Аэромеханические винты

На самолетах с маломощными двигателями применяются аэромеханические винты, у которых поворот лопастей осуществляется автоматически, без использования посторонних источников энергии и регулятора скорости вращения. Таким образом, они являются автономными и автоматическими. Автоматический поворот лопастей достигается за счет изменения в полете величины крутящих моментов, действующих на лопасти винта.

Ранее было показано, что аэродинамические силы создают крутящие моменты относительно осей поворота лопастей. У обычных винтов величина этих моментов невелика, а направление их действия определяется величиной углов атаки. Если лопастям придать специальную форму или изогнуть их на угол относительно оси поворота лопасти, то за счет изменения положения центра давления моменты аэродинамических сил будут обеспечивать поворот лопасти в сторону уменьшения угла установки.

На лопасти аэромеханических винтов так же, как и на винты прямого действия, устанавливают противовесы, которые создают крутящие моменты, направленные в сторону увеличения угла установки (затяжеления винта). Моменты поперечных составляющих центробежных сил лопастей Мс стремятся разворачивать лопасти в сторону уменьшения угла установки лопасти. Крутящие моменты Мп, создаваемые противовесами, больше крутящих моментов, создаваемых поперечными составляющими центробежных сил лопастей.

На установившихся режимах соотношение моментов должно обеспечивать условие: Мп=Мс+Ма.

Однако значения указанных выше моментов в зависимости от режима полета изменяются, поэтому выбор правильного соотношения крутящих моментов, действующих на лопасти винта в широком диапазоне изменения угла установки, является весьма важной и сложной задачей. Это соотношение моментов должно обеспечивать затяжеление винта при увеличении скорости полета, и, наоборот, при снижении скорости полета винт должен облегчаться. Скорость вращения при неизменном режиме работы двигателя должна оставаться постоянной.

В соответствии с этим при работе двигателя на месте, когда тяга винта максимальна, а следовательно, максимален крутящий момент от аэродинамических сил, лопасти винта устанавливаются на упор минимального угла. Этим обеспечиваются получение взлетной скорости вращения ротора двигателя и наивыгоднейшие условия взлета самолета. Затем, по мере увеличения скорости при взлете и наборе высоты, тяга винта уменьшается, уменьшаются и моменты Ма, а моменты центробежных сил противовесов и лопастей, не зависящие от скорости полета, сохраняют прежние значения (при n = const). В результате этого соотношение крутящих моментов изменится и лопасти постепенно будут поворачиваться в сторону увеличения угла установки, предотвращая раскрутку винта. В горизонтальном полете скорость еще больше увеличится, а тяга винта при этом в большей мере уменьшается, что вызывает дальнейшее затяжеление винта. Очевидно, при уменьшении скорости полета картина будет обратная. Таким образом, лопасти аэромеханического винта автоматически, в зависимости от скорости полета, изменяют угол установки. Скорость вращения винта при этом меняется, но в сравнительно небольших пределах. Изменение режима работы двигателя достигается изменением подачи топлива.

К достоинствам этого типа винтов относятся: простота производства, конструкции и эксплуатации, малые вес и габариты корпуса (втулки) винта, а к недостаткам — снижение заданной скорости вращения по мере подъема самолета, что вызывает снижение мощности двигателя. С подъемом на высоту в связи с уменьшением плотности воздуха тяга винта уменьшается. Это вызывает затяжеление винта и снижение скорости вращения и мощности двигателя. Возникают также серьезные затруднения в обеспечении нужного соотношения крутящих моментов в широком диапазоне изменения режимов полета. Указанные недостатки аэромеханических винтов существенно сужают их область применения.