Винт самолета: название, классификация и характеристика

Самолет

Один из шестилопастных гребных винтов Dowty Rotol R391 C-130J Super Hercules из композитных материалов с регулируемым и изменяемым шагом. Винт изменяемого шага Hamilton Standard на модели 1943 года Stinson V77 Relian

В самолетах с воздушным винтом используются гребные винты с регулируемым шагом лопастей, чтобы адаптировать гребной винт к различным уровням тяги и скорости воздуха, чтобы лопасти гребного винта не сваливались, что снижает эффективность силовой установки. Двигатель может работать в наиболее экономичном диапазоне частот вращения, особенно в крейсерском режиме . За исключением перехода на задний ход для торможения после приземления, шаг обычно регулируется автоматически без вмешательства пилота. Пропеллер с контроллером, который регулирует шаг лопастей таким образом, чтобы скорость вращения всегда оставалась неизменной, называется гребным винтом с постоянной скоростью . Воздушный винт с регулируемым шагом может иметь почти постоянный КПД в широком диапазоне скоростей полета.

Зачем самолету винт?

Самолетный винт ответственен за преобразование крутящего момента двигателя в тяговую силу. Сочетание двигателя с пропеллером именуется винтомоторной установкой. Винт состоит из лопастей, которые при вращении захватывают воздух и отбрасывают его назад.

Воздушные винты подразделяются на тянущие и толкающие. При создании самолетов толкающие пропеллеры применяются крайне редко. Винтовые изделия применяются также для создания вертолетов, винтокрылов, винтопланов и автожиров. Для их поднятия в воздух используются несущие и рулевые изделия.

Отдельно стоит выделить винтопланы, которые сочетают в себе характеристики самолета и вертолета за счет поворотных двигателей. Лопасти несущих винтов винтоплана могут преобразовывать крутящий момент как в тянущую, так и в подъемную силу.

Виды самолетных винтов

Для создания винтовых самолетов практически всегда применяются только тянущие варианты. В более редких случаях можно встретить самолеты с толкающими пропеллерами. Толкающие винтовые изделия располагаются в задней части самолета. Стоит отметить, что КПД тянущего винта больше, чем у толкающего.

Несущий вид не встречается на самолетах. Исключением является гибрид, который именуется винтопланом. Лопасти несущих винтов конвертоплана обладают большей длиной. Их примерный размер сопоставим с лопастями вертолета.

Винты с разным количеством лопастей

Лопастной винт самолета должен обладать высокой прочностью и надежностью. Для создания безопасных воздушных суден применяются винтовые изделия с регулируемым шагом, который позволяет изменять положение лопастей. При необходимости это позволяет осуществить флюгирование, чтобы уменьшить лобовое сопротивление при отказе двигателя.

На современном самолете может быть до 4 винтомоторных установок. Средняя скорость винтовых самолетов составляет 500 километров в час. Быстрейшим турбовинтовым самолетом считается Ту-95.

Отличия винта от пропеллера

Пропеллером называются только винтовые изделия, которые применяются для создания самолетов. Например, лопасть несущего винта вертолета нельзя назвать пропеллером. Зная об основных отличиях, можно будет легко классифицировать изделие.

Технические параметры

Лопасти винта, вращаясь, захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению. Перед винтом создаётся зона пониженного давления, за винтом — повышенного.

• В зависимости от способа использования воздушные винты делятся на тянущие и толкающие.
• В зависимости от наличия возможности изменения шага лопастей воздушный винт подразделяются на винты фиксированного и изменяемого шага.

Определяющими являются диаметр и шаг винта. Шаг винта соответствует воображаемому расстоянию, на которое передвинется винт, ввинчиваясь в несжимаемую среду за один оборот. Существуют винты с возможностью изменения шага как на земле, так и в полёте. Последние получили распространение в конце 1930-х годов и применяются практически на всех самолётах (кроме некоторых сверхлёгких) и вертолётах. В первом случае изменение шага используют, чтобы создать большую тягу в широком диапазоне скоростей при мало изменяющихся (или неизменных) оборотах двигателя, соответствующих его максимальной мощности, во втором — из-за невозможности быстрого изменения оборотов несущего винта.

Вращение лопастей воздушного винта приводит к разворачивающему эффекту, воздействующему на летательный аппарат, причины которого в следующем:

• Реактивный момент винта. Любой воздушный винт, вращаясь в одну сторону, стремится накренить самолет или развернуть вертолёт в противоположную сторону. Именно из-за этого возникает асимметрия при поперечном управлении самолётом. Например, самолет с винтом левого вращения совершает развороты, перевороты и бочки вправо гораздо легче и быстрее, чем влево. Этот же реактивный момент является одной из причин неуправляемого разворота самолета вбок в начале разбега.
• Закручивание струи винта. Воздушный винт закручивает воздушный поток, что также вызывает несимметричную обдувку плоскостей и хвостового оперения справа и слева, различную подъёмную силу крыла справа и слева и разницу в обдуве управляющих поверхностей. Несимметричность потока хорошо видна на авиационных хим.работах при наблюдении за движением распыляемого вещества.
• Гироскопический момент винта. Любое быстро вращающееся тело имеет гироскопический момент (эффект волчка), заключающийся в стремлении к сохранению своего положения в пространстве. Если принудительно наклонить ось вращения гироскопа в какую-либо сторону, например, вверх или вниз, то она не просто будет противодействовать этому отклонению, а будет уходить в направлении, перпендикулярном произведённому воздействию, то есть в данном случае вправо или влево. Так, при изменении в установившемся полёте угла тангажа самолёт будет стремиться самостоятельно поменять курс, а при начале разворота возникает стремление самолёта к самостоятельному изменению угла тангажа.
• Момент, вызванный несимметричным обтеканием винта. В полёте ось винта отклонена от направления набегающего потока на угол атаки. Это приводит к тому, что опускающаяся лопасть обтекается под большим углом атаки, чем поднимающаяся. Правая часть воздушного винта будет создавать большую тягу, чем левая. Таким образом, будет создаваться момент рыскания влево. Наибольшую величину этот момент будет иметь на максимальном режиме работы двигателя и максимальном угле атаки.

Все четыре причины разворота — реактивный момент, действие струи, гироскопический момент и несимметричное обтекание винта, всегда действуют в одну сторону: при винте левого вращения разворачивают самолет вправо, а при винте правого вращения — влево. Этот эффект проявляется особенно сильно на мощных одномоторных самолётах при взлёте, когда самолёт движется с небольшой поступательной скоростью и эффективность работы воздушных рулей низкая. С ростом скорости разворачивающий момент ослабевает ввиду резкого увеличения эффективности действия рулей.

Для компенсации разворачивающего момента все самолёты делают несимметричными – как минимум, отклоняют руль направления от центральной строительной оси самолёта.

Кроме гироскопического эффекта двух из этих трёх недостатков лишены соосные воздушные винты.

Реактивный и гироскопический момент также присущ всем турбореактивным двигателям и учитывается в конструкции самолёта. Для компенсации реактивного момента винта вертолёта приходится применять рулевой винт, предотвращающий вращение фюзеляжа, либо использовать несколько несущих винтов (обычно два).

Положительные и отрицательные стороны

КПД современных воздушных винтов достигает 82—86%, что делает их очень привлекательными для авиаконструкторов. Самолёты с турбовинтовыми силовыми установками значительно экономичнее, чем самолёты с реактивными двигателями. Однако воздушный винт имеет и некоторые ограничения, как конструктивного, так и эксплуатационного характера. Часть этих ограничений описана ниже.

• «Эффект запирания». Этот эффект возникает либо при увеличении диаметра воздушного винта, либо при увеличении скорости вращения, и выражается в отсутствии роста тяги с увеличением мощности, передаваемой на винт. Эффект связан с появлением на лопастях винта участков с околозвуковым и сверхзвуковым течением воздуха (т. н. волновой кризис).
  Это явление накладывает существенные ограничения на технические характеристики самолётов с винтомоторной силовой установкой. В частности, современные самолёты с воздушными винтами, как правило, не могут развить скорость более 650—700 км/ч. Самый быстрый винтовой самолёт — бомбардировщик Ту-95 — имеет максимальную скорость 920 км/ч, где проблема эффекта запирания была решена применением двух соосных винтов с допустимыми размерами лопастей, вращающихся в противоположных направлениях.

• Повышенная шумность. Шумность современных самолётов в настоящее время регламентируется нормами ICAO. Воздушный винт классической конструкции в эти нормы не вписывается. Новые типы воздушных винтов с саблевидными лопастями создают меньший шум, но такие лопасти очень сложны и дороги в производстве.

Описание воздушного винта

Воздушный винт самолета представляет собой механическое устройство с лопастями, вращаемое валом двигателя и создающее тягу для движения летательного аппарата в воздухе. За счет наклона лопастей винт отбрасывает воздух назад, создавая область пониженного давления перед собой и повышенного давления позади себя. Практически все люди на земле хотя бы раз в жизни имели возможность увидеть этот устройство, поэтому многочисленные наукообразные определения не требуются. Винт состоит из лопастей, втулки, соединенной с двигателем через специальный фланец, балансировочных грузиков, размещаемых на втулке, механизма изменения шага винта и обтекателя, закрывающего втулку.

Как действует винтовой самолет

До того как были разработаны реактивные двигатели, на всех самолетах стояли пропеллеры, то есть воздушные винты, приводимые в движение двигателями внутреннего сгорания наподобие автомобильных.

Все лопасти воздушного винта имеют в поперечном сечении форму, напоминающую сечение крыла самолета. При вращении пропеллера воздушный поток обтекает переднюю поверхность каждой лопасти быстрее задней. И получается, что перед воздушным винтом давление меньше, чем за ним. Так возникает сила тяги, направленная вперед. А величина этой силы тем больше, чем выше скорость вращения воздушного винта.

(На изображении сверху)Воздушный поток двигается быстрее по передней поверхности лопасти вращающегося пропеллера. Это уменьшает давление воздуха спереди и заставляет самолет двигаться вперед.

Винтовой самолет взлетает в воздух благодаря силе тяги, создаваемой при вращении лопастей воздушного винта.

Концы вращающихся лопастей пропеллера описывают в воздухе спираль. Количество воздуха, которое гонит через себя пропеллер, зависит от размера лопастей и скорости вращения. Дополнительные лопасти и более мощные двигатели могут увеличить полезную работу воздушного винта.

Характеристики воздушных винтов

Любой винт, установленный на самолете, имеет набор характеристик, приведенных ниже:

• Диаметр винта.
• Геометрический ход (шаг). Под этим термином подразумевается расстояние, которое прошел бы винт, врезаясь в теоретическую твердую поверхность за один оборот.
• Поступь – фактическое расстояние, проходимое винтом за один оборот. Очевидно, что эта величина зависит от скорости и от частоты вращения.
• Угол установки лопастей – угол между плоскостью и фактическим наклоном винта.
• Форма лопастей – большинство современных лопастей имеет саблеобразную, изогнутую форму.
• Профиль лопастей – сечение каждой лопасти имеет, как правило, крыльевую форму.
• Средняя хорда лопасти – геометрическое расстояние между передней и задней кромками.

При этом главной характеристикой воздушного винта самолета остается его тяга, то есть то, ради чего он вообще нужен.

Технические параметры лопастных винтов

Наиболее весомые характеристики винтов, от которых зависит сила тяги и сам полет, конечно же, шаг винта и его диаметр. Шаг – это расстояние, на которое может переместиться винт за счет ввинчивания в воздух за один полный оборот. До 30-х годов прошлого века использовались винты с постоянным шагом вращения. Только в конце 1930-х годов практически все самолеты оснащались пропеллерами со сменным шагом вращения

Параметры винтов:

• Диаметр окружности винта – это размер, который описывают законцовки лопастей при вращении.
• Поступь винта – реальное расстояние, проходящее винтом за один оборот. Данная характеристика зависит от скорости движения и оборотов.
• Геометрический шаг пропеллера – это расстояние, которое мог бы пройти винт в твердой среде за один оборот. От поступи винта в воздухе отличается скольжением лопастей в воздухе.
• Угол расположения и установки лопастей винта – наклон сечения лопасти к реальной плоскости вращения. За счет наличия крутки лопастей угол поворота замеряется по сечению, в большинстве случаев это 2/3 всей длины лопасти.

Лопасти пропеллера имеют переднюю – режущую – и заднюю кромки. Сечение лопастей имеет профиль крыльевого типа. В профиле лопастей имеется хорда, которая имеет относительную кривизну и толщину. Для повышения прочности лопастей винта используют хорду, которая имеет утолщение к корню пропеллера. Хорды сечения находятся в разных плоскостях, поскольку лопасть изготовлена закрученной.

Шаг винта является основной характеристикой гребного винта, он в первую очередь зависит от угла установки лопастей. Шаг измеряется в единицах пройденного расстояния за один оборот. Чем больший шаг делает винт за один оборот, тем больший объем отбрасывается лопастью. В свою очередь увеличение шага ведет за собой дополнительные нагрузки на силовую установку, соответственно, количество оборотов снижается. Современные летательные аппараты имеют возможность изменять наклон лопастей без остановки двигателя.

Пропеллеры противоположного вращения — Contra-rotating propellers

Преимущества и недостатки

Крутящий момент на самолет от пары вращающихся в противоположных направлениях пропеллеров эффективно нейтрализуется.

Было обнаружено, что гребные винты противоположного вращения на 6–16% более эффективны, чем обычные гребные винты.

Однако они могут быть очень шумными, с увеличением шума в осевом (вперед и назад) направлении до 30 дБ и по касательной до 10 дБ. Большую часть этого дополнительного шума можно найти на более высоких частотах. Эти существенные проблемы с шумом ограничивают коммерческие применения. Одна из возможностей — заключить вращающиеся в противоположном направлении гребные винты в кожух . Это также полезно, если уменьшена скорость наконечника или нагрузка на лопасти, если задний гребной винт имеет меньше лопастей или меньший диаметр, чем носовой винт, или если расстояние между задним и носовым гребными винтами увеличено.

Эффективность винта встречного вращения несколько компенсируется его механической сложностью и дополнительным весом этой передачи, что делает самолет тяжелее, поэтому некоторые характеристики приносятся в жертву, чтобы нести его. Тем не менее, соосные винты и роторы встречного вращения использовались на нескольких военных самолетах , таких как Туполев Ту-95 «Медведь» .

Они также проходят экспертизу для использования в авиалайнерах .

Использование в самолетах

В то время как несколько стран экспериментировали с винтами встречного вращения в самолетах, только Великобритания и Советский Союз производили их в больших количествах. Первый самолет, оснащенный пропеллером встречного вращения, появился в США, когда два изобретателя из Форт-Уэрта, штат Техас, испытали эту концепцию на самолете.

Великобритания

Винты противоположного вращения самолета Spitfire Mk XIX

Пропеллер встречного вращения был запатентован Ф. В. Ланчестером в 1907 году.

Некоторые из наиболее успешных британских самолетов с противоположного вращения гребных винтов являются Avro Shackleton , питание от Rolls-Royce Griffon двигателя, и Fairey баклан , который использовал двойной Mamba Mk.101 двигатель. В Double Mamba две отдельные силовые секции приводили в движение по одному гребному винту каждая, что позволяло отключать одну силовую секцию (двигатель) в полете, увеличивая выносливость.

Другой военно-морской самолет, Westland Wyvern, имел винты встречного вращения.

Более поздние варианты Supermarine Spitfire и Seafire использовали Griffon с винтами, вращающимися в противоположных направлениях. В случае Spitfire / Seafire и Shackleton основной причиной использования винтов противоположного вращения было увеличение площади лопастей винта и, следовательно, поглощение большей мощности двигателя в пределах диаметра винта, ограниченного высотой шасси самолета . На Short Sturgeon использовались два Merlin 140 с винтами встречного вращения.

Бристоль Брабазон прототип авиалайнер использовал восемь Бристоль CENTAURUS двигателей вождения четыре пары вращающегося в противоположных направлениях воздушных винтов, каждый из двигателя за рулем одного гребного винта.

Послевоенный SARO принцессы прототип летающей лодки авиалайнера также было восемь из десяти двигателей приводных вращающихся в противоположных направлениях воздушных винтов.

СССР, Россия и Украина

Один из четырех винтов противоположного вращения российского стратегического бомбардировщика Ту-95

В 1950-х годах в Советском конструкторском бюро Кузнецова был разработан турбовинтовой НК-12 . Он приводит в движение 8-лопастной воздушный винт встречного вращения и, обладая мощностью на валу 15 000 лошадиных сил (11 000 киловатт), является самым мощным турбовинтовым двигателем в эксплуатации. Четыре двигателя НК-12 приводят в действие Туполев Ту-95 Медведь , единственный турбовинтовой бомбардировщик, поступивший на вооружение, а также один из самых быстрых винтовых самолетов . Ту-114 , производное авиалайнер Ту-95, держит мировой рекорд скорости для винтовых самолетов. Ту-95 также был первым советским бомбардировщиком, имевшим межконтинентальную дальность полета. Тот-126 AEW самолет и Тот-142 патрульный самолет морского два более НК-12 приведенных в конструкции , полученная из Того-95.

Двигатель НК-12 установлен на другом известном советском самолете Антонов Ан-22 Антеус, тяжелом грузовом самолете. На момент своего появления Ан-22 был самым большим самолетом в мире и до сих пор остается самым большим в мире самолетом с турбовинтовым двигателем. С 1960-х по 1970-е годы он установил несколько мировых рекордов в категориях максимального отношения полезной нагрузки к высоте и максимальной полезной нагрузки, поднимаемой на высоту.

Менее примечательно использование двигателя НК-12 в среднеразмерном советском экраноплане А-90 «Орленок» . На А-90 используется один двигатель НК-12, установленный в верхней части Т-образного хвоста, и два ТРДД, установленные в носовой части.

В 80-е годы Кузнецов продолжал разрабатывать мощные двигатели встречного вращения. НК-110, испытанный в конце 1980-х, имел конфигурацию винта встречного вращения с четырьмя лопастями спереди и четырьмя сзади, как и у НК-12. Его винт диаметром 190 дюймов (4,7 метра) был меньше, чем у НК-12 диаметром 220–240 дюймов (5,6–6,2 м), но он выдавал выходную мощность 21 007 л.с. (15,665 кВт), обеспечивая взлетную тягу 40 000 фунт-сила (177 килоньютон). Еще более мощным был НК-62, который разрабатывался большую часть десятилетия. НК-62 имел такой же диаметр винта и конфигурацию лопастей, что и НК-110, но предлагал более высокую взлетную тягу — 55 000 фунтов силы (245 кН). Связанный с ним НК-62М имел взлетную тягу 64 100 фунтов силы (285,2 кН) и мог обеспечить аварийную тягу 70 700 фунтов силы (314,7 кН). Однако, в отличие от НК-12, эти более поздние двигатели не были приняты на вооружение ни одним авиаконструкторским бюро.

В 1994 году Антонов выпустил тяжелый транспортный самолет Ан-70 . Он оснащен четырьмя гребными вентиляторами » Прогресс Д-27″, приводящими в движение воздушные винты встречного вращения. Характеристики двигателя Д-27 и его пропеллера делают его пропеллерным вентилятором, гибридом между турбовентиляторным и турбовинтовым двигателями.

Соединенные Штаты

XB-35 Flying Wing демонстрирует квартет толкающих винтов противоположного вращения. Позднее от этого варианта отказались из-за сильной вибрации в полете и позже заменили на традиционные одинарные пропеллеры.
Дуглас XB-42 Mixmaster
General Motors P-75 Eagle

Соединенные Штаты работали с несколькими прототипами, включая Northrop XB-35 , XB-42 Mixmaster , Douglas XTB2D Skypirate , Curtiss XBTC , A2J Super Savage , Boeing XF8B , XP-56 Black Bullet , Fisher P-75. Истребители вертикального взлета и посадки » Орел» и сидящие в хвостовой части Convair XFY «Pogo» и Lockheed XFV «Salmon» и разведывательный самолет Hughes XF-11 . Convair R3Y Tradewind летающая лодка была введена в эксплуатацию с обратными вращением винтов. Однако как поршневые, так и винтовые самолеты с турбовинтовыми двигателями достигли своего апогея, и новые технологические разработки, такие как появление чисто турбореактивных и турбовентиляторных двигателей, оба без пропеллеров, означали, что их конструкции быстро затмили.

Американский производитель гребных винтов Hamilton Standard купил Fairey Gannet в 1983 году, чтобы изучить влияние встречного вращения на шум гребного винта и вибрационные напряжения лопастей. Gannet был особенно подходящим, потому что винты с независимым приводом обеспечивали сравнение между встречным и однократным вращением.

Сверхлегкие приложения

Австрийская компания Sun Flightcraft поставляет редукторы встречного вращения для двигателей Rotax 503 и 582 на сверхлегких и сверхлегких самолетах. Коаксиальный-П был разработан Hans Neudorfer из NeuraJet и позволяет питание дельтапланов и парашютов развивать от 15 до 20 процентов больше энергии при одновременном снижении крутящего момента моменты. Производитель также сообщает о снижении уровня шума от двойных вращающихся в противоположных направлениях стоек с коробкой передач Coax-P.

В ЦАГИ испытана новая модель толкающего винта

Ан-24

Конструкция [ править | править код ]

Военная модификация Ан-24 румынских ВВС

Аэродинамическая схема: двухмоторный турбовинтовой высокоплан нормальной аэродинамической схемы с прямым крылом (угол стреловидности 6° 50′ по линии 25 % хорд) и однокилевым оперением.

Техническое описание

Подробное описание конструкции приведено в статье по самолёту Ан-26, в целом, за исключением конструкции хвостовой части с рампой и интерьера грузовой кабины, аналогичному по конструкции Ан-24.

Фюзеляж герметичный, типа полумонокок. Силовая конструкция состоит из набора стрингеров и балок. Вместо клёпки применены клеесварные соединения. Сечение фюзеляжа образовано двумя дугами разного диаметра. В носовой части фюзеляжа расположена кабина экипажа. За ней размещён передний багажный отсек, пассажирский салон, буфет, туалет, гардероб и задний багажный отсек.

Крыло — трапециевидной формы в плане, кессонного типа, большого удлинения. Крыло состоит из двух лонжеронов. На центроплане располагаются два отклоняющихся однощелевых закрылка, а на консолях — два выдвижных двухщелевых закрылка. Также на консолях размещены два разрезных элерона. Хвостовое оперение — традиционное, дополненное подфюзеляжным килем.

Шасси — трёхопорное: две главных опоры и одна передняя. Двойные колёса на каждой стойке. Давление внутри пневматиков регулируется на земле.

Ан-24Б ВВС Литвы в Каунасском музее Авиации

Силовая установка состоит из двух турбовинтовых двигателей АИ-24 с четырёхлопастными воздушными винтами АВ-72, АВ-72Т и агрегата автономного запуска ТГ-16 (на самолёте Ан-24РВ в правой мотогондоле установлен дополнительный турбореактивный двигатель РУ-19А300 тягой 800 кгс).
Мощность каждого двигателя на взлётном режиме — 2550 л. с. Диаметр винтов 3,9 м. Топливо размещается в четырёх мягких баках в центроплане общей ёмкостью 1420 л (при доработке — в восьми мягких баках общей ёмкостью 2500 л) и в двух баках-кессонах в средних частях крыла общей ёмкостью 3680 л.

Характеристики [ править | править код ]

Технические характеристики

• Экипаж: 3—5 человек
• Пассажировместимость: 48—52 человек
• Грузоподъёмность: 6500 кг
• Длина: 23,53 м
• Размах крыла: 29,20 м
• Высота: 8,32 м
• Площадь крыла: 74,98 м² с однощелевым центропланным закрылком, 72,46 м² с двухщелевым центропланным закрылком
• Масса пустого: 13 350 кг
• Масса снаряжённого: 13 489 кг
• Нормальная взлётная масса: 21 000 кг
• Максимальная взлётная масса: 21 000 кг (для самолёта Ан-24РВ — 21 800 кг, на доработанных самолётах (по условию прочности шасси) — 22 500 кг)
• Масса топлива во внутренних баках: 4850 кг
• Силовая установка: 2 × ТВД АИ-24
• Мощность двигателей: 2 × 2550

(2 × 1876)

• Воздушный винт: АВ-72 серии 02
• Диаметр винта: 3,90 м

Лётные характеристики

• Максимально допустимая скорость: 460 км/ч (приборная скорость)
• Максимальная скорость: 540 км/ч (приборная скорость при экстренном снижении)
• Крейсерская скорость: 460 км/ч (на высоте 6000 м)
• Скорость сваливания: 191 км/ч (приборная скорость, закрылки убраны, масса 21 000 кг)
• Практическая дальность: 1850 км
• Перегоночная дальность: 2820 км
• Практический потолок: 7700 м
• Скороподъёмность: 5—15 м/с
• Длина разбега: взлётная масса 21 000 кг, ИВПП: закрылки 15 — 850 м, закрылки 5 — 1000 м
• Длина пробега: посадочная масса 20 000 кг — 580 м

Классификация

Существует много вариантов классификации воздушных винтов самолета. Они подразделяются на группы в зависимости от материала, из которого они изготовлены, от формы лопастей, их диаметра, количества, а также по ряду других характеристик. Однако наиболее важной является их классификация по двум признакам:

• Первый — винты бывают с изменяемым шагом и фиксированным шагом.
• Второй – винты бывают тянущие и толкающие.

Первый устанавливается в передней части самолета, а второй, соответственно, в задней его части. Самолет с толкающим винтом возник раньше, однако затем был на некоторое время предан забвению и лишь относительно недавно вновь появился в небе. Сейчас эта компоновка широко применяется на небольших летательных аппаратах. Имеются даже совсем экзотические варианты, оснащенные и тянущими и толкающими лопастями одновременно. Самолет с винтом сзади имеет ряд преимуществ, главным из которых является его более высокое аэродинамическое качество. Однако из-за отсутствия дополнительного обдува крыла потоком воздуха от пропеллера у него худшие взлетно-посадочные характеристики.

Винты с изменяемым шагом

Практически на всех современных средних и крупных самолетах устанавливаются винты с изменяемым шагом. При большом шаге лопастей достигается большая тяга, но если обороты двигателя довольно низкие, набор скорости будет производиться крайне медленно. Это очень похоже на ситуацию с автомобилем, когда на высших передачах пытаться тронуться с места.

Высокая скорость и маленький шаг винта создают опасность срыва потока и падения тяги до ноля. Поэтому в процессе полета шаг постоянно изменяется. Сейчас это делает автоматика, а раньше пилот сам должен был постоянно следить за этим и вручную корректировать угол наклона. Механизм изменения шага винта представляет собой специальные втулки с приводным механизмом, поворачивающие лопасти относительно оси вращения на требуемый градус.

ДЕЙСТВИЕ НА ЛОПАСТЬ ВИНТА СОБСТВЕННЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

При рассмотрении действия на лопасть воздушного винта собственных центробежных сил выделим в поперечном сечении элемента лопасти два небольших объема, расположенных в передней и задней частях сечения (Рис. 76).
Во время вращения воздушного винта на массы, заключенные в этих объемах, действуют центробежные силы Рц1 и Рц2, приложенные к их центрам тяжести и направленные по радиусам вращения r1 и г2.
Раскладывая эти центробежные силы на составляющие, направленные параллельно и перпендикулярно оси поворота лопасти, проанализируем их взаимодействие.

Р Характер действия на лопасть воздушного винта собственных центробежных сил
Продольная сила X, направленная параллельно оси поворота лопасти, стремится вырвать лопасть из лопастного стакана, вызывая растяжение лопасти. Поперечная сила Т, направленная перпендикулярно оси поворота лопасти, стремится повернуть лопасть в сторону уменьшения угла установки  (Поперечные силы создают моменты Мл1 и Мл2 лопасти, которые зависят от их массы, числа оборотов воздушного винта и установочного угла лопасти , а также от расстояния объемов от оси поворота лопасти . Максимальное значение его соответствует 0 или 90°.
Рассмотрим действие на лопасть винта центробежных сил противовеса
Центробежные силы противовесов лопастей приложены в центре тяжести противовесов и направлены по радиусам их вращения.
При анализе действия центробежной силы противовеса раскладываем ее на две составляющие: силу К, направленную параллельно оси лопасть, которая стремится изогнуть кронштейн противовеса, и силу N, направленную перпендикулярно оси поворота лопасти, которая стремится повернуть лопасть в сторону увеличения ее угла установки 
Момент противовеса MПР=Nh(Kгc) зависит от величины массы противовеса, радиуса его вращения, числа оборотов воздушного винта, угла установки лопасти и угла установки противовеса.

Характер действия на лопасть воздушного винта центробежных сил лопасти, б — аэродинамические силы, действующие на винт

Аэродинамическая сила R , приложенная в центре давления профиля, создает момент, поворачивающий лопасть в сторону увеличения шага.
При увеличении угла установки лопасти j увеличивается и момент аэродинамической силы, но его абсолютное значение в диапазоне рабочих углов поворота рабочих лопастей небольшое по сравнению с величинами аэродинамических центробежных моментов лопастей и противовесов.
Автоматические воздушные винты с гидравлическим управлением работают по прямой, обратной или двусторонней схеме.
Лопасти винтов, работающих по прямой схеме, на малый шаг переводятся действием давления масла и центробежных сил лопастей, на большой шаг — центробежными силами противовесов лопастей и аэродинамическими силами лопастей.
Воздушные винты, работающие по двусторонней схеме, переводятся на малый шаг давлением масла, центробежными силами лопастей, на большой шаг — давлением масла, центробежными силами противовесов и аэродинамическими силами лопастей.

Устройство и принцип работы турбовинтового двигателя

Строение турбовинтового двигателя довольно простое. Он состоит из воздушного винта с редуктором, компрессора, камеры сгорания, турбины и выходного устройства – сопла. Компрессор нагнетает и сжимает воздух, направляя его в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо. Горючая смесь, полученная при смешивании воздуха с топливом, воспламеняется, образуя газы с высокой потенциальной энергией, которые, расширяясь, поступают на лопасти турбины, вращая ее, а сама турбина вращает воздушный винт и компрессор. Энергия, не потраченная на вращение турбины, выходит в виде потока воздуха через сопло, образуя реактивную тягу, величина которой не более 10% от общей тяги мотора. Поскольку она незначительна по своей величине, ТВД не считается реактивным. Как видно, по своему строению и принципу работы турбовинтовой двигатель очень напоминает турбореактивный с той лишь разницей, что в первом случае выработанная полезная энергия идет на вращение винта, а во втором она полностью выходит в виде потока воздуха через сопло, образуя реактивную тягу.

Строение турбовинтового двигателя

Воздушный винт

Благодаря этой детали образуется тяга, но скорость является ограниченной. Лучшим показателем считается уровень от 750 до 1500 оборотов в минуту, так как при увеличении коэффициент полезного действия начнет падать, и винт вместо разгона будет превращаться в тормоз. Явление называется «эффектом запирания». Оно вызвано лопастями винта, которые на высоких оборотах при вращении, превышающей скорость звука, начинают функционировать некорректно. Тот же самый эффект будет наблюдаться при увеличении их диаметра.

Преимущества и недостатки

Преимуществами являются:

• малый вес по сравнению с поршневыми агрегатами;
• экономичность по сравнению с турбореактивными моторами (благодаря воздушному винту коэффициент полезного действия достигает восьмидесяти шести процентов).

Недостатки:

— скоростной предел — 750км/ч, что мало для современной авиации;

— высокий шум, превышающий допустимые значения Международной организации гражданской авиации.

Преимущества и недостатки воздушных винтов

Коэффициент полезного действия винтов на современных самолетах достигает показателя в 86%, это делает их востребованными авиастроением. Также нужно отметить, что турбовинтовые аппараты значительно экономнее, чем реактивные самолеты. Все же винты имеют некоторые ограничения как в эксплуатации, так и в конструктивном плане.

Одним из таких ограничений выступает «эффект запирания», который возникает при увеличении диаметра винта или же при добавлении количества оборотов, а тяга в свою очередь остается на том же уровне. Это объясняется тем, что на лопастях пропеллера возникают участки со сверхзвуковыми или околозвуковыми потоками воздуха. Именно этот эффект не позволяет летательным аппаратам с винтами развить скорость выше чем 700 км/час. На данный момент самой быстрой машиной с винтами является отечественная модель дальнего бомбардировщика Ту-95, который может развить скорость в 920 км/час.

Еще одним недостатком винтов выступает высокая шумность, которая регламентируется мировыми нормами ICAO. Шум от винтов не вписывается в стандарты шумности.

Достоинства

Летательные аппараты, использующие в качестве движителя воздушный винт, гораздо экономичней своих турбореактивных «собратьев». Коэффициент полезного действия достигает 86%, что является недостижимой величиной для реактивной авиации. Это их главное преимущество, которое фактически вновь ввело их в строй во время нефтяного кризиса 70-х годов прошлого века. На небольших дистанциях полета, скорость не имеет решающего значения по сравнению с экономичностью, поэтому большинство самолетов региональной авиации – винтовые.

Недостатки

Недостатки у самолета с воздушным винтом тоже имеются. В первую очередь, это минусы чисто «кинетические». Во время вращения винт самолета, обладая собственной массой, оказывает воздействие на корпус самолета. Если лопасти, например, вращаются по часовой стрелке, то корпус стремится вращаться, соответственно, против часовой стрелки. Создаваемые пропеллером завихрения активно взаимодействуют с крыльями и оперением летательного аппарата, создавая различные потоки справа и слева, тем самым дестабилизируя траекторию полета.

И наконец, вращающий пропеллер представляет собой своеобразный гироскоп, то есть он стремится сохранить свое положение, что затрудняет процесс изменения траектории полета для воздушного суда. Эти недостатки винта самолета были известны давно, и конструкторы научились с ними бороться путем внесения определенной асимметричности в конструкции самих кораблей или их управляющих поверхностей (рулей направления, спойлеров и т. д.). Справедливости ради надо отметить, что подобными «кинетическими» недостатками обладают и реактивные двигатели, но в несколько меньшей степени.

К минусам можно отнести и так называемый эффект запирания, когда увеличение диаметра и частоты вращения винта самолета до определенных пределов, перестают давать эффект в виде увеличения тяги. Этот эффект связан с появлением на отдельных участках лопастей потоков воздуха около- или сверхзвуковой скорости, что создает волновой кризис, то есть образование скачков уплотнения воздушной среды. По сути, они преодолевают звуковой рубеж. В связи с этим максимальная скорость самолетов с воздушным винтом не превышает 650-700 км/час.

Пожалуй, единственным исключением стал бомбардировщик Ту-95, развивающий скорость до 950 км/час, то есть почти звуковую скорость. Каждый его двигатель оснащен двумя соосными винтами, вращающимися в противоположных направлениях. Ну и последней проблемой винтовых самолетов является их шумность, требования к которой со стороны авиационных властей, постоянно ужесточаются.

Теория винта

По своей сути любой винт самолета представляет собой некие подвижные крылья в миниатюре, живущие по тем же законам аэродинамике, что и крыло. То есть, передвигаясь в атмосферной среде лопасти, благодаря своему профилю и наклону, создают поток воздуха, который является движущей силой летательного аппарата. Сила этого потока, помимо конкретного профиля, зависит от диаметра и частоты оборотов винта. При этом зависимость тяги от оборотов – квадратичная, а от диаметра – даже в 4-й степени. Общая формула тяги выглядит следующим образом: P = α * ρ * n2 * D4 , где:

• α – коэффициент тяги винта (зависит от конструкции и профиля лопастей);
• ρ — плотность воздуха;
• n – число оборотов винта;
• D – диаметр винта.

Интересно сравнить с приведенной формулой, еще одну, выведенную из той же теории винта. Это потребная мощность для обеспечения вращения: T = Β * ρ * n3 * D5 , где Β – расчетный коэффициент мощности винта.

Из сопоставления этих двух формул видно, что, усиливая обороты винта самолета и увеличивая диаметр пропеллера, потребная мощность двигателя растет экспоненциально. Если уровень тяги пропорционален квадрату оборотов и 4-й степени диаметра, то потребная мощность двигателя растет уже пропорционально кубу оборотов и 5-й степени диаметра винта. С ростом мощности двигателя растет и его вес, что требует еще большей тяги. Очередной заколдованный круг в авиастроении.

Развитие [ править ]

Ряд первых пионеров авиации, в том числе А. В. Роу и Луи Бреге , использовали пропеллеры, которые можно было регулировать только на земле — это также произошло в конце Первой мировой войны с одним примером испытательного стенда, R.30 / 16 дюймов , из малосерийного (56 экземпляров в 1917 и 1918 годах) немецкого «гигантского» четырехмоторного тяжелого бомбардировщика Zeppelin-Staaken R.VI. [3] В 1919 году Л. Е. Бейнс запатентовал первый автоматический винт с регулируемым шагом.

Французская авиастроительная компания Levasseur представила винт переменного шага на Парижском авиашоу 1921 года. Фирма утверждала, что французское правительство проверило устройство в течение десяти часов и что оно может изменять шаг при любых оборотах двигателя.

Доктор Генри Селби Хеле-Шоу и Т. Е. Бичем запатентовали пропеллер с регулируемым шагом с гидравлическим приводом (на основе насоса с регулируемым ходом) в 1924 году и представили доклад по этому вопросу перед Королевским авиационным обществом в 1928 году; его полезность была встречена скептицизмом. Винт был разработан Gloster Aircraft Company как пропеллер Gloster Hele-Shaw Beacham с переменным шагом и был продемонстрирован на Gloster Grebe , где он использовался для поддержания почти постоянной скорости вращения.

Первый практический винт регулируемого шага для самолетов был представлен [ кем? ] в 1932 году.  Французская фирма Ratier стала пионером в создании гребных винтов с изменяемым шагом различной конструкции, начиная с 1928 года и опираясь на специальную спиралевидную аппарель на шарикоподшипниках в основании лопастей для облегчения эксплуатации.

Было опробовано несколько конструкций, в том числе небольшой баллон со сжатым воздухом в ступице гребного винта, обеспечивающий необходимую силу, чтобы противостоять пружине, которая приводила бы лопасти от мелкого шага (взлет) до крупного шага (горизонтальный крейсерский режим). При подходящей воздушной скорости диск на передней части вертушки будет в достаточной степени давить на воздушный выпускной клапан баллона, чтобы сбросить давление и позволить пружине привести гребной винт в крупный шаг. Эти «пневматические» пропеллеры были установлены на самолет DH88 Comet , победитель знаменитой гонки Мак-Робертсона 1934 года на длинные дистанции и победитель национальных воздушных гонок Caudron C.460 1936 года , пилотируемый Мишелем Детройа  [ фр ]. Использование этих пневматических гребных винтов требовало предварительной настройки гребного винта на мелкий шаг перед взлетом. Это было сделано путем нагнетания давления в мочевой пузырь с помощью велосипедного насоса, отсюда и по сей день причудливое прозвище Gonfleurs d’hélices (проп-надувные мальчики), которым пользуются авиамеханики во Франции.

Обычный тип гребного винта регулируемого шага имеет гидравлический привод; Фрэнк У. Колдуэлл из подразделения Hamilton Standard Division компании United Aircraft Company первоначально разработал эту конструкцию, которая привела к присуждению Collier Trophy 1933 года. [9] De Havilland впоследствии выкупила права на производство винтов Hamilton в Великобритании, в то время как Rolls-Royce и Bristol Engines основали британскую компанию Rotol в 1937 году для производства собственных разработок. Французская компания Pierre Levasseur and Smith Engineering Co. в США также разработала гребные винты с регулируемым шагом. Wiley Post (1898-1935) использовал пропеллеры Смита в некоторых своих полетах.

Другой распространенный тип был первоначально разработан Уоллесом Тернбуллом и усовершенствован корпорацией Curtiss-Wright . [10] Этот механизм с электрическим приводом, впервые испытанный 6 июня 1927 года в Кэмп-Борден, Онтарио, Канада, получил патент в 1929 году ( патент США 1828348 ). Некоторые пилоты во время Второй мировой войны (1939-1945) поддерживали его, потому что даже когда двигатель больше не работал, винт можно было опереть . На гребных винтах с гидравлическим приводом флюгирование должно было произойти до потери гидравлического давления в двигателе.

По мере того как экспериментальные самолеты и легкие легкие стали более совершенными, это стало обычным явлением [ когда? ] для таких легких самолетов должны быть установлены воздушные винты с изменяемым шагом, как с земли, так и с изменяемым в полете воздушные винты. Гидравлическое управление слишком дорого и громоздко; вместо этого в легких самолетах используются пропеллеры, которые активируются механически или электрически.

Воздушные винты

Витая аэродинамическая форма современных авиационных пропеллеров была впервые в братьях Райт . В то время как некоторые более ранние инженеры пытались смоделировать воздушные винты на морских гребных винтах, Райт поняли, что воздушный винт (также известный как винт), по сути, такой же, как крыло , и смогли использовать данные своих более ранних экспериментов в аэродинамической трубе на крыльях. . Также ввели изгиб по длине лопастей. Это было необходимо для того, чтобы угол атаки лопастей оставался относительно постоянным по всей их длине. Их оригинальные лопасти пропеллера были всего примерно на 5% менее эффективными, чем их современные аналоги, примерно 100 лет спустя. Понимание аэродинамики низкоскоростного винта было довольно полным к 1920-м годам, но более поздние требования к большей мощности при меньшем диаметре усложнили проблему.

Альберто Сантос Дюмон , еще один пионер, применил знания, полученные им из опыта работы с дирижаблями, для создания гребного винта со стальным валом и алюминиевыми лопастями для своего биплана 14 бис . В некоторых из его конструкций для лопастей использовался изогнутый алюминиевый лист, создавая таким образом форму крыла. Они были сильно недокачены , и это плюс отсутствие продольного скручивания делало их менее эффективными, чем пропеллеры Райта. Тем не менее, это было, пожалуй, первое использование алюминия в конструкции винта.

Современные разработки и будущее винтов самолета

Технологии и опыт работы позволяют конструкторам преодолеть некоторые проблемы с шумностью и повысить тягу, миновав ограничения.

Таким образом удалось миновать эффект запирания за счет применения мощного турбовинтового двигателя типа НК-12, который передает мощность на два соосные винта. Их вращение в разные стороны позволило миновать запирание и повысить тягу.

Евгений

Более 10 лет занимаюсь строительством и ремонтом. В этом блоге делюсь своими знаниями и опытом. Буду рад помочь в вопросах подбора и применения крепежа.

Задать вопрос

Также используются на винтах тонкие саблевидные лопасти, которые имеют возможность затягивания кризиса. Это позволяет достичь более высоких показателей скорости. Такой тип винтов установлен на самолете типа Ан-70.

На данный момент ведутся разработки по созданию сверхзвуковых винтов. Несмотря на то что проектирование ведется очень долго при немалых денежных вливаниях, достичь положительного результата так и не удалось. Они имеют очень сложную и точную форму, что значительно затрудняет расчеты конструкторов. Некоторые готовые винты сверхзвукового типа показали, что они очень шумные.

Заключение винта в кольцо – импеллер – является перспективным направлением развития, поскольку снижает концевое обтекание лопастей и уровень шума. Также это позволило повысить безопасность. Существуют некоторые самолеты с вентиляторами, которые имеют ту же конструкцию, что и импеллер, но дополнительно оснащаются аппаратом направления воздушного потока. Это значительно повышает эффективность работы винта и двигателя.

Современная разработка в России

Работы над совершенствованием устройств никогда не прекращались. В настоящее время проводятся испытания нового воздушного винта самолета АВ-112. Он будет применяться на легком военно-транспортном самолете Ил-112В. Это 6-лопастной пропеллер, с коэффициентом полезного действия 87 %, диаметром 3,9 метра и частотой вращения 1200 оборотов в минуту и изменяемым шагом винта. Разработан новый профиль лопастей и облегчена его конструкция.

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ВИНТОВ. СООСНОЙ СХЕМЫ

Описание [ править | править код ]

Соосные несущие винты позволяют получить требуемую силу тяги при относительно небольшом диаметре несущей системы (лопастях), так как хорошо используется ометаемая площадь, и нижний винт подсасывает добавочный воздух сбоку. Вертолёт с соосными несущими винтами имеет относительно малые габариты, достаточно компактен, что упрощает его обслуживание, хранение, транспортировку, расширяет область применения. Малые габариты, уменьшая разность масс, создают малые моменты инерции, поэтому у вертолёта большие угловые скорости вращения и высокая манёвренность.

Симметричная компоновка с минимальным разносом винтов упрощает пилотаж в условиях порывистого ветра, что особенно ценно при работе с кораблей или в горной местности. Отсутствие громоздкой хвостовой балки облегчает пилотирование на малых высотах, повышает безопасность полёта над пересеченной местностью, упрощает выполнение вынужденных посадок. Упрощается переход на режим самовращения несущих винтов и обучение полетам на вертолете.

Исключение потерь на привод хвостового винта дает возможность уменьшить диаметр несущих винтов, так как улучшается использование мощности двигателя. Уменьшение длины лопастей винтов приводит к уменьшению веса конструкции вертолета и увеличению коэффициента весовой отдачи (отношения полезной нагрузки к полётному весу). Принципиально на соосном вертолете можно обеспечить меньший уровень вибраций, если нагрузки от винтов противоположны по фазе. Снижению уровня вибраций также способствует меньший диаметр несущих винтов, большее число лопастей и отсутствие проходящих через весь фюзеляж силовых валов.

Однако, по сравнению с классической схемой с рулевым винтом, соосная схема гораздо сложнее в техническом и конструктивном плане. Наличие двух, проходящих один в другом, соосных валов и реализация управления циклическим шагом винтов усложняют конструкцию трансмиссии, повышают стоимость её производства и эксплуатации. Для безопасной эксплуатации соосных вертолетов следует исключить схлёстывание лопастей при любых манёврах — но большой разнос винтов дополнительно утяжеляет конструкцию и существенно увеличивает высоту вертолета, что особенно заметно при использовании винтов с шарнирным креплением лопастей.

При высоком расположении несущей системы, центра тяжести вертолёта, упругом вале винта и шарнирном креплении лопастей усложняется решение проблемы земного резонанса.

Некоторые особенности имеет и флаттер лопастей. На соосных вертолетах трудно устранить оборотные вибрации. Нижний несущий винт, работающий в потоке верхнего винта, имеет меньшую эффективность.

Достоинства и недостатки [ править | править код ]

Достоинства соосной схемы:

• минимальные габаритные размеры, так как лопасти соосных винтов короче несущих лопастей вертолётов с рулевым винтом схожего класса. Требуется минимальная по сравнению с другими схемами взлетно-посадочная площадка;
• компактность трансмиссии. Практически вся трансмиссия расположена вдоль одного вала;
• сравнительная простота управления. Все органы управления расположены рядом с трансмиссией, причём при совершении манёвров не затрачивается дополнительная мощность от двигателей;
• лучшая устойчивость при прямолинейном движении на большой скорости вследствие уменьшения вибраций;
• меньшее число критически уязвимых узлов, таких как хвостовая балка и рулевой винт одновинтовых вертолетов;
• бо́льшая по сравнению с традиционной схемой тяговооружённость — минимум на 20 % на режиме висения. Нет потери мощности на рулевой винт, к тому же нижний винт работает не полностью в воздушном потоке верхнего винта, а подсасывает дополнительный воздух;
• аэродинамическая симметрия схемы. Аппарат соосной схемы может совершать полет в любом направлении практически с одинаковой эффективностью;
• уменьшение вибраций, чему способствуют меньшие размеры несущих винтов;
• безопасность для обслуживающего персонала. Отсутствие хвостового винта уменьшает вероятность травм.

Недостатки:

• ухудшение коэффициента полезного действия несущих винтов из-за их взаимного влияния в различных режимах полёта по сравнению с продольной и поперечной схемами;
• сравнительно большая высота вертолёта вследствие большого расстояния между винтами, это в свою очередь увеличивает аэродинамическое сопротивление, которое отрицательно сказывается на максимальной горизонтальной скорости;
• вероятность перехлеста лопастей на критических режимах полета (хотя, перехлест может наступать приблизительно в таких же режимах полёта, что и у несущего винта с хвостовой балкой классической схемы);
• несколько бо́льшая скорость планирования на режиме авторотации, то есть самовращения несущих винтов под действием набегающего воздушного потока;
• более трудное обеспечение путевой устойчивости из-за присущего схеме короткого фюзеляжа, поэтому большинство соосных вертолетов имеет развитое вертикальное оперение;
• сложность производства, ремонта и обслуживания

В авиастроении [ править | править код ]

• Ту-95 — советский и российский турбовинтовой стратегический бомбардировщик-ракетоносец. В связи с огромной мощностью силового агрегата, передаваемой на воздушный винт, была принята концепция соосного ВВ противоположного вращения (в противном случае диаметр винта превышал бы 7 метров, что было недопустимо по компоновочным соображениям).
• Ан-22 — советский тяжёлый турбовинтовой транспортный самолёт, самый большой в мире турбовинтовой самолёт.
• Фэйри Гэннет (Fairey Gannet) — британский палубный противолодочный самолёт и самолёт ДРЛО 50-х — 70-х годов.
• Вестланд Виверн (Westland Wyvern) — британский палубный многоцелевой боевой самолёт, применявшийся с 1950 по 1958.
• Douglas A2D-1 Скайшарк (Skyshark) — американский опытный палубный штурмовик, разрабатывавшийся с 1945 по 1950 год. По внешнему виду и строению винтомоторной группы схож с британским Westland Wyvern.
• Arsenal VB 10 — французский опытный двухмоторный истребитель разрабатывавшийся до и некоторое время после Второй Мировой войны. Интересен размещением обоих двигателей в фюзеляже, причём первый — перед кабиной пилота, второй — за ней (на манер P-39 Airacobra)

Соосная схема в авиамоделизме [ править | править код ]

Соосная авиамодель; вертикальный хвостовой винт декоративный

Упрощенная соосная схема широко применяется в самых простых и миниатюрных моделях вертолётов. В такой модели винты независимо управляются по скорости вращения, что обеспечивает стабилизацию модели по вращению и поворот. Полет вперед-назад чаще всего обеспечивается небольшим третьим горизонтальным хвостовым винтом, который регулирует тангаж.

Данный вид моделей обладает гораздо большей устойчивостью по сравнению с классической схемой, что делает модель идеальной для новичков и/или полётов в закрытом помещении. Но у этой схемы есть минусы:

• большинство таких моделей обладают фиксированным шагом, что значительно упрощает модель, но ухудшает управляемость модели по курсу;
• невозможность полётов на улице в ветреную погоду.

Штурмовики двухбалочной схемы с толкающим винтом БШ-МВ и Ш-218. СССР

Как сделать воздушный винт. Графическое построение винта с постоянным шагом

ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ: КАК ЕГО РАССЧИТАТЬ?

У начинающих конструкторов по-прежнему наблюдается потребность в простой и надежной теории расчета силовой установки самодельного летательного аппарата (СЛА) или аэросаней. Необходимые сведения разбросаны по различным журналам и специальным книгам. Кроме того, сравнение опубликованных методик расчета показывает, что иногда они дают несовпадающие результаты как из-за разных исходных принципов, так и из-за различных значений коэффициентов в формулах. В нашем же изложении использованы простейшие физические закономерности и статистические данные о нескольких десятках успешно летавших СЛА, что существенно повышает достоверность и практическое значение приводимых ниже формул.

Какой должна быть тяга винта, чтобы аппарат мог легко взлетать? — вот главный вопрос, который в первую очередь должен решить конструктор, приступающий к проектированию СЛА. Многие неудачи и горькие разочарования происходили только потому, что этот вопрос оставляли на потом, не придавали ему первостепенного значения.

Читайте также:  Световод своими руками в домашних условиях. «Солнечный колодец» — простое устройство, которое доставит естественный свет в самые темные комнаты. Освещение ванной комнаты

Требуемая для взлета тяга винта F определяется только двумя параметрами: взлетным весом G и минимальным (во взлетном режиме) коэффициентом аэродинамического качества К0:

F=G/K0

Под взлетным весом понимается сумма весов пустого аппарата, летчика, бензина и багажа (груза), а аэродинамическое качество равно отношению подъемной силы крыла к силе лобового сопротивления.

Начинающие конструкторы обычно сильно завышают значение К0 своего будущего аппарата по сравнению с реально достижимым, а также склонны занижать G, поэтому для успеха проекта нужно быть самокритичным и делать предельно жесткие оценки.

По литературным данным о построенных СЛА получается, что будет правильным, если при проектировании принять К0 = 3. Особенно это верно для СЛА, имеющего простейшее «тряпичное» крыло с одинарной обшивкой.

Таким образом, легкий взлет обеспечит силовая установка, создающая тягу F = G/3. Например, при G = 210 кг необходимая тяга составляет 70 кг. Конечно, отрыв от земли может произойти и при меньшей тяге, однако скорость вертикального подъема при этом будет небольшой или вообще аппарат будет только лететь на небольшой высоте, когда действует экранный эффект. Последний немного повышает К0 , и при проектировании, например, экранолета можно принять К0 = 4.

Что касается аэросаней, то для них роль коэффициента аэродинамического качества выполняет величина, обратная коэффициенту трения лыж о снег Ктр. Согласно В.Г.Осташову и Л.Б.Сандперу, Ктр возрастает с увеличением скорости движения и достигает значения примерно 0,2 при V = 50 км/ч (здесь учитывается и относительно небольшое воздушное сопротивление). Следовательно, для «аэросанного» коэффициента качества можно принять значение Ко = 1:0,2 = 5. Если ожидается плохое скольжение, то этот показатель следует понизить до 4.

Как получить необходимую тягу винта?

Тяга (речь пойдет о двухлопастном винте неизменяемого шага) в первую очередь зависит от следующих параметров: мощности мотора N, диаметра D и скорости вращения винта n. Теоретически эти параметры связаны соотношениями, которые легко получить из соображений физической размерности:

где ρ— плотность воздуха, k1 и k2— безразмерные коэффициенты тяги и мощности. Отсюда после несложных преобразований получаются следующие две формулы:

где а и b — некоторые коэффициенты.

Значения а и b были определены автором в результате статистической обработки данных о силовых установках примерно сорока СЛА. Эти данные приведены в техническом отчете о смотре-конкурсе СЛА-87 (издание Сиб.НИИ авиации, Новосибирск, 1990). Оказалось, что в среднем а = 7,5±1, b = 1,6±0,2.

Отклонения от средних значений приведены с 90-процентной вероятностью, то есть 90 процентов «обсчитанных» СЛА имели значения этих коэффициентов в пределах соответственно 6,5 — 8,5 и 1,4 — 1,8. Таким образом, тягу винта и скорость его вращения следует вычислять по формулам:

Здесь и далее сила тяги F выражена в кг, мощность мотора N — в л.с., диаметр винта D — в м, скорость вращения винта n – в тыс. об/мин.

Из формулы (1) видно, что тяга винта определяется произведением мощности мотора на диаметр винта. Следовательно, нужную тягу можно в принципе получить и от маломощного мотора, если использовать винт большого диаметра и при этом, согласно формуле (2), понизить/обороты винта.

Читайте также:  Изготовление ёлки своими руками из пластиковых бутылок и стаканов

Расчет силовой установки выполняют в зависимости оттого, чем располагает конструктор для создания своего аппарата. Обычно исходят из того, какой имеется мотор — мотоциклетный, лодочный, от снегохода, мотопомпы, «пускача» дизеля, бензопилы и, в лучшем случае, специальный авиадвигатель для СЛА. Поэтому вначале необходимо выяснить, подойдет ли имеющийся для проектируемого аппарата?

Пусть, например, есть мотор с фактической (или паспортной, если он новый) мощностью N = 10 л.с., а требуемая тяга винта составляет 70 кг. Спрашивается, какими должны быть диаметр винта и скорость его вращения, чтобы получилась нужная тяга? Диаметр винта находим из формулы (1):

а скорость вращения — по формуле (2):

Таким образом, данный мотор потребует использования очень большого (по меркам СЛА или любительских аэросаней) винта, который к тому же должен вращаться с весьма небольшой скоростью, что, в свою очередь, приведет к необходимости сложного многоступенчатого редуктора, так как обороты коленчатого вала мотора обычно составляют 5—6 тыс. об/мин. В результате получится громоздкая и утяжеленная силовая установка, поэтому от такого мотора лучше отказаться.

Можно при проектировании исходить и из габаритных соображений. Например, пусть по проектным габаритам силовой установки диаметр винта не должен превышать 1,5 м. Требуемая тяга винта составляет 70 кг. Какими при этом должны быть мощность и скорость вращения винта? Из формулы (1) N = 19 л.с., а по формуле (2) п = 2,172 тыс. об/мин.

Подходящими для этого варианта моторами могут быть некоторые лодочные («Привет-22», «Москва-25» и др.) и мотоциклетные («ИЖ-Юпитер» и др.), при этом должен быть использован редуктор, обеспечивающий расчетные обороты винта.

Изготовление редуктора в любительских условиях — дело сложное и не вполне надежное, поэтому нужно стремиться использовать редуктор заводского производства. Например, в мотоциклетном моторе уже имеется подходящий редуктор — в виде цепной или зубчатой передачи от коленчатого вала к муфте сцепления. Пусть, например, имеется новый мотор «ИЖ-Ю-5» с N = 24 л.с., а его редуктор n = 2,3 тыс. об/мин. Требуемая тяга по-прежнему составляет 70 кг. Из формул (1) и (2) находим, что данные мотор и редуктор обеспечат тягу F = 82 кг (которая даже существенно больше требуемой, что всегда полезно) при диаметре винта D = 1,52 м.

Следует отметить, что если имеется очень мощный мотор, а диаметр винта невелик, например, D = 1 м, то при этом невозможно получить очень большую тягу. Объясняется это ограничением линейной скорости конца лопасти, которая не должна превышать 220 м/с — при большей скорости проявляется звуковой барьер и КПД винта падает. Следовательно, скорость его вращения должна быть ограничена условием n<4,4

Например, при D = 1 м скорость вращения винта не должна превышать 4,4 тыс. об/мин. При этих значениях D и n потребляемая винтом от мотора мощность составит 21 л.с., а тяга будет около 57 кг.

Может случиться так, что имеющиеся мотор и редуктор могут дать тягу, меньшую потребной всего на 10—15 процентов. В таком случае можно все же получить нужную тягу, если заменить 2-лопастный винт 4-лопастным. Теория показывает, что такая замена (при прежних N и n) приводит к увеличению тяги на 15 процентов и к уменьшению диаметра винта на те же 15 процентов.

Наконец, для повышения тяги можно использовать схему «винт в кольце», но при этом надо учитывать, что конусообразное кольцо вокруг винта сделает силовую установку более громоздкой и немного утяжелит ее. Подробнее о схеме «винт в кольце» можно узнать в книге В.Г.Осташова и Л.Б.Сандлера «Глиссирующие снегоходы-амфибии», Новосибирск, 1991.

Геометрия винта

Упрощенный расчет винта заключается в нахождении только установочных углов φ (R) сечений лопасти в зависимости от их удаления (R) от оси вращения винта. Сила тяги, диаметр винта и скорость его вращения должны быть определены предварительно. Винт целесообразно рассчитывать для режима взлетной скорости СЛА, которая находится по формуле:

где G — взлетный вес, кг; ρ = 1,25 кг/м3 — нормальная плотность воздуха; Су= 1,4 — средний для СЛА коэффициент подъемной силы крыла во взлетном режиме; S — площадь крыла, м2. Например, при весе G = 210 кг и площади S=15 м2 получаем скорость V = 46 км/ч.

Читайте также:  Делаем снегоход своими руками — проще не бывает! Изготовление снегохода своими руками Самодельный снегокат для детей

В случае аэросанного винта в качестве расчетной V следует использовать «крейсерскую» скорость движения аэросаней.
Схема, поясняющая определение углов α, β и φ: П.вр. — плоскость вращения винта; W — вектор линейной скорости вращательного движения лопасти в данном сечении; V — вектор поступательной скорости винта (скорость полета СЛА); U — вектор скорости набегающего на данное сечение потока воздуха; В и Т — ширина и толщина заготовки для изготовления винта.
Профили сечений лопасти винта принимаются, как обычно, плосковыпуклыми (плоская сторона — рабочая, выпуклая— тыльная). Тогда установочным углом φ (R) будет угол между плоской стороной лопасти в данном ее сечении и плоскостью вращения винта. Из рисунка видно, что установочный угол больше угла атаки α на угол β, определяемый по формуле:

Здесь V выражена в м/с, n — в тыс. об/мин, R — в м.

Расчет по приводимой методике предполагает также знание предельного угла атаки, выше которого происходит срыв потока на некотором участке лопасти и винт перестает хорошо работать. Величина этого угла зависит от используемого профиля сечений. Согласно упомянутой книге Осташова и Сандлера, можно рекомендовать профиль RAF-6, у которого предельный угол атаки около 18°.

Профиль RAF-6. Координаты реального профиля находят по формулам: у = ̅у • с; х = ̅х • b, где b — хорда профиля (ширина лопасти), с — максимальная толщина профиля в данном сечении лопасти.
Винт изготавливают из прямоугольного деревянного (ель, береза и др.) бруса длиной D, толщиной Т и шириной В. При этом ширина (хорда) лопасти B(R) в каком-либо ее сечении будет равна B/cos φ (R). Для упрощения расчета можно принять B(R) = В = const, так как установочные углы φ (R) сравнительно невелики (8—30°) и поэтому cos φ (R) = 1. Отношение максимальной толщины профиля (с) к его хорде, то есть с/В принимается в пределах 8—30 процентов с плавным увеличением от 8 на конце лопасти до 30 процентов у ступицы винта.

Чтобы найти угол φ в каком-либо сечении, необходимо по отдельности вычислить углы α и β и затем их сложить. Угол атаки α (R) можно найти из условия постоянства удельной тяги ρ по размаху лопасти на расчетном ее участке:

где Cy(R)=4,8 [α(R)+0,0175] — коэффициент «подъемной силы» (то есть тяги данного сечения), связанный с углом атаки α(R), выраженным в радианах, а U2(R)=104n2R2+V2, м2/с2 — квадрат скорости потока воздуха, набегающего на данное сечение лопасти (для наблюдателя, как бы вращающегося вместе с винтом). Понятие «удельная тяга» аналогично «нагрузке на крыло» и показывает, сколько килограммов тяги приходится на единицу площади расчетного участка лопасти. Удельная тяга в данном случае — то же самое, что и давление воздуха, и условие (4) тогда означает, что перепады давления по размаху лопасти отсутствуют и что теоретически должно повышать КПД винта.

С учетом этого из (4) получаем следующее уравнение для вычисления углов атаки:

Здесь ρ выражено в кг/м2, n — в тыс.об/мин, R — в м/с.

Из-за существования предельного угла атаки условие (4) нельзя выполнить на всей лопасти, но можно на половине ее размаха — от конца, где R=D/2, до сечения, где R=D/4. Следовательно, расчетный участок лопасти будет иметь длину ΔR=D/4 и площадь ΔR•B=DB/4. Тогда удельная тяга 2-лопастного винта найдется по формуле:

Рассмотрим конкретный пример: определить установочные углы сечений винта диаметром D = 1,5 м, который при n = 2,3 тыс. об/мин, В = 0,12 м, V = 15 м/с и предельном угле атаки в 1 8° должен создавать тягу F = 78 кг.

Вначале по формуле (6) получаем удельную тягу ρ = 867 кг/м.

С учетом данных значений ρ, n и V формулы (3) и (5) приводим к удобному для вычислений виду:

Углы α, β и φ = α + β вычисляем для следующих значений R: 0,75 (конец лопасти); 0,7; 0,6; 0,5; 0,4; -0,375 (конец расчетного участка). Результаты записываем в таблицу:

Как видно, предельный угол атаки 18° достигается на конце расчетного участка, примерно при R = 0,4 м. Если бы этого не произошло, то пришлось бы повторить расчеты при другом значении ширины лопасти В, изменяя ее в соответствующую сторону по сравнению с первоначально принятым значением 0,12 м.

Определение установочных углов на оставшемся участке лопасти от R = 0,4 м до R = 0,1D = 0,15 м проводим по формуле:

и для R=0,3; 0,2 и 0,15 м получаем соответственно следующие значения угла φ, град: 30,0; 35,8 и 41,2.

Следует отметить, что на втором участке нет особой необходимости в получении больших установочных углов, так как требуемая тяга уже обеспечена на первом расчетном участке. Поэтому, исходя из удобства изготовления винта, можно при R = 0,4…0,15 м принять φ(R) в пределах 27—30°. Это существенно уменьшит толщину Т заготовки (деревянного бруса), так как Т = В tgφmax. Например, при угле φmax = 30° имеем толщину Т = 12 tg30°= 6,9 см, зато при φmax= 41,2° будем иметь Т = 10,5 см.

Приведенная методика расчета винта не является единственно возможной. Например, часто расчет установочных углов ведут из условия постоянства шага винта Н:

Интересно сравнить, насколько будут отличаться рассчитанные по этой — «шаговой» методике установочные углы от тех значений, что были найдены выше. В примере, который мы рассматривали, V = 15 м/с или 54 км/ч, n = 2300 об/мин и для шага винта по этим формулам Н = 0,704 м, соответственно которому получаются следующие значения установочных углов:

Из сравнения с предыдущей таблицей видно, что хорошее совпадение значений φ наблюдается при больших R, то есть у конца лопасти. При уменьшении R возникает существенное различие — по «шаговой» методике крутка лопасти получается меньшей, чем по «тяговой» методике (под круткой понимается изменение φ по мере изменения R).

Конечно, правильность расчета винта в итоге могут показать только его тяговые испытания. «Тяговая» методика расчета обладает преимуществом ввиду физической ясности ее основ, в частности, ясным пониманием роли ширины лопасти В: при ее изменении изменяется и удельная тяга, соответственно другими будут углы атаки и установочные углы. В «шаговой» же методике ширина лопасти никак не влияет на установочные углы.

обороты винта (пропеллера)

У винтов обычно указаны максимальные обороты в инструкции к ним, иногда указывается максимальная предельная линейная скорость кончиков лопастей — в обороты пересчитать нетрудно.
Максимальным КПД винты обычно обладают на чуть более низких, чем максимальные, оборотах. Например если у винта предельные 12000, то оптимальные скорее всего будут в районе 8-10 тыс.
Вообще с т.з. КПД потери заметнее, если скоростной винт крутиться слишком медленно, чем когда медленный винт — слишком быстро (но при этом еще не флаттерит и не разваливается).

• «Электрические» винты заточены под ~6 тыс. (в статике) для максимальнго КПД. ДВС-ные — 10-11тыс… В движении (в полете) обороты увеличиваются.

Скажем, разгон винта АПС Е размером 14″ до 10 тыщь сольет впустую 15-20% мощности на пустой ветер и прогрев атмосферы, т.к. на оборотах свыше 6-7 тыс он начинает впустую молотить воздух…. Хотя по всем прикидкам (на первый взгляд) будет и тяга, и поток и токи в норме…
АПС для ДВС — будет работать куда эфективнее, т.к. его форма лопастей заточена под обороты калилки (10-13тыс)
А скажем, его замена на 16″ Е серии, раскручивая его более медленным мотором до 6,5 тыс об/мин — даст ту же тягу и поток, но при существенно меньшей подведенй мощности.
Это нюансы оптимизации ВМГ…

Изготовление деревянных пропеллеров

Описание пропеллера (винта)

Изготовление деревянных пропеллеров для паралетов, парамоторов, аэросаней, аэролодок и для любых других винтомоторных установок. Материал пропеллера — для парамоторов применяется склейка из бука, но можно добавить сосну, что немного уменьшает вес винта, также используются: дуб, ясень белый европейский и ясень дальневосточный. Древесина — материал, созданный самой природой, оптимален для изготовления винтов. Сосна применяется на внутренней части, а береза — на внешней части пропеллера. Деревянные винты — это малый вес, неограниченный ресурс и низкая стоимость.

Материал — переклей сухой прямослойной лёгкой сосны и березы. Изделия покрываются сверхпрочным авиационным лаком. Винты имеют профиль «всех времен и народов» Clark-Y. Он сложнее распространенного RAF-6, но показывает лучшие характеристики. Толщина профиля и шаг по длине лопасти непостоянны и меняются по оптимальным закономерностям.

Серия винтов «Американская классика»

выполнена в культовом стиле американского самолетостроения 30-х годов 20-го века. Участок максимальной ширины лопасти находится в середине рабочей зоны, в 80% размаха лопасти. Нерабочий участок лопасти вблизи ступицы имеет малое сечение и нулевой угол атаки для снижения сопротивления. Средняя линия хорд обратно-стреловидная, что снижает индуктивное сопротивление. С этой же целью шаг к концу лопасти уменьшается. Серия характеризуется минимальным весом и максимальной тяговой эффективностью. Пилоты отмечают «резкую дроссельную характеристику», то есть небольшое нажатие на газ вызывает ощутимое увеличение тяги, что несколько усложняет пилотирование, но дает пилоту дополнительные возможности. Рекомендуется для владельцев установок с небольшим объемом двигателя 100-120 куб. см и прямоточным резонансным выпуском. В этом случае несколько повышенный уровень шума винта не влияет на общий шум, а высокая тяговая отдача компенсирует малую мощность. Из-за тонких законцовок при попадании строп винт неизбежно ломается, но случаев повреждения строп не было. Крепление 4 шпильки 6 мм и расстояние по диагонали 60 мм, но возможно изготовление под любой посадочный размер. Установка с двигателем YAMAHA-KT100S-4V-4 объемом 97,6 куб. см мощностью 15 л. с. с оборотами на ступице винта 2440 об/мин выдала 53 кг статической тяги и 56 кг на скорости 3 м/с.

Серия винтов «Хай-тек»

Имеет ненавязчиво современные формы, хорошие тяговые характеристики, относительно низкий уровень шума. Специально спроектирована в толкающем варианте под двигатель Simonini Mini 2+ для работы двигателя в режиме макс. крутящего момента на 7200 об/мин с коэффициентом редукции 1:2,34. Для нулевой скорости несколько «затяжелен», на скорости 3 м/с раскручивается до 3070 об/мин и развивает тягу «честных» 79 кг. Если на ВМГ заказчика иное передаточное число, винт будет изготовлен со скорректированным шагом.

Для изготовления винта нужна следующая информация:

• Тип аппарата
• Тянущий винт или толкающий
• Мощность двигателя
• Модель двигателя или его внешнюю характеристику (на каких оборотах он развивает максимальный крутящий момент, НЕ МОЩНОСТЬ!)
• Коэффициент редукции, если есть готовый редуктор
• Направление вращения (куда вращается винт, тянущий ОТ ВАС)
• Воздушная скорость, на которой требуется максимальная тяга (для паралетов 1-3 м/с, для остальных на усмотрение пилота)
• Затупленная или острая задняя кромка (запускается ли двигатель за винт)
• Предпочтительный дизайн
• Ограничения по диаметру винта
• Посадочные размеры на ступицу

Конструкция пропеллера

1. 
   1Найдите конструктивный шаблон. Постарайтесь найти подходящий конструктивный шаблон для пропеллера. Важно знать мощность двигателя, диаметр пропеллера и частоту вращения, чтобы подобрать чертежи и шаблоны деревянного пропеллера для таких технических условий. Найдите шаблон в интернете или возьмите специальную книгу в библиотеке. В некоторых книгах есть чертежи образцов, что вполне сгодится.
2. 
   Определите количество лопастей. Чаще всего пропеллер имеет две, три или четыре лопасти. На крупных воздушных судах могут использовать пропеллеры с еще большим количеством лопастей. Чем мощнее приводной двигатель, тем больше нужно лопастей для равномерного распределения мощности. Хотя при большом желании вы можете сделать пропеллер на три или четыре лопасти, все же, если это первый подобный опыт, лучше начинать с простого пропеллера на две лопасти. Чем больше лопастей, тем выше стоимость, масса готового изделия и временные затраты.
3. 
   Определите длину лопастей. Как и в случае с количеством, увеличение длины лопасти позволяет использовать более мощный двигатель. Также обратите внимание, что максимальная длина лопасти всегда ограничена расстоянием до земли. Измерьте расстояние от носа самолета до поверхности, чтобы иметь представление об ограничениях.
4. 
   4Аэродинамический профиль. Лопасть пропеллера утолщается возле ступицы вала двигателя под большим углом наклона, тогда как кончик лопасти всегда тонкий с небольшим углом наклона. Определите ширину лопасти и угол атаки. Лопасти пропеллера крепятся к ступице под углом аналогично резьбе на винтах и
   5Правильный изгиб лопастей пропеллера. Лопасть воздушного винта напоминает изогнутое крыло. Благодаря изгибу пропеллер эффективнее проталкивает воздух или воду. Концы лопастей всегда движутся намного быстрее, чем ступица на валу. Лопастям необходимо придать изгиб, чтобы винт сохранял одинаковый угол атаки по всей длине лопасти. Используйте специальный калькулятор, чтобы рассчитать необходимый наклон.

5. 
   Выберите материал для лопастей. Чем надежнее сделан деревянный пропеллер, тем лучше он справляется с вибрациями воздушного судна, Используйте прочную, но легкую древесину вроде клена или березы.  При выборе древесины обращайте внимание на текстуру волокон. Прямые и равномерно распределенные волокна позволят сбалансировать пропеллер.

   • Используйте 6–8 досок толщиной от 2 до 2,5 сантиметров и длиной около 2 метров. Запасные доски также не помешают. Чем больше слоев, тем прочнее будет пропеллер, даже если каждый слой будет очень тонким. Для экономии времени можно обратиться к поставщикам материалов, которые производят многослойную фанеру.
6. 
   7Изготовьте шаблон пропеллера. Определите желаемый внешний вид и сделайте шаблон винта из толстого картона. Работайте с фактическим размером. Также начертите центральное отверстие и отдельный шаблон угла наклона лопасти. Вырежьте шаблон и задействуйте в изготовлении пропеллера.

ВЫБОР МАТЕРИАЛА

Из какого дерева лучше всего сделать винт? Такой вопрос часто задают читатели. Отвечаем: выбор дерева прежде всего зависит  от назначения  и  размеров винта.

Винты, предназначенные для двигателей большей мощности (порядка 15—30 л. с), также можно изготовлять из монолитных брусков твердой породы, но требования к качеству древесины в этом случае повышаются. При выборе заготовки следует обращать внимание на расположение годичных колец в толще бруска (оно хорошо просматривается по торцу, рис. 2-А), отдавая предпочтение брускам с горизонтальным или наклонным расположением слоев, выпиленным из той части ствола, Которая ближе к коре. Естественно, что заготовка не должна иметь сучков, кривослоя и других пороков.

Рис. 2. Заготовки воздушного винта

        Если подходящего по качеству монолитного бруска найти не удалось, придется склеить заготовку из нескольких более тонких дощечек, толщиной 12—15 мм каждая. Такой способ изготовления винтов был широко распространен на заре развития авиации, и его можно назвать «классическим». По соображениям прочности рекомендуется применять дощечки из древесины разных пород (например, береза и красное дерево, береза и красный бук, береза и ясень), имеющие взаимно пересекающиеся слои (рис. 2-Б). Винты, изготовленные из клееных заготовок, после окончательной обработки имеют очень красивый внешний вид.

Некоторые  опытные  специалисты   клеят  заготовки  из многослойной авиафанеры марки      БС-1, толщиной 10—12 мм, собирая из нее пакет нужных размеров. Однако  рекомендовать этот способ широкому кругу любителей мы не можем: слои шпона, расположенные поперек винта,  при   обработке могут образовать трудно устранимые неровности и ухудшить качество изделия. Концы лопастей  винтов,  изготовленных из фанеры,  получаются  весьма  хрупкими. Кроме того, у высокооборотного винта в корне лопастей действует очень большая центробежная сила, доходящая в некоторых случаях до тонны  и более,  а в фанере поперечные слои на разрыв не работают.  Поэтому фанеру  можно применять только после расчета площади корневого сечения  лопасти (1 см2 фанеры  выдерживает на разрыв около  100  кг, а 1 см2 сосны — 320 кг.) Винты приходится утолщать, а это ухудшает аэродинамическое качество.

В ряде случаев ребро атаки воздушного винта закрывают полоской тонкой латуни, так называемой оковкой. Она крепится к кромке мелкими шурупами, головки которых после зачистки опаиваются оловом, чтобы предотвратить самоотворачивание.

Какой материал выбрать

То, из чего будет изготовлен винт, следует выбирать в зависимости от его дальнейших предназначений. Например, твердые бруски идеально подходят для изготовления винтов, предназначающихся для мощных двигателей (около 15-30 л. с)

Если вы считаете себя опытным мастером, то для вас подойдет заготовка из авиафанеры с большим количеством слоев. Но любителям с нее начинать не стоит, потому что этот экземпляр весьма хрупок и может образовывать неровности.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

По чертежу воздушного винта прежде всего необходимо изготовить металлические или фанерные шаблоны — один шаблон вида сверху (рис. 3-А), один шаблон вида сбоку и двенадцать шаблонов профиля лопасти, которые  будут нужны для проверки винта на стапеле.

Рис. 3. Последовательность изготовления винта

       Заготовку винта (брусок) нужно тщательно отфуговать, соблюдая размер со всех четырех сторон. Затем наносят осевые линии, контуры шаблона вида сбоку (рис. 3-Б) и удаляют лишнюю древесину, сначала маленьким топором, потом рубанком и рашпилем. Следующая операция — обработка по контуру вида сверху. Наложив шаблон лопасти на заготовку (рис. 3-В) и укрепив его временно гвоздиком по центру втулки, обводят шаблон карандашом. Затем поворачивают шаблон строго на 180° и обводят вторую лопасть. Лишняя древесина удаляется на ленточной пиле, если ее нет — ручной выкружной мелкозубой пилой. Эта работа должна быть выполнена очень точно, поэтому торопиться не следует.

Изделие, приобрело очертания винта (рис. 3-Г). Теперь начинается самая ответственная часть работы — придание лопастям нужного аэродинамического профиля. При этом следует помнить, что одна сторона лопасти плоская, другая выпуклая.

Главный  инструмент  для  придания  лопастям  нужного профиля — остро отточенный, хорошо присаженный топор.   Это   отнюдь   не   значит,   что   выполняемая   работа — «топорная»: топором можно делать чудеса. Достаточно вспомнить знаменитые Кижи!

Древесину удаляют последовательно и не спеша, сначала делая мелкие короткие натесы во избежание отщепления по слою (рис. 3-Г). Полезно иметь также небольшой двухручный стружок. На рисунке показано, как можно ускорить и облегчить работу по обтесыванию профильной части лопасти, сделав несколько пропилов мелкозубой ножовкой. Выполняя эту операцию, надо быть очень осторожным и не пропилить глубже, чем требуется.

После грубой обработки лопастей винт доводится до кондиции рубанками и рашпилями с проверкой в стапеле (рис. 4-А).

Рис.4. Стапель и шаблоны профилей лопасти

       Для изготовления стапеля (рис. 4) надо найти доску, равную по длине винту и достаточно толстую для того, чтобы в ней можно было сделать поперечные пропилы глубиной 20 мм для установки шаблонов. Центральный стержень стапеля изготовляется из твердого дерева, его диаметр должен соответствовать диаметру отверстия в ступице винта. Стержень вклеивается строго перпендикулярно к поверхности стапеля. Надев на него винт, определяют количество древесины, которое предстоит удалить для соответствия лопасти шаблонам профиля. Выполняя эту работу в первый раз, нужно быть очень терпеливым и осторожным. Умение приобретается не сразу.

После того как нижняя (плоская) поверхность лопасти будет окончательно доведена по шаблонам, начинается доводка верхней (выпуклой) поверхности. Проверка ведется с помощью контршаблонов, как показано на рисунке 4-Б. От тщательности выполнения этой операции зависит качество винта. Если неожиданно выяснится, что одна лопасть получилась немного тоньше другой — а это часто бывает у неопытных мастеров, — придется соответственно уменьшить толщину противоположной лопасти, в противном случае и весовая и аэродинамическая балансировки винта будут нарушены. Мелкие изъяны можно исправить наклейкой кусочков стеклоткани («заплаток») или подмазкой мелкими древесными опилками, замешенными на эпоксидной смоле (эту  мастику в просторечии называют хлебом).

При зачистке поверхности деревянного винта следует учитывать направление волокон древесины; строгание, циклевку и ошкуривание можно вести только «по слою» во избежание задиров и образования шероховатых участков. В некоторых случаях, помимо цикли, хорошую помощь при отделке винта могут оказать стеклянные осколки.

Опытные столяры после ошкуривания натирают поверхность гладким, хорошо отполированным металлическим предметом, сильно нажимая на него. Этим они уплотняют поверхностный слой и «заглаживают» оставшиеся на нем мельчайшие царапины.

БАЛАНСИРОВКА

Изготовленный винт должен быть тщательно отбалансирован, то есть приведен в такое состояние, когда вес его лопастей совершенно одинаков. В противном случае при вращении винта возникает тряска, которая может повлечь за собой разрушение жизненно важных узлов всей машины.

На рисунке 5 изображено простейшее приспособление для балансировки винтов. Оно позволяет выполнить балансировку с точностью до 1 г — этого практически достаточно в любительских условиях.

Рис. 5. Простейшее приспособление для проверки балансировки винта

        Практика показала, что даже при очень тщательном изготовлении винта вес лопастей получается неодинаковым. Это происходит по разным причинам: иногда вследствие разного удельного веса комлевой и верхней частей бруска, из которого изготовлен винт, или разной плотности слоев, местной узловатости и т. п.

Как быть в этом случае? Подгонять лопасти по весу, сострагивая с более тяжелой какое-то количество древесины, нельзя. Надо утяжелять более легкую лопасть, вклепывая в нее кусочки свинца (рис. 6). Балансировку можно считать законченной, когда винт будет оставаться неподвижным в любом положении лопастей относительно балансировочного приспособления.

Рис. 6. Балансировка винта путем вклепывания кусочков свинца в более легкую лопасть

     Не менее опасно биение винта. Схема проверки пропеллера на биение показана на рисунке 7. При вращении на оси каждая лопасть должна проходить на одинаковом расстоянии от контрольной плоскости или угла.

Рис. 7. Схема проверки винта на биение

ОТДЕЛКА И ОКРАСКА ВИНТА

Готовый и тщательно отбалансированный винт должен быть окрашен или отлакирован для предохранения его от атмосферных воздействий, а также для защиты от горюче-смазочных материалов.

Для нанесения краски или лака лучше всего применять пульверизатор, работающий от компрессора при минимальном давлении в 3—4  атм.  Это даст возможность получить ровное и плотное покрытие, недостижимое при кистевой окраске.

Лучшие краски — эпоксидные. Можно также применять глифталевые, нитро- и нитроглифталевые или появившиеся в последнее время алкидные покрытия. Они наносятся на предварительно загрунтованную, тщательно отшпаклеванную и ошкуренную поверхность. Обязательна междуслойная сушка, соответствующая той или иной краске.

Лучшее лаковое покрытие — так называемый «химо-твердительный» паркетный лак. Он отлично держится и на чистом дереве, и на окрашенной поверхности, придавая ей нарядный вид и высокую механическую прочность.

Что вам понадобится

• Дюжина деревянных досок толщиной около 1,5 сантиметра, шириной 15–20 сантиметров и длиной около 2 метров (зависит от размеров шаблона).
• Ножовка
• Молоток
• Стамеска
• Ленточно-шлифовальный станок
• Прочный клей
• Лак
• Струбцины или тиски.

Советы

• Включите дома обычный вентилятор и обратите внимание на то, как вращаются лопасти и как они перемещают воздушные потоки, чтобы понять принцип работы пропеллера.

Оцените полезность статьи, нам будет приятно 🙂