З чого виготовляють пропелер легкомоторного літака. Як працює повітряний гвинт. Опис моделі літака

Повітряний гвинт є найважливішим складовоюсилової установки, і від того, наскільки він відповідає двигуну та літальному апарату залежать льотно-технічні якості останнього.

Крім вибору геометричних властивостей повітряного гвинта уваги заслуговує питання узгодження чисел оборотів гвинта і двигуна, тобто підбір редуктора.

Принцип роботи повітряного гвинта

Лопата гвинта здійснює складний рух - поступальний і обертальний. Швидкість руху елемента лопаті складатиметься з окружної швидкості та поступальної (швидкості польоту) - V

У будь-якому перерізі лопаті складова швидкості Vбуде незмінною, а окружна швидкість залежатиме від величини радіуса, на якому знаходиться аналізований переріз.

Отже зі зменшенням радіусу кут підходу струменя до перерізу збільшується, а кут атаки перерізу зменшується і може стати рівним нулю або негативним. Тим часом відомо, що крило найбільш ефективно "працює" на кутах атаки, близьких до кутів максимальної аеродинамічної якості. Тому для того, щоб змусити лопату створювати найбільшу тягу при найменшій витраті енергії, кут повинен бути змінним по радіусу: меншим на кінці лопаті і більшим від осі обертання - лопата повинна бути скручена.

Закон розповсюдження товщин профілю та крутки по радіусу гвинта, а також форма гвинтового профілю визначається в процесі проектування гвинта та уточнюється згодом на підставі продування в аеродинамічних трубах. Подібні дослідженняпроводяться зазвичай у спеціалізованих конструкторських бюро чи інститутах, оснащених сучасним обладнаннямта засобами обчислювальної техніки. Досвідчено-конструкторські бюро, а також самодіяльні конструктори зазвичай користуються вже розробленими сімействами гвинтів, геометричні та аеродинамічні характеристикияких представляються у вигляді безрозмірних коефіцієнтів.

Основні характеристики

Діаметром гвинта - Dназивається діаметр кола, яке описують кінці його лопаті під час обертання.

Ширина лопаті-це хорда перерізу на заданому радіусі. У розрахунках зазвичай використовують відносну ширину лопаті

Товщиною лопатіна якомусь радіусі називається найбільша товщина перерізу на цьому радіусі. Товшина змінюється вздовж радіусу лопаті, зменшуючись від центру гвинта до його кінця. Під відносною товщиною розуміють відношення абсолютної товщини до ширини лопаті тому ж радіусі: .

Кутом установки перерізу лопаті називається кут, утворений хордою даного перерізу з площиною обертання гвинта.

Кроком перерізу лопаті Hназивається відстань, яка пройде цей переріз в осьовому напрямку при повороті гвинта на один оборот навколо своєї осі, загвинчуючи повітря як у тверде тіло.

Крок та кут установки перерізу пов'язані очевидним співвідношенням:

Реальні повітряні гвинти мають крок, що змінюється вздовж радіусу за певним законом. Як характерний кут установки лопаті приймається, як правило, кут установки перерізу, розташованого на 0,75R від осі обертання гвинта, що позначається як .

Крутої лопатіназивається зміна по радіусу кутів між хордою перерізу на даному радіусі і хордою на радіусі 0,75R, тобто

Для зручності користування всі перераховані геометричні характеристики зазвичай представляють графічно функції щодо поточного радіуса гвинта

Як приклад на наступному малюнку наведені дані, що описують геометрію дволопатевого гвинта фіксованого кроку:

Якщо гвинт, обертаючись з кількістю обертів, рухається поступово зі швидкістю Vто за один оборот він пройде шлях. Ця величина називається ходою гвинта, а її відношення до діаметра називається відносною ходою гвинта:

Аеродинамічні властивості гвинтів прийнято характеризувати безрозмірним коефіцієнтом тяги:

Коефіцієнтом потужності

І коефіцієнтом корисної дії

Де р- щільність повітря, в розрахунках може бути прийнята 0,125 кгс з 2 /м 4

Кутова швидкість обертання гвинта про/с

D- діаметр гвинта, м

Pі N- відповідно тяга та потужність на валу гвинта, кгс, л. с.

Теоретична межа тяги гвинта

Для конструктора СЛА цікавить можливість без розрахунків робити наближені оцінки тяги, створюваної силовою установкою. Це завдання досить просто вирішується за допомогою теорії ідеального пропелера, згідно з якою тяга гвинта є функцією трьох параметрів: потужності двигуна, діаметра гвинта та швидкості польоту. Практика показала, що потяг раціонально виконаних реальних гвинтів всього на 15 - 25% нижче граничних теоретичних значень.

Результати розрахунків з теорії ідеального пропелера показані на наступному графіку, який дозволяє поріднити відношення тяги до потужності залежно від швидкості польоту та параметра N/D 2. Видно, що при навколонульових швидкостях тяга сильно залежить від діаметра гвинта, проте вже на швидкостях опрядка 100 км/год зазначена залежність менш істотна. Крім того, графік дає наочне уявлення про неминучість зменшення тяги гвинта за швидкістю польоту, що необхідно враховувати при оцінці льотних даних СЛА.

за матеріалами:
"Посібник для конструкторів літальних апаратів самодіяльної споруди", Том 1, СибНДІА

Через відсутність розумних альтернатив майже всі літаки першої половини минулого століття оснащувалися поршневими двигунами та повітряними гвинтами. Для підвищення технічних та льотних характеристик техніки пропонувалися нові конструкції гвинтів, що мали ті чи інші особливості. У середині 30-х років було запропоновано зовсім нову конструкцію, що дозволяла отримати бажані можливості. Її автором був нідерландський архітектор А.Я. Декер.

Роботу в галузі гвинтових систем Адріаан Ян Деккер розпочав ще у двадцятих роках. Тоді їм було розроблено нову конструкцію крильчатки для вітряків. Для підвищення основних характеристик винахідник запропонував використовувати площину, що нагадує крило літака. У 1927 році така крильчатка була встановлена на одному з млинів у Нідерландах і незабаром пройшла випробування. До початку наступного десятиліття в експлуатацію ввели три десятки таких крильчаток, а 1935-го ними оснащувалося вже 75 млинів.

Досвідчений літак із повітряним гвинтом А.Я. Декер. Фото Oldmachinepress.com

На початку тридцятих років, після проведення випробувань та впровадження нової конструкції на млинах, О.Я. Деккер запропонував використати подібні агрегати в авіації. За його розрахунками, крильчатка особливої конструкції могла б використовуватися як повітряний гвинт літака. Незабаром цю ідею було оформлено у вигляді необхідної документації. Крім того, конструктор перейнявся отриманням патенту.

Використання нестандартної конструкції повітряного гвинта, за задумом винахідника, мало дати деякі переваги перед існуючими системами. Зокрема, з'являлася можливість знизити оберти гвинтів при отриманні достатньої тяги. У зв'язку з цим винахід А.Я. Деккера часто називають «Повітряним гвинтом з мінімальною швидкістю обертання» - Low rotation speed propeller. Так само ця конструкція називалася і в патентах.

Перша заявка на отримання патенту була подана у 1934 році. Наприкінці липня 1936-го А.Я. Деккер отримав британський патент за номером 450990, що підтверджував його пріоритет у створенні оригінального гвинтового двигуна. Незадовго до видачі першого патенту виникла ще одна заявка. Другий патент було видано у грудні 1937 року. За кілька місяців до цього нідерландський конструктор надіслав документи до патентних бюро Франції та США. Останнє на початку 1940 видало документ US 2186064.

Конструкція гвинта другої версії. Креслення з патенту

Британський патент №450990 описував незвичайну конструкцію повітряного гвинта, здатну забезпечити достатні характеристики при певному скороченні негативних факторів. Конструктор запропонував використовувати велику маточину гвинта оживальної форми, що плавно переходить у носову частинулітак фюзеляжу. На ній мали жорстко кріпитися великі лопаті незвичайної форми. Саме оригінальні обводи лопат, як вважав А.Я. Деккер могли призвести до бажаного результату.

Лопаті «низькооборотного» повітряного гвинта мали мати мале подовження за великої довжини хорди. Їх слід монтувати під кутом до поздовжньої осі маточини. Лопата отримувала аеродинамічний профіль з потовщеною носовою честю. Шкарпетку лопаті пропонувалося робити стрілоподібним. Законцювання розташовувалося майже паралельно осі обертання гвинта, а задню кромку пропонувалося зробити вигнутою з кінцевою частиною, що виступає.

Внутрішній пристрій гвинта та редуктора. Креслення з патенту

Перший проект 1934 року передбачав використання чотирьох лопатей. Гвинт такої конструкції повинен був кріпитися на валу, що відходить від редуктора з потрібними характеристиками. Значна площа лопатей гвинта у поєднанні з аеродинамічним профілем мали забезпечити приріст тяги. Таким чином, з'являлася можливість отримати достатню тягу при менших обертах порівняно з гвинтом традиційної конструкції.

Вже після подання заявки перший патент А.Я. Деккер провів випробування досвідченого гвинта та зробив певні висновки. У ході перевірки було встановлено, що запропонована конструкція має певні мінуси. Так, повітряний потік за гвинтом розходився в сторони, і лише мала його частина проходила вздовж фюзеляжу. Це призводило до різкого погіршення ефективності хвостових кермів. Таким чином, у існуючому виглядігвинт Деккера було використовуватися практично.

Подальше опрацювання оригінального повітряного гвинта призвело до появи оновленої конструкції з низкою найважливіших відмінностей. Саме вона стала предметом другого британського та першого американського патенту. Цікаво, що у документі зі США, на відміну англійської, описувався як гвинт, а й конструкція його приводів.

Літак Fokker C.I - подібна машина стала лабораторією, що літає, для перевірки ідей А.Я. Декер. Фото Airwar.ru

Оновлений виріб Low rotation speed propeller повинен був мати у своєму складі відразу два співвісні повітряні гвинти протилежного обертання. Передній гвинт, як і раніше, пропонувалося будувати на основі великої обтічної маточини. Лопаті заднього гвинта слід було кріпити до циліндричного агрегату порівнянних розмірів. Як і в попередньому проекті, кок переднього гвинта та кільце заднього могли виконувати функції носового обтічника літака.

Обидва гвинти повинні були отримувати лопаті схожої конструкції, що являла собою розвиток напрацювань першого проекту. Знову слід використовувати значно вигнуті лопаті малого подовження, що мають розвинений аеродинамічний профіль. Незважаючи на стрілоподібну передню кромку, довжина профілю збільшувалася у напрямку від кореня до закінчування, утворюючи характерний вигин задньої кромки.

Згідно з описом патенту, передній гвинт мав обертатися проти годинникової стрілки (при погляді з боку пілота), задній – за годинниковою стрілкою. Лопаті гвинтів слід було монтувати відповідним чином. Кількість лопатей залежало від необхідних характеристик гвинта. У патенті наводилася конструкція з чотирма лопатями на кожному гвинті, тоді як пізніший досвідчений зразокотримав більше площин.

Процес складання оригінальних гвинтів, можна розглянути внутрішні елементи виробу. Фото Oldmachinepress.com

В американському патенті описувалася конструкція оригінального редуктора, що дозволяв передавати момент, що крутить, з одного двигуна на два гвинти протилежного обертання. Вал двигуна пропонувалося з'єднувати із сонячною шестернею першого (заднього) планетарного контуру редуктора. За допомогою закріпленого дома зубчастого вінця потужність передавалася на шестерні-сателіти. Їх водило сполучалося з валом переднього гвинта. Цей вал також з'єднувався із сонячною шестернею другої планетарної передачі. Обертове водило її сателітів з'єднувалося з порожнім валом заднього гвинта. Така конструкція редуктора дозволяла синхронно регулювати швидкість обертання гвинтів, а також забезпечувати їхнє обертання в протилежних напрямках.

За задумом винахідника, основна тяга мала створюватися лопатями переднього гвинта. Задній, у свою чергу, відповідав за правильне перенаправлення потоків повітря і дозволяв позбавитися негативних ефектів, що спостерігалися у базовому проекті. Після двох співвісних гвинтів потік повітря проходив уздовж фюзеляжу і мав нормально обдувати хвостове оперення з кермами. Для отримання таких результатів задній гвинт міг мати зменшену швидкість обертання близько третини оборотів переднього.

Оригінальний гвинтовий рушій створювався з урахуванням можливого впровадження в нові проекти авіаційної техніки, і тому потрібно було провести повноцінні випробування. На початку 1936 року Адріаан Ян Деккер заснував власну компанію Syndicaat Dekker Octrooien, яка мала перевірити оригінальний повітряний гвинт, і – при отриманні позитивних результатів – зайнятися просуванням цього винаходу в авіаційній галузі.

Готовий гвинт на літаку. Фото Oldmachinepress.com

Наприкінці березня того ж року "Синдикат Деккера" придбав багатоцільовий літак-біплан Fokker C.I нідерландської споруди. Ця машина з максимальною злітною вагою всього 1255 кг оснащувалась бензиновим двигуном BMW IIIa потужністю 185 л. Зі штатним дволопатевим дерев'яним гвинтом вона могла розвивати швидкість до 175 км/год і підніматися на висоту до 4 км. Після певної перебудови та встановлення нового повітряного гвинта біплан мав стати літаючою лабораторією. У квітні 1937 року компанія А.Я. Деккер зареєструвала модернізований літак; він отримав номер PH-APL.

У ході перебудови досвідчений літак втратив штатний капот і деякі інші деталі. Замість них у носовій частині фюзеляжу помістили оригінальний редуктор та пару «гвинтів низької швидкості обертання». Передній гвинт отримав шість лопат, задній – сім. Основою нового гвинта стала пара маточок, зібраних з алюмінієвого каркаса з обшивкою з того ж матеріалу. Лопаті мали схожу конструкцію. У зв'язку з установкою гвинтів ніс машини помітно змінив свою форму. При цьому циліндричний обтічник заднього гвинта не виступав за межі обшивки фюзеляжу.

Випробування лабораторії з оригінальним гвинтом стартували в тому ж 1937 році. Майданчиком для них став аеродром Іпенберг. Вже на ранніх стадіях перевірок було встановлено, що співвісні гвинти з лопатями малого подовження справді можуть створювати необхідну тягу. З їх допомогою машина могла виконувати руління та пробіжки. Крім того, з певного часу випробувачі спробували підняти машину у повітря. Відомо, що досвідчений Fokker C.I зміг виконати кілька підльотів, але про повноцінний злет не йшлося.

Вид спереду. Фото Oldmachinepress.com

Випробування досвідченого літака дозволили виявити як плюси, і мінуси оригінального проекту. Було встановлено, що пара гвинтів протилежного обертання справді здатна створювати необхідну тягу. При цьому гвинтомоторна група у зборі відрізнялася порівняно малими розмірами. Ще однією перевагою конструкції був знижений шум, що виробляється лопатями малого подовження.

Втім, не обійшлося без проблем. Повітряний гвинт А.Я. Деккер і необхідний йому редуктор відрізнялися від існуючих зразків зайвою складністю виготовлення та обслуговування. Крім того, експериментальний гвинт, встановлений на Fokker C.I, показав недостатні характеристики тяги. Він дозволяв літаку рухатися землею і розвивати достатньо високу швидкість, але для польотів його потяг був недостатній.

Очевидно, випробування тривали до початку сорокових років, проте за кілька років так і не призвели до реальних результатів. Подальшим роботам завадила війна. У травні 1940 року гітлерівська Німеччина напала на Нідерланди, і лише за кілька днів досвідчений літак із незвичайними повітряними гвинтами став трофеєм агресора. Німецькі фахівці очікувано виявили інтерес до цієї розробки. Незабаром лабораторію, що літає, відправили на один з аеродромів поблизу Берліна.

Запуск двигуна, гвинти розпочали обертання. Кадр із кінохроніки

Є відомості про проведення деяких випробувань силами німецьких вчених, проте ці перевірки досить швидко закінчились. За деякими даними, перша ж спроба німців підняти літак у повітря завершилася аварією. Машину не відновлювали, і на цьому сміливого проекту закінчилася. Єдиний літак, оснащений гвинтами типу Low rotation speed propeller, не зміг показати себе з кращого боку, і тому оригінальної ідеївідмовилися. Надалі масово використовувалися лише повітряні гвинти традиційного вигляду.

Згідно з ідеями, що лежали в основі оригінального проекту, особливий «Повітряний гвинт із малою швидкістю обертання» мав стати повноцінною альтернативою системам традиційної конструкції. Відрізняючись від них деякою складністю, він міг мати переваги у вигляді менших габаритів, знижених оборотів та скороченої шумності. Проте конкурентної боротьби не вийшло. Розробка А.Я. Деккер навіть не зміг пройти весь цикл випробувань.

Можливо, у міру подальшого розвитку оригінальні повітряні гвинти змогли б показати бажані характеристики та знайти застосування у тих чи інших проектах авіаційної техніки. Проте, продовження робіт уповільнювалося у зв'язку з різними проблемами та обставинами, а травні 1940 року проект було зупинено через напад Німеччини. Після цього незвична ідея остаточно залишилася без майбутнього. Надалі в різних країнахзнову опрацьовувалися перспективні конструкції повітряних гвинтів, але прямі аналоги системи Адріаана Яна Деккер не створювалися.

За матеріалами:
https://oldmachinepress.com/
http://anyskin.tumblr.com/
http://hdekker.info/
http://strangernn.livejournal.com/
https://google.com/patents/US2186064

Г. В. Махоткін

Проектування повітряного гвинта

Повітряний гвинтзавоював репутацію незамінного рушія для швидкохідних плавзасобів, що експлуатуються на мілководних та зарослих акваторіях, а також для аеросанів-амфібій, яким доводиться працювати на снігу, на льоду та на воді. І в нас і за кордоном нагромаджено вже чималий досвід застосування повітряних гвинтів на швидкісних малих суднах та амфібіях. Так, з 1964 р. в нашій країні серійно випускаються та експлуатуються аеросані-амфібії (рис. 1) КБ ім. А. Н. Туполєва. У США кілька десятків тисяч аероладок, як їх називають американці, експлуатуються у Флориді.

Проблема створення швидкохідного моторного човна з повітряним гвинтом продовжує цікавити і наших суднобудівників-аматорів. Найбільш доступна їм потужність 20-30 л. с. Тому розглянемо основні питання проектування повітряного рушія з розрахунком саме таку потужність.

Ретельне визначення геометричних розмірів повітряного гвинта дозволить повністю використовувати потужність двигуна і отримати тягу, близьку до максимальної потужності, що є. При цьому особливу важливість матиме правильний вибір діаметра гвинта, від якого залежить не тільки ККД рушія, а й рівень шуму, прямо обумовлений величиною окружних швидкостей.

Дослідженнями залежності тяги від швидкості ходу встановлено, що для можливостей повітряного гвинта при потужності 25 л. с. необхідно мати його діаметр - близько 2 м. Щоб забезпечити найменші енергетичні витрати, повітря має відкидатися назад струменем з більшою площею перерізу; у нашому конкретному випадку площа, омітається гвинтом, складе близько 3 м ². Зменшення діаметра гвинта до 1 м для зниження рівня шуму зменшить площу, що омітається гвинтом, в 4 рази, а це, незважаючи на збільшення швидкості струменя, викличе падіння тяги на швартовах на 37%. На жаль, компенсувати це зниження тяги не вдається ні кроком, ні числом лопатей, ні шириною.

Зі збільшенням швидкості руху програш у тязі від зменшення діаметра знижується; таким чином, збільшення швидкостей дозволяє застосовувати гвинти меншого діаметра. Для гвинтів діаметром 1 і 2 м, що забезпечують максимальну тягу на швартовах, швидкості 90 км/год величини тяги стають рівними. Збільшення діаметра до 2,5 м, збільшуючи тягу на швартовах, дає лише незначний приріст тяги на швидкостях понад 50 км/год. У випадку кожному діапазону експлуатаційних швидкостей (при певної потужності двигуна) відповідає свій оптимальний діаметр гвинта. Зі збільшенням потужності при незмінній швидкості оптимальний ККД діаметр збільшується.

Як випливає з наведеного на рис. 2 графіки, тяга повітряного гвинта діаметром 1 м більша за тягу водяного гребного гвинта (штатного) підвісного мотора «Нептун-23» або «Привіт-22» при швидкостях понад 55 км/год, а повітряного гвинта діаметром 2 м - вже при швидкостях понад 30 -35 км/год. Розрахунки показують, що на швидкості 50 км/год кілометрова витрата палива двигуна з повітряним гвинтом діаметром 2 м буде на 20-25% меншою, ніж найбільш економічного підвісного мотора «Привіт-22».

Послідовність вибору елементів повітряного гвинта за графіками така. Діаметр гвинта визначається залежно від необхідної тяги на швартовах при заданої потужностіна валу гвинта. Якщо експлуатація мотолодки передбачається у населених районах чи районах, де існують обмеження шуму, прийнятний (на сьогодні) рівень шумів буде відповідати окружній швидкості - 160-180 м/с. Визначивши, виходячи з цієї умовної норми та діаметра гвинта, максимальна кількість його оборотів, встановимо передатне відношення від валу двигуна до валу гвинта.

Для діаметра 2 м допустиме за рівнем шуму кількість обертів буде близько 1500 об/хв (для діаметра 1 м - близько 3000 об/хв); таким чином, передатне відношення при числі обертів двигуна 4500 об/хв складе близько 3 (для діаметра 1 м - близько 1,5).

З допомогою графіка на рис. 3 ви зможете визначити величину тяги повітряного гвинта, якщо вже вибрано діаметр гвинта та потужність двигуна. Для нашого прикладу обраний двигун найдоступнішої потужності – 25 л. с., а діаметр гвинта - 2 м. Для цього конкретного випадку величина тяги дорівнює 110 кг.

Відсутність надійних редукторів є, мабуть, найсерйознішою перешкодою, яку доведеться подолати. Як правило, ланцюгові та ремінні передачі, виготовлені любителями в кустарних умовах, виявляються ненадійними та мають низький ККД. Вимушена установка прямо на вал двигуна призводить до необхідності зменшення діаметра і, отже, зниження ефективності рушія.

Для визначення ширини лопаті і кроку слід скористатися номограмою рис. 4. На горизонтальній правій шкалі з точки, що відповідає потужності на валу гвинта, проводимо вертикаль до перетину з кривою, що відповідає раніше знайденому діаметру гвинта. Від точки перетину проводимо горизонтальну пряму до перетину з вертикаллю, проведеної з точки, що лежить на лівій шкалі числа обертів. Отримане значення визначає величину покриття гвинта (покриттям авіабудівники називають відношення суми ширин лопатей до діаметру).

Для дволопатевих гвинтів покриття дорівнює відношенню ширини лопаті до радіуса гвинта R. Над значеннями покриттів вказано значення оптимальних кроків гвинта. Для нашого прикладу отримані покриття σ=0,165 і відносний крок (відношення кроку до діаметру) h=0,52. Для гвинта діаметром 1 м = 0,50 м і h = 0,65. Гвинт діаметром 2 м повинен бути 2-лопатевим з шириною лопаті, що становить 16,5% R, так як величина покриття невелика; гвинт діаметром 1 м може бути 6-лопатевим із шириною лопаті 50:3=16,6% R або 4-лопатевим із шириною лопатей 50:2 = 25% R. Збільшення числа лопатей дасть додаткове зменшення рівня шуму.

З достатнім ступенем точності вважатимуться, що крок гвинта залежить від кількості лопатей. Наводимо геометричні розміри дерев'яної лопаті шириною 16,5% R. Усі розміри на кресленні рис. 5 дані у відсотках радіусу. Наприклад, переріз D становить 16,4% R, розташований на 60% R. Хорд перетину розбивається на 10 рівних частин, тобто по 1,64% R; шкарпетка розбивається через 0,82% R. Ординати профілю в міліметрах визначаються множенням радіусу на відповідне кожній ординаті значення у відсотках, тобто на 1,278; 1,690; 2,046...0,548.

Перетворюючий потужність (крутний момент) двигуна в тягу, необхідну для поступального руху літальних апаратів, аеросаней, глісерів, суден на повітряній подушці. Повітряні гвинти бувають тягнуть - встановлюються на літаку та ін попереду двигуна (у напрямку руху) і штовхають - поміщаються позаду двигуна. Гвинти можуть бути одиночними та здвоєними співвісними, коли два гвинти розташовані один над іншим, вал верхнього гвинта проходить через порожній вал нижнього гвинта і обертаються вони в протилежні сторони. За способом кріплення лопатей до втулки розрізняють гвинти: незмінного кроку, лопаті яких виконані разом з втулкою; змінюваного кроку – найпоширеніший тип, лопаті якого у польоті можна повертати у втулці навколо осі деякий кут, званий кроком гвинта; реверсивні, у яких у польоті лопаті можуть бути встановлені під негативним кутом для створення тяги, спрямованої в протилежну від руху сторону (такий лопат використовується, напр., для ефективного гальмування та зменшення довжини пробігу літака при посадці). Особливість флюгерного повітряного гвинта – можливість у польоті встановлювати лопаті повітряним потоком, щоб при зупинці двигуна в польоті не збільшувати лобового опору літака від гвинта. Число лопатей повітряних гвинтів від 2 до 6 у одиночних і до 12 - у співвісних.

Різновидами повітряних гвинтів є несучий гвинті кермовий гвинт, що застосовуються на гелікоптерах, гвинтокрилах, автожирах.

Енциклопедія "Техніка". - М: Росмен. 2006 .

Лопатевий рушій для перетворення крутного моменту двигуна в тягу гвинта. Встановлюється на літаках, гвинтокрилах, аеросанях, апаратах на повітряній подушці, екранопланах і т.д.
Ст ст. поділяються; за способом встановлення лопатей - на гвинти незмінного, фіксованого та змінного кроку (можуть бути флюгерними або флюгерно-реверсивними); за механізмом зміни кроку - з механічним, електричним чи гідравлічним приводом; за схемою роботи – прямою або зворотною схемою; по конструкції - на одиночні, співвісні, дворядні, Ст ст. у кільці.
Ст ст. складається з лопатей ( див.Лопать гвинта), втулки та може також включати зміни кроку гвинта. Ст ст. розрізняються діаметром D (0,5-6,2 м) та числом лопатей k (2-12). Втулка служить для кріплення лопат і передачі крутного моменту від валу двигуна. Механізм зміни кроку забезпечує зміну кута установки лопат у польоті.
1) У Ст ст. незмінного кроку лопаті не повертаються навколо своїх осей.
2) Лопаті Ст ст. фіксованого кроку можуть бути встановлені під необхідним кутом перед польотом, але під час роботи вони не повертаються.
3) У Ст ст. кроку, що змінюється, можна змінювати кут установки лопатей за допомогою системи ручного управління або автоматично за допомогою регулятора частоти обертання. Регулятор підтримує задану частоту обертання двигуна, керуючи кроком за допомогою подачі олії через систему каналів у відповідні порожнини механізму управління Ст ст. із гідравлічним приводом.
4) У флюгерного Ст ст. лопаті можуть встановлюватися потоком для зменшення аеродинамічного опору при вимушеній зупинці двигуна в польоті ( див.Флюгування гвинта).
5) Лопаті флюгерно-реверсивного Ст ст. можуть також встановлюватися в таке положення, коли при його обертанні створюється негативна тяга, яка використовується на посадці для скорочення довжини пробігу та маневрування на землі ( див.Реверсування гвинта).
Механічні та електричні механізми зміни кроку мають велику інерційність і тому практично не використовуються. Найбільш поширені Ст ст. із гідравлічним приводом.
1) У Ст ст. з гідравлічним приводом прямої схеми лопаті встановлюються на малий крок з допомогою зусиль, створюваних тиском олії, але в великий крок - відцентровими силами противаг. Такі Ст ст. застосовуються за потужностей двигуна до 2000 кВт.
2) При потужностях понад 2000 кВт значно зростає маса противаг, тому використовуються Ст ст. зворотної схеми, у яких лопаті встановлюються великий крок з допомогою зусиль, створюваних тиском масла, але в малий крок - відцентровими силами самих лопатей.
- Одиночний гвинт має один ряд лопатей,
- співвісний Ст ст. складається з двох одиночних гвинтів, встановлених на співвісних валах і обертаються в протилежні сторони ( див.Співвісний гвинт),
- Дворядний Ст ст. складається з двох одиночних гвинтів, розташованих один за одним і що обертаються в одному напрямку.
- в. в. в кільці має профільоване кільце, завдяки якому створиться доповнить тяга; ефективний на малих швидкостях (до 200 км/год).
Для зменшення аеродинамічного опору і втрат потужності на вході на Ст Ст. встановлюють обтічники (еліптичні, конічні та ін), що закривають втулку та прикомлеві частини лопатей. На Ст ст. можуть розміщуватися протиобледенітельние системи.
До Ст ст. нового покоління відносяться Ст ст. зменшеного діаметра з великою кількістю широких тонких шаблеподібних лопатей, які необґрунтовано називаються гвинтовентиляторами.
У початковий період розвитку авіації Ст ст. виготовлялися головним чином з деревини, а в наступні роки знайшли застосування інші (сталь, титан, алюмінієві сплави, композиційні матеріали та ін.).
Для оцінки якості Ст ст. та зіставлення їх між собою використовуються в основному безрозмірні α та потужність
(β) = N/(ρ)n3D5
(N - , (ρ) - щільність повітря, n - частота обертання гвинта)
та коефіцієнт корисної дії повітряного гвинта
(η) = (αλ)/(β)((λ) = V/nD - відносна, V - швидкість польоту). Характеристики Ст ст. визначають у льотних випробуваннях, з досліджень Ст ст. та їх моделей в аеродинамічних трубах, а також теоретичним шляхом. При розрахунках розрізняють 2 випадки; визначення форми, розмірів та числа лопатей за заданими значеннями (α), (β) та (η) (пряме завдання) та визначення (α), (β), та (η) за відомою геометрією Ст ст. (Зворотне завдання).
Вперше розглядати лопату Ст ст. як запропонував російський інженер С. К. Джевецький в 1892, він же в 1910 висунув гіпотезу плоских перерізів (кожен перетин лопаті розглядається як ). Шляхом розкладання підйомної сили профілю dY і його опору аеродинамічного dX визначають тягу dP і силу dQ опору обертанню елемента лопаті, що розглядається, а повні тягу лопаті і силу опору її обертанню (звідси - потрібну для обертання Ст потужність двигуна) отримують інтегр. В основному сили, що діють на елемент лопаті, визначаються відносною швидкістю W набігаючого потоку і її геометричним кутом атаки
(α)r = (φ)-arctg(V/(ω)r),
(φ) – кут установки елемента лопаті.
В ідеальному випадку швидкість потоку, що набігає
W = (ω) Xr + V,
де (ω) – кутова швидкість лопаті, r – радіус-вектор аналізованого перерізу, V – вектор швидкості польоту. При своєму русі лопата захоплює у себе , надаючи йому додаткову, індуктивну швидкість w. В результаті справжня швидкість Wн. обтікання елемента та істинний ((α)н відрізняються від ідеальних. Обчислення w та (α)н є основним завданням теорії гвинта.
У 1910-1911 рр. X. Сабінін і Б. Н. Юр'єв розвинули теорію Джевецького, включивши до неї, зокрема, деякі положення теорії ідеального пропелера. Розрахунки Ст ст. за отриманими формулами цілком задовільно узгоджувалися з експериментальними результатами. У 1912 Н. Е. запропонував вихрову теорію, що дає точне фізичне уявлення про роботу гвинта, і практично всі розрахунки Ст ст. стали проводитися з урахуванням цієї теорії.
Відповідно до теорії Жуковського, гвинт замінюється системою приєднаних та вільних вихорів. При цьому лопаті заміняться вихорами приєднаними, які переходять в , що йде вздовж осі гвинта, а з задньої кромки лопаті сходять вільні вихори, що утворюють в загальному випадку гвинтову вихрову пелену. При припущенні, що (ω) зв'язок (ω) з циркуляцією швидкості навколо перерізу лопаті. Гіпотеза плоских перерізів при безвідривному обтіканні лопаті була підтверджена експериментально збігом розподілів тиску по перерізах лопаті обертового Ст в. і крил з тими самими профілями перерізів. Виявилося, однак, що обертання впливає поширення зриву потоку по поверхні лопаті і особливо на розрідження в області відриву. Починається на кінці лопаті область відриву потоку подібна до труби, що обертається, розрідження в ній управляється відцентровою силоюі на внутрішній частині лопаті набагато більше, ніж на крилі.
При (λ) 1 відмінність істинної (ω) від середньої стає помітною, і розрахунок Ст ст. з істинною (ω) стає аналогічним розрахунку крила кінцевого розмаху ( див.Крила теорія). При розрахунку важко навантажених Ст ст. (з великим ставленням потужності до поверхні, що змітається гвинтом) необхідно враховувати деформацію вихорів.
Внаслідок того, що до окружної швидкості Ст ст. додається поступальна, вплив стисливості повітря позначається насамперед на Ст ст. (Приводить до зменшення коефіцієнта корисної дії). При дозвукових окружній швидкості кінця лопаті, поступальної швидкості літака та дозвукової швидкості W вплив стисливості повітря на (ω) слабкий і позначається лише на обтіці лопаті. У разі ж дозвукової швидкості літальної та надзвукової швидкості W на кінці лопаті (коли необхідний облік стисливості середовища) теорія Ст ст, заснована на схемі приєднаних (несучих) вихорів, стає практично незастосовною, до потрібен перехід до схеми несучої поверхні. Такий перехід необхідний при дозвуковій швидкості кінця лопаті, якщо її ширина досить велика. Отримані в СРСР експериментальним шляхом Ст ст. і поправки, зумовлені стисливістю повітря, широко застосовувалися при виборі діаметрів та числа лопатей Ст ст. і разом із вибором форми лопатей (особливо профілів їх перерізів) дали можливість поліпшити льотні характеристики вітчизняних літаків, зокрема що у Великій Вітчизняній війні.
Протягом першого періоду освоєння великих дозвукових швидкостей основним завданням проектування Ст ст. вважали створення гвинтів великого діаметра (до 6 м) з високим коефіцієнтом корисної дії (повітряний гвинт85%) за максимальної швидкості польоту. Характеристики профілів при великих навколозвукових швидкостях полота вперше були отримані експериментально на гвинтах із так званими дренованими лопатями, причому один із профілів мав властивості надкритичного профілю (1949). Для другого періоду (з 60-х рр.) характерна додаткова вимога – збільшена тяга Ст ст. при зльоті. З цією метою було розроблено лопаті з профілями збільшеної кривизни. Подальший розвитокСт ст. пов'язують із розробкою гвинтів із великою кількістю широких тонких шаблеподібних лопатей. Зі збільшенням числа і ширини лопатей велике значення набуває обтікання їх комлевих частин, де суттєвий ефект решітки профілів. Засобом зменшення хвильового опору можливо вибір форми кока. Розрахунки та експерименти показують, що на швидкостях польоту, що відповідають Маху числу польоту M У СРСР великий внесок у розробку теорії, методів розрахунку та проектування Ст ст. внесли С. Ш. Бас-Дубов, Б. П. Бляхман, В. П. Ветчинкін, До. , А. М. Лепілкін, Г. І. Майкапар, І. Ст Остославський, Н. Н. Поляков, Д. В. Халезов.

Авіація: Енциклопедія. - М: Велика Російська Енциклопедія. Головний редактор Г.П. Свищев. 1994 .

повітряний гвинт Енциклопедія «Авіація»

повітряний гвинт- Мал. 1. Схеми повітряних гвинтів. повітряний гвинт - лопатевий рушій для перетворення крутного моменту двигуна в тягу гвинта. Встановлюється на літаках, гвинтокрилах, аеросанях, апаратах на повітряній подушці, екранопланах і т.д. у … Енциклопедія «Авіація»

ПОВІТРЯНИЙ Гвинт- лопатевий рушій, робочим середовищем якого є повітря. Повітряний Гвинт поширений авіаційний рушій. Судновий Повітряний Гвинт з геометрії лопатей та гідродинамічних характеристик суттєво відрізняються від авіаційних та… Морський енциклопедичний довідник

Пропелер, рушій, в якому радіально розташовані профільовані лопаті, обертаючись, відкидають повітря і тим самим створюють силу тяги. Ст ст. складається з втулки, розташованої на валу двигуна, і лопатей, що мають уздовж розмаху. Велика Радянська Енциклопедія

повітряний гвинт- orasraigtis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. impeller airscrew; propeller vok. Luftschraube, f; Propeller, m; Saugschraube, f rus. повітряний гвинт, m; пропелер, m pranc. aero propulseur, m; hélice aérienne, f; hélice propulsive, f … Fizikos terminų žodynas

До того як були розроблені реактивні двигуни, на всіх літаках стояли пропелери, тобто повітряні гвинти, які рухаються двигунами внутрішнього згоряння на зразок автомобільних.

Усі лопаті повітряного гвинта мають у поперечному перерізі форму, що нагадує перетин крила літака. При обертанні пропелера повітряний потік обтікає передню поверхню кожної лопаті швидше за задню. І виходить, що перед повітряним гвинтом тиск менший, ніж за ним. Так з'являється сила тяги, спрямовану вперед. А величина цієї сили тим більша, чим вища швидкість обертання повітряного гвинта.

(На зображенні зверху) Повітряний потік рухається швидше по передній поверхні лопаті пропелера, що обертається. Це зменшує тиск повітря спереду та змушує літак рухатися вперед.

Гвинтовий літак злітає у повітря завдяки силі тяги, що створюється при обертанні лопат повітряного гвинта.

Кінці обертових лопатей пропелера описують у повітрі спіраль. Кількість повітря, яке жене через себе пропелер, залежить від розміру лопатей та швидкості обертання. Додаткові лопаті та потужніші двигуни можуть збільшити корисну роботу повітряного гвинта.

Чому лопаті у повітряного гвинта мають закручену форму

Якби ці лопаті були плоскими, повітря рівномірно розподілялося б по їх поверхні, викликаючи лише опір обертанню гвинта. Але коли лопаті викривлені, то повітряний потік, що стикається з їх поверхнею, у кожній точці на поверхні лопаті набуває свого напрямку. Така форма лопаті дозволяє їй більш ефективно розсікати повітря та зберігати найвигідніше співвідношення між силою тяги та опором повітря.

Повітряні гвинти зі змінним кутом нахилу. Кут, під яким лопата встановлена у втулці несучого гвинта, називається кутом початкового конуса. На деяких літаках цей кут можна змінювати і таким чином робити максимально корисною роботу гвинта за різних польотних умов, тобто при зльоті, наборі висоти або в крейсерському польоті.