cầu:

1. hiệu quả cao;

2. tự động thay đổi góc lắp cánh quạt, tùy thuộc vào chế độ bay và hoạt động của động cơ;

3. Phạm vi góc của cánh quạt phải cung cấp lực đẩy dương tối thiểu khi không hoạt động. Hoạt động của vít lông vũ ở chế độ lực đẩy âm

4. tốc độ quay của cánh quạt khi tăng góc lắp đặt tối thiểu phải là 10 s / s;

5. Phải có các thiết bị bảo vệ tự động để ngăn chặn sự xuất hiện của luồng gió tiêu cực;

6. bảo vệ các cánh quạt và yếm của trục chân vịt (coca) khỏi đóng băng.

phân loại vít. Góc tấn của cánh quạt phụ thuộc vào tốc độ bay ở góc lắp đặt không thấp. Hiện tượng này xảy ra với chân vịt bước cố định. Nhược điểm chính của những cánh quạt như vậy là chúng có thể nặng khi cất cánh ở tốc độ bay thấp và động cơ không cung cấp năng lượng cất cánh. Trong chuyến bay ngang ở tốc độ tịnh tiến cao, chân vịt trở nên nhẹ và tốc độ quay có thể tăng đến giá trị cao không thể chấp nhận được, tại đó độ tin cậy của hoạt động động cơ không được đảm bảo. Trong quá khứ, khi tốc độ bay thấp, những cánh quạt này đã được sử dụng. Khi tốc độ bay tăng lên, các cánh quạt có bước thay đổi bắt đầu được sử dụng - VISH (phạm vi cài đặt 100) với tốc độ bay tăng thêm, tức là. với việc tăng góc j - cài đặt, họ bắt đầu sử dụng cánh quạt với hệ thống điều khiển tốc độ quay tự động, bằng cách thay đổi j từ chế độ bay. Cánh quạt có hệ thống điều khiển như vậy được gọi là cánh quạt tự động - AVISH.

các lực khí động học.

Điểm đặt lực là tại tâm áp lực

Các lực khí động học xuất hiện do tác động của luồng không khí lên các cánh quạt và phân bố trên toàn bộ bề mặt. Sơ đồ tải trọng như vậy của cánh quạt có thể được coi là một chùm, được cố định ở một đầu và chịu tải trọng phân bố, tạo ra các mô men uốn và xoắn. Tâm áp suất ở phía trước mặt phẳng quay. phụ thuộc vào các góc tấn công của lưỡi dao và vận tốc kết quả của dòng chảy tới. Do vai a và b tương đối nhỏ nên độ lớn của momen lực khí động học nhỏ. Ở các góc tấn công tiêu cực của lưỡi dao, hướng thay đổi để các mô-men xoắn và có xu hướng quay lưỡi dao theo hướng giảm góc cài đặt.

Bước vít và bước vít. Bước hình học của vít H là khoảng cách mà vít sẽ di chuyển dọc theo trục quay trong một vòng quay khi vặn vào đai ốc được chế tạo đặc biệt cho nó = r là khoảng cách đến tiết diện đang xét. Vít được đặc trưng bởi , R là bán kính của vít. Từ (1) suy ra bước tiến của vít được cho bởi tốc độ thay đổi của φ. Không khí (đàn hồi và có thể nén được) trong một vòng quay, trục vít di chuyển một lượng ít hơn nhiều so với H - bước chân vịt , - tốc độ bay m / s, n - vòng quay / s.

Khi tính toán, hãy sử dụng bước tương đối , - , không có thứ nguyên và được gọi là đặc tính chế độ hoặc hệ số tốc độ chân vịt.

chế độ vít

Ở một góc cài đặt không đổi, góc tấn công của các lưỡi dao phụ thuộc vào độ lớn của tốc độ bay. Khi tốc độ bay tăng, góc tấn giảm. Trong trường hợp này, họ nói, chân vịt được "làm sáng", do thời điểm cản trở chuyển động quay của chân vịt giảm, và do đó, công suất động cơ cần thiết giảm. Điều này gây ra sự gia tăng tốc độ quay. Khi tốc độ bay giảm xuống thì ngược lại, góc tấn tăng lên và cánh quạt trở nên “nặng nề” hơn, tốc độ quay giảm xuống.

Với sự gia tăng lớn về tốc độ bay hoặc với góc cài đặt nhỏ, góc tấn công có thể bằng 0 hoặc thậm chí là âm. Trong trường hợp của các cánh quạt, chúng gặp luồng không khí không phải với phần làm việc (phía sau) mà với phần sau (phần trước). Trong trường hợp này, lực đẩy và sức mạnh có thể trở nên tiêu cực.

Lực đẩy P và hệ số lực đẩy được coi là dương nếu hướng của lực đẩy trùng với hướng chuyển động của máy bay, ngược chiều - âm. Trong trường hợp này, vít tạo ra lực cản.

Công suất chân vịt T và hệ số công suất được coi là dương khi mô-men xoắn từ các lực khí động học của chân vịt ngược với hướng quay của nó. Nếu mô-men xoắn của các lực này hỗ trợ chuyển động quay của vít, tức là lực cản quay, thì công suất của vít được coi là âm.

Khi thay đổi và trong một khoảng rộng, bước tương đối có thể thay đổi từ không đến giá trị dương lớn vô hạn (khi ).

Xem xét các chế độ hoạt động đặc trưng nhất của chân vịt.

Chế độ trong đó tốc độ tịnh tiến = 0, và do đó bằng 0, được gọi là chế độ vận hành cánh quạt - tại chỗ (hình bên trái). Trên đồ thị, chế độ này tương ứng với điểm MỘT, trong đó hệ số lực đẩy và công suất thường có giá trị lớn nhất. Góc tấn công của các cánh a khi vít vào đúng vị trí xấp xỉ bằng góc lắp đặt. Vì , vít không tạo ra bất kỳ công việc hữu ích nào khi làm việc tại chỗ.

Chế độ hoạt động của trục vít, khi lực đẩy dương được tạo ra với sự có mặt của tốc độ tịnh tiến, được gọi là chế độ chân vịt (hình bên phải). Đây là phương thức hoạt động chính và quan trọng nhất, được sử dụng trong quá trình lăn, cất cánh, leo dốc, bay ngang của máy bay và một phần trong quá trình trượt và hạ cánh. Trên đồ thị, chế độ bay này ứng với đoạn ab, không kể điểm a và b. Khi bước tương đối tăng, các giá trị của lực đẩy và hệ số công suất giảm. Trong trường hợp này, hiệu suất của trục vít trước tiên tăng lên, đạt cực đại tại điểm b, sau đó giảm nhanh chóng. Điểm b đặc trưng cho chế độ hoạt động tối ưu của chân vịt đối với một giá trị nhất định của góc lắp đặt các cánh. Như vậy, chế độ hoạt động của chân vịt tương ứng với giá trị dương của các hệ số , , .

Chế độ hoạt động trong đó chân vịt không tạo ra lực đẩy (lực cản) dương hoặc âm được gọi là chế độ lực đẩy bằng không. Ở chế độ này, vít dường như được vặn tự do vào không khí, không ném ngược lại và không tạo ra lực đẩy. Chế độ lực đẩy bằng không trên biểu đồ tương ứng với điểm c. Ở đây hệ số lực đẩy và hiệu quả ốc vít bằng không. Hệ số công suất có giá trị dương nào đó. Điều này có nghĩa là để vượt qua mô men cản quay của chân vịt ở chế độ này, cần phải có công suất động cơ.

Chế độ lực đẩy bằng không có thể diễn ra khi lập kế hoạch cho máy bay. Góc tấn công của các lưỡi kiếm trong trường hợp này, theo quy luật, nhỏ hơn một chút so với không.

Chế độ hoạt động của vít, khi lực đẩy âm (lực cản) được tạo ra với công suất dương trên trục động cơ, thường được gọi là chế độ phanh , hay chế độ hãm của chân vịt. Ở chế độ này, góc đi vào của các tia lớn hơn góc cài đặt , tức là góc tấn của các cánh là một giá trị âm. Trong trường hợp này, luồng không khí tạo áp lực lên mặt sau của lưỡi dao, tạo ra lực đẩy âm. Trên biểu đồ, chế độ hoạt động này của vít tương ứng với phần giữa các điểm b và d, trong đó các hệ số và có giá trị âm và các giá trị của hệ số thay đổi từ một giá trị dương nào đó thành 0. Công suất động cơ, như trong trường hợp trước, là cần thiết để khắc phục mômen cản quay của chân vịt.

Lực đẩy chân vịt âm được sử dụng để rút ngắn thời gian hạ cánh. Để làm được điều này, các cánh quạt được chuyển đặc biệt đến góc lắp đặt tối thiểu, tại đó góc tấn là âm trong quá trình máy bay chạy.

Phương thức hoạt động, khi công suất trên trục động cơ bằng không và chân vịt quay do năng lượng của dòng chảy tới (dưới tác dụng của lực khí động học tác dụng lên cánh quạt), được gọi là chế độ tự động quay . Đồng thời, động cơ chỉ phát huy công suất cần thiết để thắng các nội lực và mômen ma sát hình thành trong quá trình quay của trục vít. Trên đồ thị, chế độ này tương ứng với điểm g. Lực đẩy chân vịt, như ở chế độ phanh, là âm.

Chế độ hoạt động, trong đó công suất trên trục động cơ là âm và trục vít quay do năng lượng của dòng chảy tới, được gọi là chế độ cối xay gió . Ở chế độ này, trục vít không những không tiêu thụ công suất động cơ mà còn tự quay trục động cơ do năng lượng của dòng chảy tới. Trên đồ thị, chế độ này tương ứng với phần bên phải của điểm g. Chế độ cối xay gió được sử dụng để khởi động động cơ đã dừng trong chuyến bay. Trong trường hợp này, trục động cơ quay với tốc độ quay cần thiết để khởi động mà không yêu cầu các thiết bị khởi động đặc biệt.

Quá trình phanh của máy bay trong quá trình chạy cũng bắt đầu ở chế độ cối xay gió và lần lượt trải qua các giai đoạn tự động quay và phanh cho đến chế độ lực đẩy bằng không.

Chiếc vít tạo ra lực đẩy trong không khí, tác động lên nó giống như một chiếc cánh. Cánh máy bay thường chuyển động tịnh tiến, trong khi cánh chân vịt chuyển động tịnh tiến và quay. Cánh chân vịt có hình chữ nhật dài, một kích thước nhỏ hơn nhiều so với kích thước kia, quay với vận tốc góc W về trục x - x(Hình 4.1), đi qua một cạnh của hình chữ nhật này. Mặt phẳng của hình chữ nhật chừa một góc j với mặt phẳng quay cũng chuyển động tịnh tiến theo phương của trục quay với vận tốc v. Cắt lưỡi cắt với hình trụ có bán kính r, có trục trùng với trục X; chúng tôi thu được một hình chữ nhật kéo dài trong phần. Do chiều rộng của lưỡi dao thường nhỏ so với chiều dài của nó, nên phần hình trụ được thay thế bằng một phần gần với chúng, nhưng thuận tiện cho việc vẽ, bằng một phần của mặt phẳng tiếp tuyến với hình trụ và vuông góc với trục của hình trụ. lưỡi dao (Hình 4.1).

Vì lưỡi dao thực hiện một chuyển động phức tạp - tịnh tiến và quay, nên bạn cần thêm hai chuyển động này. Tổng hình học của tốc độ quay chu vi U = Wr, và tốc độ tịnh tiến (airspeed) V,(Hình 4.2) cho một véc tơ W(vận tốc của luồng không khí so với mặt cắt). Nếu chúng ta lấy một phần khác bởi một mặt phẳng tiếp xúc với một hình trụ có bán kính nhỏ hơn hoặc lớn hơn, thì thành phần vận tốc V vẫn giữ nguyên, và tốc độ ngoại vi wr sẽ ít hơn hoặc nhiều hơn; cái sau thay đổi tuyến tính, trở thành bằng 0 trên trục vít.

Vì lưỡi dao được làm phẳng, nên góc j sẽ giống nhau trên tất cả các bán kính và góc β , được gọi là góc của dòng chảy tới mặt cắt, sẽ khác nhau ở các bán kính khác nhau do tốc độ quay ngoại vi thay đổi W r. Do đó, với việc giảm bán kính r góc β tăng và góc Một=φ-β giảm và có thể trở thành 0 hoặc thậm chí âm.

Chân vịt được chia thành chân vịt có bước cố định (VFSH) và chân vịt có bước thay đổi (VSP).

Chân vịt biến mô-men xoắn của TVD hoặc PD thành lực đẩy. Trong trường hợp này, có những tổn thất được ước tính bởi hệ số hiệu quả (hiệu quả) của chân vịt.

VFS được đặc trưng bởi một góc lưỡi không đổi. Về mặt cấu tạo, trục vít này có một ống bọc trong đó các cánh quạt được gắn chặt truyền lực đẩy đến nó, đồng thời nó cũng cảm nhận mômen xoắn từ trục động cơ đến trục vít.

VISH bao gồm các lưỡi dao, ống lót có cơ chế quay lưỡi dao và các thiết bị đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của nó. Để điều khiển vít, có thiết bị hoạt động tự động và thủ công.

Các cánh quạt phải tuân theo các yêu cầu sau:

Hiệu quả cao;

Đối với VISH - thay đổi góc lắp đặt của các cánh quạt trong phạm vi giúp khởi động động cơ dễ dàng; lực đẩy chân vịt dương tối thiểu khi không tải; lực đẩy âm tối đa trong quá trình chạy và lực cản tối thiểu của các cánh ở vị trí cánh; tự động thay đổi góc lắp cánh quạt tùy thuộc vào chế độ bay của máy bay và hoạt động của động cơ với tốc độ quay ít nhất là 10°/s;

Các giá trị tối thiểu của mô men phản ứng và con quay hồi chuyển;

Thiết kế của cánh quạt và bộ điều khiển tốc độ phải bao gồm các thiết bị bảo vệ tự động hạn chế sự chuyển đổi tùy ý của cánh quạt sang các góc lắp đặt nhỏ và ngăn chặn sự xuất hiện của lực đẩy tiêu cực trong chuyến bay;

Bảo vệ các cánh và yếm của trục chân vịt khỏi bị đóng băng;

Đủ sức mạnh với trọng lượng thấp, cân bằng và tiếng ồn tối thiểu.

Các đặc điểm chính của vít thường được chia thành hình học, động học và khí động học.

4.2. ĐẶC ĐIỂM HÌNH HỌC CỦA VÍT

Các đặc điểm hình học bao gồm: đường kính D chân vịt, số cánh, hình dạng cánh, độ dày c, phần hợp âm b và góc lắp đặt của các phần của lưỡi dao. đường kính trục vít (D=2R) xác định vòng tròn được mô tả bởi các đầu của cánh quạt khi chân vịt quay quanh trục của nó (Hình 4.3). Đường kính là đặc tính quan trọng nhất của vít, vì nó chủ yếu xác định đặc tính lực kéo của nó.

Giá trị đường kính được chọn từ các cân nhắc về khí động học và phù hợp với khả năng đặt cánh quạt trên máy bay. Đường kính của cánh quạt hiện đại nằm trong khoảng từ 3 m đến 6 m.

Đường kính vít lớn dẫn đến hiệu suất thấp. liên quan đến khả năng xuất hiện tốc độ siêu thanh ở phần cuối của cánh quạt, đồng thời cũng làm phức tạp thêm việc bố trí động cơ trên máy bay. Đường kính nhỏ không cho phép chuyển đổi mô-men xoắn động cơ đã cho thành lực đẩy cần thiết.

Nếu lưỡi cắt ở một bán kính nhất định r bề mặt hình trụ có trục dọc trùng với trục quay của chân vịt thì dấu vết của vết cắt gọi là tiết diện của lưỡi cắt. Phần này có một hồ sơ hình cánh. Phần của lưỡi cắt giữa hai bán kính ( r Và r+Δ r), là phần tử phiến có diện tích ∆S=b∆r.Ở đây và bên dưới, các phần mặt phẳng được xem xét thay vì các phần cong.

Tỷ lệ bán kính phần hiện tại r bán kính vít r gọi là bán kính tương đối =r/R. Bán kính của phần không hoạt động của lưỡi dao bị chiếm bởi ống lót được biểu thị r0. Và 0 = r0 /R.

Để chuyển đổi mô-men xoắn của động cơ thành lực đẩy với giá trị đường kính tối thiểu, chân vịt có một số cánh quạt. Trên các nhà hát hiện đại, cánh quạt bốn cánh thường được lắp đặt. Một số lượng lớn hơn của lưỡi làm giảm hiệu quả. Trên các động cơ nhà hát mạnh mẽ, thay vì tăng số lượng cánh quạt, các cánh quạt đồng trục được sử dụng, được bố trí nối tiếp nhau và quay ngược chiều nhau quanh một trục.

Kích thước đặc trưng của phần lưỡi dao là chiều rộng tối đa b và độ dày- Với lưỡi dao, cũng như kích thước tương đối của chúng

= Và =

Đối với vít hiện đại, max = 8 ... 10% (Hình 4.4).

đường kẻ 0V(xem Hình 4.3), đi qua giữa các phần của lưỡi dao, được gọi là trục của nó. Hình dạng của trục cánh (thẳng hoặc cong) và sự phân bố chiều rộng của cánh dọc theo trục này đặc trưng cho hình dạng của cánh trong mặt bằng. Tiếp cận tối đa đến cuối cánh quạt làm tăng lực đẩy của chân vịt, nhưng làm tăng mô men uốn do tâm áp suất dịch chuyển về phía cuối cánh quạt.

Độ dày tối đa của phần lưỡi giảm dần về phía cuối của nó (ở tốc độ dòng chảy cao, độ dày tương đối của cấu hình được yêu cầu nhỏ hơn). Để đánh giá so sánh độ dày này, hãy xem xét giá trị tương đối của nó trên 0 = 0, 9 và biểu thị 0,9 . Đối với vít hiện đại 0,9 \u003d 4 ... 5% (Hình 4.4).

4.3 ĐẶC TÍNH ĐỘNG HỌC CỦA RƯỢU

Mặt phẳng vuông góc với trục quay của chân vịt và đi qua một điểm bất kỳ của cánh gọi là mặt phẳng quay của chân vịt. Có vô số mặt phẳng song song như vậy. Thông thường, mặt phẳng quay của vít được hiểu là mặt phẳng đi qua phần giữa hoặc phần cuối của dây cung biên dạng (Hình 4.5).

Các phần lưỡi nghiêng với mặt phẳng quay. Góc cắt lưỡi φ được đo giữa mặt phẳng quay của vít và hợp âm của biên dạng. Giá trị φ xác định giá trị bước cho một bán kính trục vít nhất định h như quãng đường mà một cánh quạt sẽ đi được trong một môi trường kiên cố trong một vòng quay

h=2r tgφ n s ,

Ở đâu ns là số vòng quay của trục vít trong một giây.

Trong quá trình vận hành vít, giá trị bước không được đo, nhưng thuật ngữ "bước vít" đã trở nên phổ biến.

Các đặc tính động học của chân vịt là tốc độ chu vi, tịnh tiến và tốc độ kết quả của phần lưỡi, góc tấn và dòng chảy vào, hệ số tốc độ. Trong chuyến bay, phần của cánh quạt quay với tốc độ ngoại vi U=ωr=2pl s r và di chuyển về phía trước với tốc độ của chuyến bay v. Ngoài những chính này

vận tốc, vận tốc hút quy nạp và vận tốc xoắn phát sinh trong mặt phẳng quay, vì đơn giản không được xét ở đây. Trong trường hợp này, tốc độ kết quả Wđược xác định bởi công thức

hướng tốc độ W tạo thành một góc tấn công α với hợp âm biên dạng và với tốc độ bạn góc phụt tia vào β. Sau đó

φ=a+β,

β=cung tg =cung tg .

Ở các giá trị không đổi của tốc độ tịnh tiến V và góc lắp đặt φ với sự gia tăng bán kính của phần lưỡi dao, góc β giảm và góc Một tăng.

Để mỗi phần của lưỡi kiếm có cùng một góc tấn công thuận lợi nhất Một ngây thơ (tại đó tỷ lệ lực nâng trên lực kéo là tối đa), điều này là cần thiết khi giảm góc β giảm góc cài đặt φ . Do đó, ở cánh chân vịt, các góc lắp đặt ở phần gốc (ở phần mông) là lớn nhất và giảm dần về phía cuối cánh (Hình 4.6). Sự phân bố các góc lắp đặt của các phần lưỡi như vậy được gọi là xoắn hình học. Vòng xoắn phải cung cấp điều kiện a=φ-β=hằng số=ngây thơ.

Để xác định độ xoắn của lưỡi dao, người ta dùng khái niệm độ xoắn tương đối của tiết diện lưỡi dao (Hình 4.7), so sánh góc φ lắp đặt bất kỳ phần nào của lưỡi cắt với góc lắp đặt của phần nằm ở = 0,75 và được ký hiệu là φ 0,75: =φ - φ 0,75. Tổng độ xoắn của lưỡi dao được xác định bởi sự khác biệt về góc lắp đặt ở đầu phần làm việc của lưỡi dao φro và ở cuối lưỡi dao φ R. Vì góc lắp đặt cánh quạt thay đổi dọc theo bán kính của chân vịt nên nó được đo ở bán kính danh nghĩa r nom. Nghĩa r nom thường lấy bằng 1000 mm đối với vít có D<4 м и 1600 мм для винтов с D>4 mét

Ở các giá trị không đổi của góc cài đặt của phần lưỡi dao ( β và lưỡi bay chu vi bạn) góc tấn thay đổi theo tốc độ bay. Khi tốc độ tăng V góc tấn công Một giảm, và với sự giảm V- tăng. Để thay đổi tốc độ bay, góc tấn Một không đổi, cần phải thay đổi góc lắp lưỡi dao (Hình 4.8).

Điều này có thể thực hiện được bằng cách xoay cánh quạt trong trục chân vịt so với trục chân vịt của chính nó. Trong trường hợp của VFS, điều này đạt được bằng cách tăng tốc độ chu vi bạn(tăng tốc độ chân vịt).

4.4. ĐẶC ĐIỂM KHÍ ĐỘNG HỌC CỦA CÁNH QUAY

Các đặc tính khí động học của chân vịt bao gồm lực đẩy r, thời điểm kháng cự m và sức mạnh N cần thiết để xoay vít, và hiệu quả trong

Như đã đề cập ở trên, các cánh quạt, đang chuyển động quay và tịnh tiến, có tốc độ chuyển động khác nhau liên quan đến luồng không khí tới. Xem xét hai phần của lưỡi dao (xem Hình 4.9) ở bán kính r Và r+Δ r và một phần của lưỡi dao thu được giữa các phần này được gọi là phần tử lưỡi dao ở bán kính r. Diện tích của phần tử lưỡi dao này sẽ là dS=bdr.

Trong chuyển động đảo ngược, phần tử được chỉ định của lưỡi dao phải chịu một dòng chảy với tốc độ V song song với trục vít, và thứ hai, dòng chảy với tốc độ bạn theo phương vuông góc với vận tốc V, đưa ra tốc độ kết quả W- tốc độ dòng chảy trên phần tử lưỡi cắt. Góc giữa vectơ W và hợp âm của phần là góc tấn của phần α .

Góc φ giữa hợp âm của phần và vectơ bạn(hoặc, cũng là mặt phẳng quay của cánh quạt) là góc lắp đặt phần lưỡi và góc β giữa các vectơ vận tốc bạn Và W- góc tiếp cận. Một phần tử cánh như vậy có thể được coi là một cánh và các công thức khí động học chung có thể được áp dụng cho nó.

Lực nâng cho phần tử lưỡi dao:

dY=C y d S ,(4.1)

và kéo

dX=C x đS. (4.2)

Như đã biết từ khí động học, hệ số cản c x phụ thuộc vào nhịp tương đối của cánh. Phạm vi tương đối để thực hiện trong trường hợp này là gì? Thoạt nhìn, có vẻ như nên áp dụng một phạm vi vô hạn; nhưng, như đã biết từ khí động học, một chiếc cánh như vậy sẽ không có lực cản quy nạp. Do đó, nó sẽ không gây ra vận tốc quy nạp, trái với vận tốc nên có trong phản lực của một chân vịt lý tưởng. Do đó, nếu chúng ta coi phần tử của lưỡi dao là một cánh có nhịp vô hạn, thì người ta phải tìm tốc độ do vít gây ra theo một cách khác, và sau đó lấy tam giác tốc độ trong tiết diện của lưỡi dao, như hình vẽ trong bộ lễ phục. 4.5. Để có thể sử dụng các công thức này để xác định lực đẩy và công suất của phần tử lưỡi dao, người ta nên tìm hiểu chúng C y Và c xđối với một số phạm vi tương đối hư cấu và xem xét rằng phần tử hoạt động trong lưỡi dao một cách cô lập - không có bất kỳ ảnh hưởng nào của các phần tử lân cận. Hơn nữa, nên giả định rằng tác động của dòng chảy lên một phần tử như vậy, mặc dù thực tế là nó di chuyển dọc theo quỹ đạo xoắn ốc, tương tự như tác động của dòng chảy lên cánh đang di chuyển về phía trước. Giả định cuối cùng này thường được gọi là giả thuyết về tiết diện phẳng.

dY= C y b dr(4.3)

dX= C x b dr(4.4)

Các giá trị tuyệt đối của kích thước tuyến tính của lưỡi dao được biểu thị ở dạng tương đối:

b= D, r= Và dr=d

Thể hiện W bởi vì bạn Và β.

U=ώr=2πn s r= πn s(4.5)

W2 ==(4.6)

Các giá trị của lực nâng nguyên tố dY và lực lượng kháng chiến dXđưa vào (4.6) ta có:

dY=Cy=Cy(4.7)

dX=C x = C x (4.8)

Chúng ta hãy thiết kế lực nâng và lực cản của phần tử rơi theo hai hướng vuông góc với nhau - hướng song song với trục của trục vít và hướng trùng với mặt phẳng quay của trục vít (Hình 4.10).

chiếu dY tạo lực đẩy cho trục chân vịt dP phần tử lưỡi dao:

dP=dYcosβ-dXsinβ= ()(4.9)

chiếu dX trên mặt phẳng quay của trục vít cho lực cản đối với chuyển động quay của phần tử này:

dT=dYsinβ+dXcosβ= () (4.10)

Mô-men xoắn của lực cản quay đM phần tử lưỡi dao:

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

Công suất quay cần thiết dN phần tử lưỡi dao:

dN=dM ω= dM 2πn s = ( ) (4.12)

lực đẩy chung r và sức mạnh N cho vít với Tôi lưỡi dao được thể hiện bằng sự phụ thuộc tích phân tương ứng của biểu thức (4.9) và (4.12):

P= ( ) . (4.13)

N= () . (4.14)

Trong các công thức (4.13) và (4.14), các tích phân là các hàm thay đổi tùy thuộc vào các đặc tính hình học và khí động học của cánh chân vịt và biểu thị chúng theo đó C R là hệ số lực đẩy và C N là hệ số công suất, ta thu được biểu thức cuối cùng cho lực đẩy và công suất:

P= C P ρn 2 D 4 ,(4.15)

N= C N ρn 3 D 5 ,(4.16)

hiệu quả trục vít trong có thể được viết như:

η trong = = = = λ= π (4.17)

Tốc độ tương đối là tỷ lệ giữa tốc độ dòng tự do với tốc độ chu vi ở đầu lưỡi dao:

Cơm. 4.11a. Đặc tính khí động học của chân vịt

Ở đây, tỷ lệ này được gọi là bước vít (chuyển động tịnh tiến của vít trong môi trường tuân thủ), và =λ- bước tương đối, khi đó: λ=π .

Khi chọn một cánh quạt và trong quá trình tính toán khí động học của máy bay, công suất do động cơ truyền tới cánh quạt được đặt và chỉ cần biết về hiệu suất của cánh quạt - lực đẩy của cánh quạt thường không được sử dụng trong tính toán khí động học. Thật thuận tiện khi kết hợp các đường cong С N và η để các giá trị tương ứng được vẽ trên các đường cong С N – η, thì sơ đồ thể hiện trong Hình. 4.11a.

Trên đó, λ được vẽ dọc theo trục hoành, CN dọc theo tung độ; các đường cong C N được định vị theo thông số góc lắp vít φ; trên các đường cong C N, các điểm của hiệu suất chân vịt tương ứng được vẽ, khi được kết nối, các đường cong có cùng hiệu suất được hình thành. Như bạn có thể thấy, các đường cong có cùng hiệu suất được đóng lại và cắt các đường cong C N tương ứng hai lần. Cốt lõi của các đường cong khép kín này tương ứng với giá trị hiệu quả cao nhất. Sơ đồ như vậy được gọi là đặc tính khí động học của chân vịt. Sơ đồ phải chỉ ra các điều kiện thử nghiệm, nghĩa là loại thiết bị vít, đường kính của vít được thử nghiệm, loại vít hoặc hình dạng của nó, hình dạng và kích thước của phần thân phía sau vít, tốc độ dòng chảy và số vòng quay trong quá trình kiểm tra. Sơ đồ thể hiện trong hình. 197, là cái chính để chọn vít.

4.5. CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG

Cơm. 4.12. Vận hành trục vít tại chỗ

Ở một góc lưỡi không đổi j góc tấn công của cô ấy α phụ thuộc vào giá trị của tốc độ bay (xem Hình 4.10). Khi tốc độ bay tăng, góc tấn giảm. Trong trường hợp này, chân vịt được cho là "trở nên nhẹ hơn", do momen cản quay của chân vịt giảm, dẫn đến tốc độ quay của nó tăng lên. Khi tốc độ bay giảm, ngược lại, góc tấn tăng và cánh quạt trở nên "nặng" hơn, tần số quay của nó giảm.

công suất chân vịt N và hệ số công suất C Nđược coi là dương khi mô-men xoắn từ các lực khí động học của chân vịt ngược với hướng quay của nó.

Nếu mô-men xoắn của các lực này hướng theo hướng quay của vít, tức là lực cản quay t<0, мощность винта считается отрицательной.

Dưới đây là các chế độ hoạt động điển hình nhất của chân vịt.

Chế độ trong đó tốc độ tịnh tiến V=0, kể từ đây, λ Và h trong bằng không được gọi là chế độ vít làm việc vào vị trí(Hình 4.12). Trên hình. 4.11 chế độ này tương ứng với điểm MỘT,đâu là hệ số lực đẩy Thứ Tư và sức mạnh C N thường có giá trị cực đại. góc lưỡi ά khi vít vào vị trí, nó xấp xỉ bằng góc lắp đặt φ. Bởi vì h trong =o, thì vít không sinh công có ích khi làm việc tại chỗ.

Chế độ hoạt động của trục vít, khi lực đẩy dương được tạo ra với sự có mặt của tốc độ tịnh tiến, được gọi là chế độ chân vịt(hình 4.13). Đây là phương thức hoạt động chính và quan trọng nhất, được sử dụng trong quá trình lăn, cất cánh, leo dốc, bay ngang của máy bay và một phần trong quá trình hạ cánh và hạ cánh. Trên hình. 4.11 chế độ máy bay này tương ứng với phần b. Khi bước tương đối λ tăng lên, các giá trị của lực đẩy và hệ số công suất giảm xuống. Trong trường hợp này, hiệu suất của trục vít trước tiên tăng lên, đạt cực đại tại một điểm nhất định b, và sau đó rơi xuống.

chấm bđặc trưng cho chế độ hoạt động tối ưu của chân vịt đối với một giá trị nhất định của góc lắp đặt các cánh j. Như vậy chế độ hoạt động của chân vịt tương ứng với giá trị dương của các hệ số C P, C N Và h trong. Những điều kiện bay này thường xảy ra khi máy bay hạ độ cao. Trong các nhà máy điện có VFSh, có thể quay chân vịt.

Hình.4.15. Hoạt động của chân vịt ở chế độ phanh

Chế độ hoạt động trong đó chân vịt không tạo ra lực đẩy (lực cản) dương hoặc âm được gọi là chế độ lực đẩy bằng không. Ở chế độ này, vít dường như được vặn tự do vào không khí mà không ném ngược lại và không tạo ra lực đẩy (Hình 4.14). Chế độ lực đẩy bằng không trong hình. 4.11 điểm trận đấu V. lực kết quả dR xuất hiện ở góc phần tư thứ 3. Ở đây, hệ số lực đẩy c p và hiệu quả của chân vịt h trongđều bằng không. Hệ số công suất C N có giá trị dương nào đó, tương ứng với năng lượng tiêu hao để thắng chuyển động quay của trục vít. Góc tấn công của các lưỡi kiếm trong trường hợp này, theo quy luật, nhỏ hơn một chút so với không.

Chế độ hoạt động của chân vịt, khi lực đẩy âm (lực cản) được tạo ra với công suất dương trên trục động cơ, được gọi là chế độ phanh, hoặc chế độ hãm của trục vít (Hình 4.15). Trong chế độ này, góc của dòng tia nước β thêm góc lắp đặt φ , I E. góc tấn công của lưỡi kiếm α- giá trị là âm. Trong trường hợp này, luồng không khí tạo áp lực lên mặt sau của cánh quạt, tạo ra lực đẩy âm, bởi vì. lực kết quả dR xuất hiện ở góc phần tư thứ ba. Trong hình 4.11, chế độ hoạt động này của vít tương ứng với phần được bao quanh giữa các điểm V Và g, trên đó các hệ số Thứ Tư Và trong có giá trị âm và các giá trị của hệ số C N thay đổi từ một số giá trị tích cực đến không.

Hình.4.16 Hoạt động của chân vịt ở chế độ quay tự động

Như trong trường hợp trước, để vượt qua thời điểm cản trở chuyển động quay của chân vịt, cần có một công suất động cơ nhất định. Lực đẩy chân vịt âm được sử dụng để rút ngắn thời gian hạ cánh. Để làm điều này, các lưỡi dao được chuyển đặc biệt đến góc cài đặt tối thiểu. φ phút, tại đó trong quá trình máy bay chạy, góc tấn α tiêu cực.

Phương thức hoạt động, khi công suất trên trục động cơ bằng không và chân vịt quay do năng lượng của dòng chảy tới (dưới tác dụng của lực khí động học tác dụng lên cánh quạt), được gọi là chế độ tự động quay(Hình 4.16). Động cơ phát triển sức mạnh N, chỉ cần thiết để vượt qua nội lực và mômen cản hình thành trong quá trình quay của vít.

lực kết quả dR=-dPđịnh hướng nghiêm ngặt dọc theo trục quay của cánh quạt và hướng vào chuyến bay của máy bay. Trên hình. 4.11 chế độ này tương ứng với điểm g. Lực đẩy chân vịt, như ở chế độ phanh, là âm.

Cơm. 4.17. Vận hành tuabin gió

Chế độ hoạt động, trong đó công suất trên trục động cơ là âm và trục vít quay do năng lượng của dòng chảy tới, được gọi là chế độ cối xay gió(Hình 4.17). Ở chế độ này, trục vít không những không tiêu thụ công suất động cơ mà còn tự quay trục động cơ do năng lượng của dòng chảy tới. Trên hình. 4.11 chế độ này tương ứng với phần bên phải của điểm g và sau đó, coi vít là một nguồn năng lượng, h trong> 0

Chế độ cối xay gió được sử dụng để khởi động động cơ đã dừng trong chuyến bay. Trong trường hợp này, trục động cơ quay với tốc độ cần thiết để khởi động mà không yêu cầu các thiết bị khởi động đặc biệt.

Việc giảm tốc của máy bay trong quá trình chạy được thực hiện bằng cách chuyển các cánh quạt đến góc lắp đặt tối thiểu và bắt đầu ở chế độ cối xay gió, lần lượt trải qua các giai đoạn, tự động quay, phanh, chế độ lực đẩy bằng không. Khi tốc độ chạy giảm, chân vịt bắt đầu hoạt động ở chế độ lực đẩy tối thiểu.

4.6. PHÂN LOẠI CÁNH CÁNH BAY CÓ THỂ BIẾN ĐỔI

Trước đây, người ta đã chỉ ra rằng giá trị của góc tấn công của các lưỡi dao ở góc lắp đặt không đổi φ phụ thuộc vào tốc độ bay. Trong VFS ở tốc độ bay thấp (cất cánh), góc tấn của các phần cánh quạt gần với góc lắp cánh quạt khiến cánh quạt trở nên "nặng nề". Trong trường hợp này, công suất động cơ không đủ để quay cánh quạt đến tốc độ cất cánh (tối đa). Khi bay ngang với tốc độ cao về phía trước, góc tấn của cánh quạt có thể giảm đáng kể, điều này sẽ tạo ra công suất động cơ dư thừa (so với cánh quạt), dẫn đến tăng số vòng quay lên giá trị cao không thể chấp nhận được. độ tin cậy của hoạt động động cơ không được đảm bảo.

Trước đây, khi phạm vi tốc độ của máy bay nhỏ, các cánh quạt có bước cố định đã được sử dụng. Khi máy bay được cải thiện và phạm vi tốc độ bay tăng lên, nhu cầu về cánh quạt có bước thay đổi đã nảy sinh. VIS đầu tiên có phạm vi góc lưỡi dao tương đối nhỏ, thường không vượt quá 10°. Theo quy định, đây là các vít hai bước. Việc cất cánh và lên cao trong trường hợp này được thực hiện ở góc lắp đặt nhỏ (bước nhỏ), giúp có thể đạt được tốc độ rôto của động cơ cất cánh khi làm việc tại chỗ. Khi chuyển sang bay ngang, các cánh quạt được chuyển sang một bước lớn bằng các cơ chế đặc biệt.

Với sự gia tăng hơn nữa về phạm vi tốc độ bay của máy bay và do đó, với sự gia tăng về phạm vi góc của cánh quạt, các cánh quạt có hệ thống điều khiển tốc độ tự động bắt đầu được sử dụng bằng cách thay đổi góc lắp đặt tùy thuộc vào chế độ bay.

Tùy thuộc vào nguồn năng lượng cho chuyển động cưỡng bức của các cánh quạt so với các trục dọc của chúng, VIS được chia thành:

Cơ khí (năng lượng được lấy từ động cơ sử dụng cơ cấu bánh răng vi sai hoặc từ nỗ lực của phi công);

Điện, trong đó chuyển động của các cánh được thực hiện với sự trợ giúp của một động cơ điện được đặt trong trục quay của trục vít và được nối với các đầu của cánh bằng một bánh răng côn;

Thủy lực, trong đó bộ phận trợ lực là một pít-tông thủy lực nằm trong trục vít, chuyển động tịnh tiến của nó được chuyển đổi bởi cơ cấu tay quay thành chuyển động quay của các cánh quạt.

Quy định VIS dựa trên việc duy trì số vòng quay của chân vịt (động cơ) không đổi, bất kể công suất động cơ đã phát triển, bằng cách thay đổi góc của cánh quạt bằng bộ điều chỉnh ly tâm.

Khi động cơ lệch khỏi chế độ cân bằng theo hướng có công suất phát triển lớn hơn, nỗ lực tăng tốc độ của nó sẽ bị cản trở bằng cách đặt các cánh quạt ở một góc lớn hơn. Trong trường hợp này, tốc độ quay của trục vít vẫn ở mức cũ (trong giới hạn dung sai) với lực đẩy tăng đồng thời. Nếu chế độ lệch về phía giảm thì quá trình điều tiết diễn ra theo chiều ngược lại.

Cánh quạt có hệ thống điều khiển tốc độ như vậy được gọi là cánh quạt không khí tự động. Về mặt cấu trúc, chân vịt tự động là bộ phận rất phức tạp, việc vận hành và bảo dưỡng thành công chỉ có thể thực hiện được nếu các nguyên tắc hoạt động và quy tắc vận hành kỹ thuật của chúng được nghiên cứu kỹ lưỡng.

4.7. LỰC VÀ MÚC TÁC DỤNG TRÊN LƯỠI

Lực ly tâm của lưỡi dao và khoảnh khắc của chúng

Trên mặt cắt ngang của bán kính tùy ý của lưỡi dao, chúng tôi chọn các khối cơ bản cuối. Khi chân vịt quay, lực ly tâm tác động lên các phần tử này của cánh quạt, hướng dọc theo bán kính từ trục quay và nằm trong mặt phẳng quay của các phần tử này.

Vectơ của lực ly tâm dp c1 Và dp c2 các phần cực hạn của phần tử lưỡi cắt (Hình 4.18) hướng từ trục quay và vuông góc với nó. Chúng có thể được phân tách trong các mặt phẳng quay tương ứng thành các thành phần hướng trục và bình thường dK 1 , dK 2 Và df 1 , df 2. Các lực thứ hai cũng được thể hiện trong mặt cắt ngang của lưỡi kiếm.

Sự mở rộng của vectơ lực ly tâm đối với các phần tương tự khác của mặt cắt, nằm giữa mép đầu và mép sau trong cùng một mặt cắt của cánh, đưa ra sơ đồ các thành phần ngang của lực ly tâm (Hình 4.19) Các thành phần ngang của lực ly tâm các lực ly tâm (Hình 4.18) đổi hướng khi đi qua trục cánh quạt. Thay thế các lực của một hướng bằng kết quả tương ứng dF 1 Và dF 2 , chúng ta có được khoảnh khắc m c từ các thành phần ngang của lực ly tâm, có xu hướng xoay lưỡi cắt để giảm góc lắp đặt.

Trong các cánh quạt có bước thay đổi, việc quay các cánh quạt đến góc lắp đặt cần thiết xảy ra tương ứng với các trục trùng với các trục của các bộ phận mông (hình trụ) của các cánh quạt.

độ lớn của khoảnh khắc M c, phụ thuộc vào tốc độ cánh quạt, vật liệu, kích thước hình học, góc lắp đặt và độ xoắn của cánh quạt.

Các lực khí động học và khoảnh khắc của chúng

Các lực khí động học xuất hiện do tác động của luồng không khí lên cánh quạt và được phân bổ trên toàn bộ bề mặt của nó. Sơ đồ tải như vậy của lưỡi dao có thể được coi là một chùm được cố định cứng ở một đầu, chịu tác động của tải trọng khí động học phân tán, tạo ra các khoảnh khắc uốn và xoắn.

Kết quả của các lực khí động học của phần tử cánh được áp dụng ở tâm áp suất, thường nằm ở phía trước trục quay của cánh (xem Hình 4.5) và có xu hướng xoay phần sau theo hướng tăng cài đặt góc. Độ lớn của tổng mô men của các lực khí động học của cánh quạt đối với một chân vịt nhất định phụ thuộc vào góc tấn công của cánh quạt và độ lớn của vận tốc kết quả của dòng chảy tới. Giá trị của thời điểm của các lực khí động học là nhỏ.

Ở các góc tấn công tiêu cực của các cánh quạt, hướng của lực kết quả thay đổi sao cho các mô men xoắn của các lực khí động học trong trường hợp này có xu hướng quay các cánh quạt theo hướng giảm góc lắp đặt.

Lực ly tâm của đối trọng và khoảnh khắc của chúng

Thông thường, lượng mô-men xoắn từ các lực khí động học là nhỏ, vì vậy nó không thể được sử dụng như một nguồn năng lượng độc lập để quay các cánh quạt theo hướng tăng góc lắp đặt. Về vấn đề này, trên một số chân vịt có bước thay đổi, người ta lắp đặt thêm các đối trọng (trọng lượng) đặc biệt, được cố định vào phần mông của cánh bằng giá đỡ (Hình 4.20).

Khi vít quay, lực ly tâm của đối trọng phát sinh R p, hướng từ trục quay. Các đối trọng so với các cánh quạt được đặt sao cho các bộ phận p n trên vai h mô-men xoắn lưỡi tạo ra M c \u003d R nf h, tìm cách xoay lưỡi dao theo hướng tăng góc cài đặt. Giá trị mô-men xoắn của đối trọng m c phụ thuộc vào khối lượng của chúng, khoảng cách từ trục quay, vai h và tốc độ trục vít. Tất cả các tham số này được chọn theo cách sao cho tác động kết hợp của hai mô-men xoắn từ lực ly tâm của lực đối trọng và lực khí động học đảm bảo chuyển động quay của lưỡi dao theo hướng tăng góc lắp đặt với cường độ quay cần thiết. Thành phần R máy tínhđối trọng, hướng dọc theo lưỡi dao, gây ra mômen uốn, mômen này được cảm nhận bởi giá đỡ đối trọng.

4.8. SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁNH BAY CƠ CHẾ THỦY LỰC LÀM QUAY LƯỠI

Hiện nay, trong ngành hàng không cánh quạt, cánh quạt thủy lực được sử dụng rộng rãi nhất, trong đó việc thay đổi góc lắp đặt của cánh quạt được thực hiện dưới áp suất dầu. Theo nguyên tắc hoạt động, chúng được chia thành vít hai mặt và một mặt. Trong vít một chiều thủy lực, dầu (từ hệ thống làm mát động cơ) từ một bơm cao áp đặc biệt được cung cấp cho một trong các khoang của xi lanh thủy lực thông qua ống đệm của bộ điều chỉnh ly tâm. Khoang còn lại được kết nối vĩnh viễn với đường thoát nước, đóng vai trò là hệ thống cung cấp năng lượng cho động cơ ( R phút)

Vít hành động đảo ngược một mặt

Sơ đồ động học của cánh quạt (xem Hình 4.21) được thực hiện sao cho góc lắp đặt của các cánh tăng lên khi pít-tông 2 di chuyển sang phải, khi áp suất trong khoang A vượt quá áp suất trong khoang B. Việc giảm góc lắp đặt được thực hiện dưới tác động của mô men từ các thành phần ngang của lực ly tâm của lưỡi cắt M c/b bằng cách xả dầu từ khoang A của xi lanh thủy lực.

Trong trường hợp chung, những khoảnh khắc sau đây tác động lên lưỡi dao: M c/b- thời điểm từ các thành phần ngang của lực ly tâm, nhằm giảm góc lắp đặt của lưỡi dao j; thời điểm từ các lực khí động học được hướng tới nó Điên rồ và mô-men xoắn tác dụng theo cùng một hướng từ áp suất trong khoang A trên pít-tông - M A .

Ở chế độ cân bằng, khi lò xo 7 cân bằng lực từ trọng lượng ly tâm 6, vai của ống chỉ 5 sẽ đóng khoang A của xi lanh 1 và tạo ra một phớt thủy lực trong đó, cảm nhận lực từ m c\b và lưỡi dao ở một vị trí cố định.

Trong trường hợp tăng công suất động cơ (tăng nguồn cung cấp nhiên liệu), trong khi vẫn giữ nguyên mức tiêu thụ năng lượng của cánh quạt, tốc độ động cơ sẽ tăng lên. Điều này sẽ làm tăng lực ly tâm của quả nặng 6 và ống chỉ 5 sẽ cho phép dầu đi vào khoang A. Trong trường hợp này M A+M a\d > M c\b, điều này sẽ làm cho lưỡi dao di chuyển ở một góc lớn hơn j. Với sự gia tăng mức tiêu thụ năng lượng của chân vịt, tần số quay của nó giảm xuống giá trị định trước và chế độ cân bằng được thiết lập.

Khi công suất động cơ giảm (giảm nguồn cung cấp nhiên liệu), quá trình này diễn ra theo thứ tự ngược lại. Một tính năng của các ốc vít như vậy là thiết kế tương đối đơn giản của chúng. Những nhược điểm bao gồm khả năng quay vít trong trường hợp vi phạm độ kín của khoang A của xi lanh thủy lực. Dưới sự ảnh hưởng m c\b các lưỡi dao có thể di chuyển đến góc cài đặt tối thiểu. Để đạt được điều này, cần phải cung cấp các điểm dừng đặc biệt trong thiết kế của vít, loại trừ chuyển động của pít-tông khi khoang A bị giảm áp suất.

Vít tác động trực tiếp một mặt có cơ cấu quay các cánh cung cấp dầu một chiều. Trong đó, lực áp suất dầu chỉ được sử dụng để chuyển các cánh quạt giảm góc lắp đặt (Hình 4.22).

Để chuyển các cánh quạt sang góc lắp đặt tăng, các đối trọng được sử dụng sao cho mômen từ các thành phần ngang của lực ly tâm M g hướng ngược lại M c/b. Do đó, theo hướng giảm góc cài đặt, các cánh quay khi thỏa mãn bất đẳng thức sau: M A + M c / b > M gr. + M a/d.

Trong trường hợp này, dầu được cung cấp cho khoang MỘT thông qua kênh ống chỉ của bộ điều chỉnh ly tâm.

Các cánh quay theo hướng tăng góc lắp đặt trong điều kiện: M. + M a / d > M A + M c / b, diễn ra khi xả dầu ra khỏi khoang MỘT vào cacte động cơ do chuyển động đi lên của ống chỉ do lực ly tâm của trọng lượng bộ điều chỉnh tăng lên. Việc sử dụng các đối trọng trong cơ chế quay cánh có tầm quan trọng lớn trong việc đảm bảo an toàn chuyến bay với việc giảm áp suất trong hệ thống dầu. Trong trường hợp này, khả năng xoay các cánh chân vịt theo các góc lắp đặt nhỏ, và do đó, việc quay chân vịt và xuất hiện lực đẩy âm, bị loại trừ. Tuy nhiên, sự hiện diện của các đối trọng làm tăng khối lượng của chân vịt.

TRONG vít tác động képáp suất dầu được sử dụng để tăng và giảm góc lắp đặt của các cánh (Hình 4.23), tùy thuộc vào vị trí của ống chỉ 5, dầu từ máy bơm có thể đi vào cả khoang A và khoang B của xi lanh. Pít-tông được kết nối với lưỡi sao cho trong quá trình chuyển động tịnh tiến của nó, lưỡi sẽ quay quanh trục của nó.

Nếu dầu từ máy bơm đi vào khoang MỘT, sau đó từ khoang b nó sẽ hợp nhất. Khi đó tỉ số momen là:

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

Ở đâu M A - MỘT.

Trong trường hợp này, góc lắp đặt của các lưỡi dao sẽ tăng lên. Khi dầu được cung cấp cho khoang B từ khoang A, dầu sẽ chảy ra và góc lắp đặt của các cánh sẽ giảm. Tỷ lệ các khoảnh khắc trong trường hợp này sẽ là

M A + M một / d,< М Б + М ц/б ,

Ở đâu m B - mô-men xoắn được tạo bởi lực áp suất dầu trong khoang b.

Từ việc xem xét công việc của các vít tác động kép, có thể thấy rằng các khoảnh khắc do lực áp suất dầu tạo ra có thể kiểm soát được. Chúng được xác định bởi vị trí của ống chỉ 5 . Khoảnh khắc Điên rồ, Và M c/b, hoạt động vĩnh viễn và không thể kiểm soát được.

4.9. HOẠT ĐỘNG LIÊN KẾT CỦA VÍT VÀ BỘ ĐIỀU CHỈNH

Trên các máy bay hiện đại có nhà hát hoạt động, chỉ các cánh quạt tự động được sử dụng, trong các hệ thống điều khiển đã thảo luận ở trên, bộ điều khiển tốc độ có cảm biến loại ly tâm được lắp đặt (Hình 4.21). Mục đích của bộ điều chỉnh là, hoạt động cùng với VIS, tự động duy trì tần số quay nhất định của rôto động cơ không đổi. Nó được đặt theo mức độ nén của lò xo điều chỉnh bằng cơ chế cài đặt 7 .

Giả sử rằng bộ điều chỉnh đã được cấp một tốc độ nhất định. Nó được bảo trì tự động bằng một hệ thống vít điều chỉnh cố định như sau. Trong quá trình động cơ hoạt động, hai lực liên tục tác dụng lên ống chỉ 5 của bộ điều chỉnh: lực đàn hồi của lò xo 7 có xu hướng hạ ống chỉ xuống và lực ly tâm của quả nặng 6 , tìm cách nâng ống chỉ lên. Nếu động cơ đang chạy ở trạng thái ổn định, khi tốc độ quay được duy trì không đổi, ống chỉ 5 ở vị trí trung lập (các kênh dẫn dầu bị chặn bởi các mặt bích của ống chỉ) và trạng thái cân bằng được thiết lập giữa lực đàn hồi của lò xo và lực ly tâm của quả nặng. Tần số quay của rôto của động cơ tương ứng với vị trí này được gọi là trạng thái cân bằng hoặc thiết lập. Rõ ràng, lò xo bị nén càng nhiều thì lực ly tâm của các quả nặng càng cần thiết và do đó, tần số quay của rôto động cơ càng lớn để giữ ống chỉ ở vị trí trung lập và ngược lại.

Giả sử bây giờ tốc độ của rôto động cơ đã thay đổi vì một lý do nào đó, chẳng hạn như tăng lên. Rõ ràng, điều này có thể xảy ra với sự gia tăng công suất do động cơ phát triển hoặc giảm công suất hấp thụ bởi chân vịt.

Hãy xem xét trường hợp đơn giản nhất - tăng công suất động cơ bằng cách tăng nguồn cung cấp nhiên liệu (khi di chuyển cần điều khiển động cơ (THROD) về phía trước). Trong trường hợp này, sự bình đẳng về sức mạnh của động cơ và chân vịt bị vi phạm, do đó tần số quay của rôto động cơ tăng lên. Bộ điều khiển tốc độ ly tâm đáp ứng điều này, nó phải duy trì nó không đổi. Với sự gia tăng tốc độ quay, lực ly tâm của trọng lượng tăng 6 , thắng lực đàn hồi của lò xo, nâng ống chỉ 5 lên. Trong trường hợp này, dầu áp suất cao sẽ đi vào khoang MỘT, và từ khoang b nó sẽ chảy vào động cơ.

Bằng mômen của lực áp suất dầu và lực khí động học, các cánh quạt sẽ quay theo hướng tăng góc lắp đặt, đồng thời khắc phục mô men của các thành phần ngang của lực ly tâm của các cánh quạt. Do đó, vít sẽ trở nên “nặng hơn”, thời điểm cản trở quay của nó sẽ tăng lên và do đó, công suất tiêu thụ của nó cũng sẽ tăng lên. Quá trình siết vít sẽ tiếp tục cho đến khi tốc độ cài đặt được khôi phục, khi lực ly tâm của trọng lượng giảm, ống điều chỉnh sẽ được lò xo đưa về vị trí trung lập và chặn các kênh dẫn dầu.

Khi công suất động cơ giảm (do giảm nguồn cung cấp nhiên liệu), sẽ có một bức tranh ngược lại. Tốc độ rôto của động cơ sẽ bắt đầu giảm, từ đó lực đàn hồi của lò xo, khắc phục lực ly tâm của các quả nặng, sẽ hạ ống chỉ xuống. Trong trường hợp này, dầu từ máy bơm đi vào khoang b, và từ khoang MỘT nó chảy vào động cơ. Các cánh chân vịt dưới tác dụng của momen lực áp suất dầu (trong khoang b) và mô men của lực ly tâm ngang, vượt qua mô men của lực khí động học, sẽ quay theo hướng góc lắp đặt giảm dần. Vít được làm nhẹ hơn, vì điện năng tiêu thụ của nó giảm. Quá trình vặn nhẹ vít sẽ kết thúc khi tốc độ cài đặt được khôi phục và ống chỉ trở về vị trí trung tính.

Đặc tính tiết lưu của chân vịt.

Quá trình mô tả điều chỉnh tốc độ quay khi thay đổi nguồn cung cấp nhiên liệu được thể hiện bằng đồ thị (Hình 4.24), cho thấy sự phụ thuộc của động cơ và công suất chân vịt vào tốc độ ở các mức tiêu thụ nhiên liệu khác nhau.

Công suất động cơ phát triển Đv có (với một lỗi nhất định) sự phụ thuộc của định luật lũy thừa vào tốc độ quay: N động cơ ~ n (2…3) Trong khi điện năng tiêu thụ của vít N trong có sự phụ thuộc cao hơn vào doanh thu của nó: N trong ~ n 5 . Chế độ làm việc ban đầu của nhà máy điện là giao điểm của đường cong công suất động cơ tương ứng với mức tiêu thụ nhiên liệu Q T 0, với đường cong công suất của chân vịt, các cánh quạt được lắp ở một góc φ 0 . Trạng thái vận hành ổn định này của nhà máy điện tương ứng với tốc độ quay n0 . Với sự gia tăng nguồn cung cấp nhiên liệu, đặc tính công suất động cơ sẽ cao hơn so với ban đầu (được thể hiện bằng đường chấm Q T 1>Q T 0) do nhiệt độ khí ở phía trước tuabin cao hơn. Như có thể thấy từ biểu đồ, giao điểm của các đường cong công suất cánh quạt tại φ 0 và công suất động cơ tại Q T 1>Q T 0 tương ứng với tốc độ quay lớn hơn n0 . Trong trường hợp này, bộ điều chỉnh ly tâm, đảm bảo tốc độ không đổi, sẽ sắp xếp lại các cánh quạt thành góc lắp đặt lớn hơn φ 1(đường cong sức mạnh nét đứt, cánh quạt tại φ 1>φ 0 ), điều này sẽ làm giảm tốc độ, về giá trị đã đặt trước đó n 0.

Do đó, với sự gia tăng nguồn cung cấp nhiên liệu, và do đó, với sự gia tăng công suất động cơ, cánh quạt sẽ trở nên nặng hơn, tức là góc lắp đặt của các cánh quạt tăng lên và lực đẩy tăng lên. Ngược lại, khi nguồn cung cấp nhiên liệu giảm, bộ điều chỉnh, duy trì tốc độ nhất định, sẽ di chuyển các cánh quạt đến các góc lắp đặt nhỏ hơn, do đó làm giảm lực đẩy của động cơ. Bản chất định tính của sự thay đổi góc lắp đặt cánh quạt φ từ nguồn cung cấp nhiên liệu Q T vào động cơ được thể hiện trong hình 4.25.

Tốc độ đặc trưng của chân vịt.

Bây giờ chúng ta hãy xem xét hoạt động của hệ thống điều chỉnh cánh quạt với sự thay đổi tốc độ bay và cung cấp nhiên liệu liên tục cho động cơ. Giả sử một chiếc máy bay đang chuyển từ bay lên cao sang bay ngang hoặc từ bay ngang sang bay xuống. Trong cả hai trường hợp, tốc độ bay sẽ tăng lên khi được cung cấp nhiên liệu liên tục.

Trên hình. 4.26 thể hiện đồ thị thay đổi công suất khả dụng của động cơ tuabin khí - Đv và công suất tiêu thụ của chân vịt N trong tùy thuộc vào tốc độ bay V. Trong vùng tốc độ bay cận âm, công suất (cũng như lực đẩy) của động cơ Đv với tốc độ bay tăng giảm nhẹ cùng một lúc N trong rơi nhanh hơn. ở tốc độ V0 hệ thống động cơ-cánh quạt hoạt động ở chế độ cân bằng ( Đv=N trong). Với sự gia tăng tốc độ bay đến v 1 có sự dư thừa quyền lực ( N đv > N c) gây ra sự gia tăng tốc độ chân vịt. Trong nỗ lực giữ tốc độ ở một giá trị nhất định, bộ điều khiển tốc độ ly tâm sẽ di chuyển các cánh quạt đến các góc lắp đặt lớn φ 1Điều này sẽ làm giảm tốc độ do chân vịt tiêu thụ nhiều điện năng hơn. N trong (φ 1) và chế độ cân bằng được khôi phục, nhưng ở các giá trị lớn của góc nghiêng của lưỡi dao.

Bản chất của sự thay đổi φ=f(V) thể hiện trong đồ thị trong Hình.4.27.

Khi tốc độ bay giảm, quá trình điều khiển diễn ra theo trình tự ngược lại. Khi tốc độ bay giảm, góc tấn của các cánh tăng lên, và do đó, cánh quạt trở nên “nặng hơn”. Đồng thời, tốc độ quay giảm và bộ điều chỉnh, cố gắng duy trì giá trị đã đặt, di chuyển các cánh quạt sang các góc cài đặt nhỏ hơn.

đặc trưng độ cao

Hệ thống điều chỉnh cánh quạt cũng sẽ phản ứng với sự thay đổi độ cao của chuyến bay, do đặc điểm của động cơ và cánh quạt thay đổi khác nhau về độ cao.

Độ cao đặc trưng của nhà hát Động cơ N \u003d f (h), được thể hiện trong đồ thị Hình 4.28 (đường cong gãy khúc phía trên) có hai nét đứt đặc trưng. Trên mặt đất, công suất động cơ được xác định bởi lượng nhiên liệu cung cấp tối thiểu cho động cơ, tương ứng với công suất cất cánh cần thiết. Trong phạm vi chiều cao (0…giờ 1) duy trì sức mạnh liên tục (N đv=hằng số) bằng cách tăng nhiệt độ khí trước tuabin đến mức tối đa cho phép (tăng nguồn cung cấp nhiên liệu) Tg tối đa. Ở độ cao từ h1 trước h=11km có sự sụt giảm công suất động cơ. Trong phạm vi độ cao này, sự giảm mật độ không khí trong khí quyển được bù đắp một phần bằng sự gia tăng mức độ nén khí trong máy nén, liên quan đến việc giảm nhiệt độ khí quyển ( N dv ~ρ (0,8...0,9)).

Ở độ cao trên 11 km, nơi nhiệt độ môi trường không đổi, công suất động cơ giảm tương ứng với sự giảm mật độ không khí ρ .

Công suất cánh quạt, như sau trong Hình 4.28 (một loạt các đường cong cho các φ khác nhau), giảm theo độ cao tương ứng với sự thay đổi mật độ không khí ρ .

Nếu chúng ta giả sử rằng góc nghiêng của cánh chân vịt φ 0 trên mặt đất đáp ứng điều kiện N cửa=N trong., sau đó với độ cao chuyến bay tăng dần N cửa >N trong. Chênh lệch như vậy N cửa Và N trong gây ra sự gia tăng tốc độ quay, nhưng bộ điều chỉnh, duy trì giá trị đã đặt của nó, dịch các cánh chân vịt sang các góc lắp đặt lớn.

Như vậy, với việc tăng độ cao chuyến bay lên h1 có sự gia tăng mạnh mẽ các góc lắp đặt của lưỡi dao; trên đỉnh cao (h 1 …11)km các góc tiếp tục tăng, nhưng với cường độ ít hơn; ở độ cao hơn 11 km, góc lắp đặt không đổi, vì sự thay đổi công suất động cơ và cánh quạt tỷ lệ thuận với sự thay đổi mật độ không khí.

Với việc giảm độ cao chuyến bay, quá trình thay đổi góc lắp đặt sẽ bị đảo ngược, tức là, các cánh quạt sẽ được chuyển sang các góc lắp đặt nhỏ hơn. Bản chất của sự thay đổi góc lắp đặt của lưỡi dao được thể hiện trong hình. 4.29.

4.10. VÍT CƠ KHÍ

Trên máy bay có động cơ công suất thấp, cánh quạt cơ khí được sử dụng, trong đó cánh quạt quay tự động mà không cần sử dụng các nguồn năng lượng bên ngoài và bộ điều khiển tốc độ. Do đó, cánh quạt cơ học là tự trị và tự động. Việc quay tự động của các cánh quạt đạt được bằng cách thay đổi độ lớn của mô-men xoắn tác động lên các cánh quạt trong chuyến bay.

Đối với các cánh quạt thông thường, độ lớn của các mô men của các lực khí động học là nhỏ và hướng tác dụng của chúng được xác định bởi độ lớn của các góc tấn công. Nếu các cánh quạt có hình dạng đặc biệt hoặc uốn cong một góc γ (Hình 4.30) so với trục quay của cánh quạt, thì bằng cách thay đổi vị trí của tâm áp suất, các mômen của lực khí động học sẽ đảm bảo chuyển động quay của cánh quạt lưỡi dao trong tay áo theo hướng giảm góc cài đặt. Các đối trọng được lắp đặt trên các cánh của cánh quạt cơ học, tạo ra các mô-men xoắn hướng tới việc tăng góc lắp đặt (trọng lượng của cánh quạt).

Các đối trọng được lắp đặt trên các cánh của cánh quạt cơ học, tạo ra các mô-men xoắn hướng tới việc tăng góc lắp đặt (trọng lượng của cánh quạt). Mô men của các thành phần nằm ngang của lực ly tâm của cánh quạt m c có xu hướng xoay các lưỡi dao theo hướng giảm góc lắp đặt của lưỡi dao. Khoảnh khắc m c, được tạo ra bởi các đối trọng, nhiều hơn các khoảnh khắc được tạo ra bởi các thành phần ngang của lực ly tâm của các cánh quạt. Ở điều kiện trạng thái ổn định, tỷ lệ của các khoảnh khắc sẽ cung cấp điều kiện

M p \u003d M c + M a.

Tuy nhiên, giá trị của các momen trên thay đổi tùy theo chế độ bay nên việc lựa chọn đúng tỷ lệ momen tác dụng lên cánh chân vịt trong phạm vi thay đổi góc lắp đặt rộng là một công việc rất quan trọng và khó khăn. Tỷ lệ mô-men xoắn này phải đảm bảo rằng chân vịt "nặng hơn" khi tốc độ bay tăng và ngược lại, khi tốc độ bay giảm, chân vịt phải "nhẹ" hơn. Tốc độ động cơ phải không đổi khi động cơ hoạt động ở tốc độ không đổi.

Theo điều này, khi động cơ đang chạy tại chỗ, khi lực đẩy của chân vịt là tối đa và do đó, mô-men xoắn cực đại từ lực khí động học, các cánh quạt được đặt ở điểm dừng của góc tối thiểu. Điều này đảm bảo đạt được tốc độ cất cánh (tối đa) của rôto động cơ và các điều kiện thuận lợi nhất để máy bay cất cánh.

Trong chuyến bay, khi tốc độ tăng lên, lực đẩy của cánh quạt giảm xuống và các khoảnh khắc tôi, và các khoảnh khắc của lực ly tâm của các đối trọng và cánh quạt, không phụ thuộc vào tốc độ bay, giữ nguyên các giá trị trước đó của chúng (tại N=hằng số). Do đó, tỷ lệ mô-men xoắn sẽ thay đổi và các cánh quạt sẽ dần dần quay theo hướng tăng góc cài đặt, ngăn không cho cánh quạt quay. Rõ ràng, với việc giảm tốc độ bay, bức tranh sẽ bị đảo ngược. Do đó, các cánh của cánh quạt cơ khí tự động thay đổi góc cài đặt tùy thuộc vào tốc độ bay. Tốc độ quay của vít thay đổi, nhưng trong giới hạn tương đối nhỏ.

Ưu điểm của loại cánh quạt này bao gồm: thiết kế và vận hành đơn giản, trọng lượng và kích thước nhỏ của trục chân vịt, nhược điểm là giảm tốc độ quay quy định khi máy bay bay lên, dẫn đến giảm công suất động cơ. Khi tăng độ cao do mật độ không khí giảm, lực đẩy của cánh quạt giảm. Điều này làm cho cánh quạt trở nên nặng hơn và làm giảm tốc độ cũng như công suất của động cơ. thăng thiên