Характеристики силовой установки

К ним относятся: - характеристики по тяге,

- характеристики по мощности

- коэффициент полезного действия(К.П.Д.) винта.

Характеристика по тяге- это зависимость тяги винта от скорости полета при заданном числе оборотов на заданной высоте (см.4.5 «Аэродинамические силылопасти и винта», рис.4.7 ).

Характеристика винта по мощности выражает зависимость тяговой(или располагаемой) мощности от скорости полета.

Воздушный винт, вращаемый двигателем, развивает тягу и преодолевает лобовое сопротивление самолета, самолет движется. Работа, производимая силой тяги воздушного винта за 1 с при движении самолета, называется тяговой или полезной мощностью и является полезной работой воздушного винта.

Тяговая мощность воздушного винта определяется по формуле:

где Р – тяга, развиваемая воздушным винтом;

V – скорость самолета.

-При работе воздушного винта, когда самолет не движется, т.е. скорость V=0, развивается максимальная тяга, но тяговая мощность при этом равна нулю, так как скорость движения равна нулю. Винт не совершает полезной работы.

-С увеличением скорости полета до некоторой расчетной величины тяговая мощность увеличивается и достигает максимального значения, а затем начинает уменьшаться (см. рис.4.9).

Рис.4.9 Изменение располагаемой мощности

в зависимости от скорости полета

Таким образом, тяговая мощность характеризует полезную работу винта.

Полезная мощность винта меньше эффективной мощности двигателя , затрачиваемой на вращение винта. Это объясняется тем, что эффективная мощность затрачивается на преодоление сил сопротивления лопастей винта, а также на преодоление потерь, обусловленных трением, сжимаемо­стью и податливостью воздуха.

Потери мощности от сжимаемости воздуха имеют особое зна­чение, так как лопасти работают при скоростях, больших скоро­сти полета. Потери мощности от податливости воздуха склады­ваются из потерь на отбрасывание воздуха вдоль оси винта и потерь на закручивание струи за винтом.

Мощность, затрачиваемая на вращение винта, определяется по формуле:

,

где - безразмерный коэффициент мощности.

Из формулы видно, что потребная мощность для вращения воздушного винта зависит от коэффициента мощности, скорости и высоты полета, оборотов и диаметра воздушного винта.

-С увеличением скорости полета уменьшаются углы атаки элементов лопасти винта, количество отбрасываемого назад воздуха и его скорость. Поэтому уменьшается и потребная мощность на вращение воздушного винта.

-С увеличением высоты полета плотность воздуха уменьшается, поэтому потребная на вращение мощность также уменьшается.

Увеличение оборотов двигателя вызывает увеличение сил сопротивления лопастей воздушного винта, поэтому потребная мощность на вращение воздушного винта увеличивается.

Коэффициент полезного действия винта является важной характеристикой силовой установки, показывающей, какая часть мощности двигателя, идущая на вращение винта, преобразуется в тяговую мощность т.е. в полезную работу.

Как отмечено выше, полезная секундная работа или полезная тяговая мощность винта n_b будет меньше мощности двигателя N_e, затраченной на вращение воздушного винта.

Отношение полезной (тяговой ) мощности к эффективной мощности двигателя называется коэффициентом полезного действия (К.П.Д)воздушного винта :

где: N_в – тяговая мощность винта;

Nе – эффективная мощность двигателя.

Подставив в формулу вместо тяги Р ее выражение из формулы, а вместо эффективной мощности , равное ей значение потребной мощности , получим:

,

или

,

где: α и β – аэродинамические коэффициенты тяги и мощности соответственно;

- относительная поступь винта: = .

Величина КПД воздушного винта зависит от тех же факторов, что и тяговая мощность воздушного винта.

КПД всегда меньше единицы и достигает у лучших воздушных винтов величины 0,8...0,9. Это означает, что 80—90% мощно­сти двигателя преобразуется в энергию движения самолета. Остальную часть мощности двигателя составляют потери энер­гии. Особенно они возрастают при развитии волнового кризиса на лопастях винта.

С целью увеличения к.п.д. используют скоростные профили лопастей, уменьшают скорости обте­кания лопастей, применяя винты малого диаметра с большим числом лопастей и редукторы, понижающие частоту вращения винта.

Степень редукции подбирается таким образом, чтобы на номинальном режиме концы лопастей обтекались дозвуковым потоком воздуха.

Таким образом, от К.П.Д. винта зависит эффективность использования силовой установки. Для повышения К.П.Д. добиваются соответствия винта и двигателя на всех скоростях и высотах полета.

При этом для поддержания оптимального режима работы двигателя и винта необходимо обеспечить постоянство расчетных оборотов винта в полете. Для этого на современных винтах устанавливают поворотные лопасти, углы установки которых автоматически изменяются в полете.

Такие винты называются винтами изменяемого шага (ВИШ) в отличие от винтов фиксированного шага (ВФШ), у которых лопасти неподвижно закреплены во втулке.