Центробежные силы лопастей винта

При вращении винта на элементы лопастей действуют центробежные силы, направленные от оси вращения и перпендикулярно к ней. Величина центробежной силы любого элемента лопасти: (1), где — масса элемента.

Массу элемента лопасти можно определить, пользуясь формулой: , где — удельный вес материала; — площадь сечения лопасти; — ускорение силы тяжести.

Подставляя значение в формулу (1), получим: . Интегрируя это уравнение по всей длине лопасти в пределах от до , находим величину центробежной силы лопасти: .

Для современных винтов величины центробежных сил достигают очень больших значений. Они воспринимаются корпусом втулки винта.

Возьмем два элемента лопасти, заключенных между двумя параллельными сечениями, один из них на ребре атаки, а другой на ребре обтекания. Векторы центробежных сил и этих элементов направлены от оси вращения и перпендикулярны к ней. Их можно разложить в плоскостях, параллельных плоскости вращения винта, по направлениям, параллельному ( и )) и перпендикулярному ( и к оси лопасти. Эти силы показаны также на поперечном сечении лопасти.

Если произвести разложение векторов центробежных сил для других таких же элементов, расположенных между передней и задней кромками на этом же сечении лопасти, то получим эпюр поперечных составляющих центробежных сил. Векторы, составляющие этот эпюр, расположены в плоскостях, перпендикулярных к оси вращения винта.

Как видно из рис. (справа), поперечные составляющие центробежных сил меняют свое направление при переходе через ось лопасти, являющейся обычно и линией центров тяжести сечений. Заменим силы одного направления равнодействующими и , тогда действие всего эпюра сил будет эквивалентно паре сил. Величина пары вдоль лопасти будет менять свое значение. Суммарная пара для всей лопасти представляет собой довольно большой момент М_с от поперечных составляющих центробежных сил, который скручивает лопасть в направлении уменьшения угла установки.

В винтах изменяемого шага поворот лопастей на необходимый угол установки происходит относительно осей, совпадающих с осями комлевых (цилиндрических) частей лопастей. Величина момента М_С стремящегося уменьшить угол установки, зависит от угловой скорости вращения винта (числа оборотов), материала, геометрических размеров, углов установки и крутки лопасти, т. е.:

, где с — толщина лопасти; q — коэффициент, зависящий от типа профиля лопасти.

Величина момента поперечных центробежных сил лопастей учитывается как при проектировании систем автоматического регулирования скорости вращения роторов двигателей, так и при их эксплуатации.