Винты изменяемого шага

Для устранения недостатков воздушных винтов неизменяемого и фиксированного шага применяется воздушный винт изменяемого шага (ВИШ). Основоположником теории ВИШ является Ветчинкин. К ВИШ предъявляются следующие требования:

- ВИШ должен устанавливать на всех режимах полета наивыгоднейшие углы атаки лопастей;

- снимать с двигателя номинальную мощность на всем рабочем диапазоне скоростей и высот;

- сохранять максимальное значение коэффициента полезного действия на возможно большем диапазоне скоростей.

Лопасти ВИШ либо управляются специальным механизмом, либо устанавливаются в нужное положение под влиянием сил, действующих на воздушный винт. В первом случае это гидравлические и электрические воздушные винты, во втором - аэродинамические.

Гидравлический винт - воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится давлением масла, подаваемого в механизм, находящийся во втулке винта.

Электрический винт - воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится электродвигателем, соединенным с лопастями механической передачей.

Аэромеханический винт - воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится автоматически - аэродинамическими и центробежными силами.

Наибольшее распространение получили гидравлические ВИШ. Автоматическое устройство в винтах изменяемого шага предназначено для сохранения постоянными заданных оборотов воздушного винта (двигателя) путем синхронного изменения угла наклона лопастей при изменении режима полета (скорости, высоты) и называется регулятором постоянства оборотов (РПО).

Рис. 4.10 Работа воздушного винта изменяемого

шага при разных скоростях полета

РПО совместно с механизмом поворота лопастей изменяет шаг винта (угол наклона лопастей) таким образом, чтобы обороты, заданные летчиком с помощью рычага управления ВИШ, при изменении режима полета оставались неизменными (заданными).

На 4.10 показана схема работы ВИШ.

-При изменении скорости полета от взлетной до максимальной в горизонтальном полете угол установки лопастей j возрастает от своего минимального значения j_мин до максимального j_макс (большого шага). Благодаря этому углы атаки лопасти изменяются мало и сохраняются близкими к наивыгоднейшим.

-Работа ВИШ на взлете характерна тем, что на взлете используется вся мощность двигателя – развивается наибольшая тяга. Это возможно при условии, что двигатель развивает максимальные обороты, а каждая часть лопасти винта развивает наибольшую тягу, имея наименьшее сопротивление вращению. Для этого необходимо, чтобы каждый элемент лопасти воздушного винта работал на углах атаки, близких к критическому, но без срыва воздушного потока( Рис. 44.10,а). Угол атаки лопасти соответствует величине максимальной подъемной силы.

Сопротивление вращению достигает в этом случае величины, при которой мощность, расходуемая на вращение винта, и эффективная мощность двигателя сравниваются и обороты будут неизменными.

-С увеличением скорости полета угол атаки лопастей воздушного винта уменьшается (Рис. 44.10, б). Уменьшается сопротивление вращению и воздушный винт «облегчается». Обороты двигателя должны возрастать, но РПО удерживает их постоянными за счет изменения угла атаки лопастей. По мере увеличения скорости полета лопасти разворачиваются на больший угол j_ср.

-При выполнении полета на максимальной скорости ВИШ также должен обеспечивать максимальное значение тяги. При полете на максимальной скорости угол наклона лопастей имеет предельное значение φмакс (Рис. 44.11, в).

-Следовательно, при изменении скорости полета происходит изменение угла атаки лопасти. При уменьшении скорости полета угол атаки увеличивается - винт «затяжеляется», при увеличении скорости полета угол атаки уменьшается – винт «облегчается». РПО автоматически переводит лопасти винта на соответствующие углы установки.

-При увеличении высоты полета мощность двигателя уменьшается и РПО уменьшает угол наклона лопастей, чтобы облегчить работу двигателя, и наоборот. Следовательно, РПО удерживает обороты двигателя с изменением высоты полета постоянными.

-При заходе на посадку воздушный винт устанавливается на малый шаг, что соответствует оборотам взлетного режима. Это дает возможность летчику при выполнении возможных маневров на глиссаде посадки получить взлетную мощность двигателя при увеличении оборотов до максимальных.

В современной авиации ВИШ имеют следующие разновидности: флюгерные, реверсивные, соосные, туннельные (рис.4.11).

Рис.4.11 Разновидности ВИШ

Флюгерным ( рис.4.11,б)называется ВИШ, лопасти которого могут устанавливаться в направлении полета. Сопротивление зафлюгированного винта значительно меньше, чем самовращающегося.

Флюгерные винты применяются очень широко на самолетах гражданской авиации.

Реверсивным (рис.4.11,а) считается ВИШ, лопасти которого могут устанавливаться на малые или отрицательные и создают при этом отрицательную тягу. Применение реверсивных винтов зна­чительно сокращает длину пробега.

Соосные винты(рис.4.11,в) состоят из двух ВИШ, расположенных друг за другом, вращающихся в разные стороны вокруг общей геометрической оси. Соосный винт имеет высокий к. п. д., так как отсутствуют потери энергии на закрутку потока за винтами, уравновешиваются реактивный и гироскопический моменты.

Туннельным (рис.4.11,г)называется винт, помещенный в профилиро­ванное кольцо – туннель. Эти винты имеют более высокий к. п. д. за счет уменьшения потерь энергии на отбрасывание струи.

За счет применения винтов изменяемого шага значительно улучшаются летные характеристики самолетов и повышается их экономичность. Вертикальная скорость при подъеме увеличивается на 20 – 30%, потолок самолета повышается на 10 – 15%, дальность и продолжительность полета увеличиваются на 15–20%, длина и время разбега сокращаются на 30 – 40%, а полезная нагрузка увеличивается на 10 – 15%.

Вывод: При проектировании силовой установки летательного аппарата обращается внимание на обеспечение следующих основных показателей: малый вес, необходимые тяга и мощность, экономичность на всех режимах полета.

Занятие №10