Повітряні гвинти
Повітряний гвинт є агрегатом, призначеним для створення сили тяги, яка є реакцією, що відкидається гвинтом повітряного потоку, створюючи силу тяги, повітряний гвинт перетворює механічну енергію двигуна, в роботу, що здійснюється при поступальному русі ЛА.
2. автоматична зміна кута установки лопатей залежно від режиму польоту та роботи двигуна;
3. діапазон кутів установки лопатей повинен забезпечувати позитивну тягу min на режимі малого газу. Роботу гвинта флюгування на режимі від'ємної тяги
4. швидкість повороту лопатей зі збільшенням кута установки може бути щонайменше 10 з/c;
5. повинні бути автоматичні захисні пристрої для запобігання виникненню негативної тяги;
6. захист лопатей та обтічника втулки гвинта (кока) від зледеніння.
Класифікація гвинтів. Кут атаки лопатей гвинта залежить від швидкості польоту при не низькому куті установки. Це явище має місце у гвинтів фіксованого кроку. Основний недолік таких гвинтів полягає в тому, що на зльоті при малій швидкості польоту вони можуть бути важкими і не забезпечується злітної потужності двигуна. При горизонтальному польоті при велику поступальну швидкість гвинт виявляється легким і швидкість обертання може зростати до неприпустимо великих значень, при яких не забезпечується надійність роботи двигуна. У минулому, коли швидкості польоту були невеликими, застосовувалися ці гвинти. Принаймні зростання швидкості польоту став застосовуватися гвинти змінного кроку – ВІШ (діапазон установки 100) з подальшим зростанням швидкість польоту, тобто. зі збільшенням кутів j - установки,стали застосовувати гвинти з автоматичними системами регулювання швидкості обертання шляхом зміни j від режиму польоту. Гвинти із такими системами регулювання називають автоматичними повітряними гвинтами – АВІШ.
Точка застосування результуючої сили знаходиться в центрі тиску
Аеродинамічні сили з'являються внаслідок впливу повітряного потоку на лопаті та розподіл по всій поверхні. Таку схему навантаження лопаті можна розглядати як балку, закріплену одним кінцем, і схильну до дії розподіленого навантаження, що створює згинальний і крутний моменти. Центр тиску знаходиться попереду площини обертання. залежить від кутів атаки лопаті і результуючих швидкостей потоку, що набігає. Через порівняно малих плечей а і b величина моменту аеродинамічних сил невелика. При негативних кутах атаки лопатей напрям змінюється так, що моменти, що крутять, і прагнуть повернути лопату в бік зменшення кута установки.
Крок і хода гвинта. Геометричний крок гвинта H - відстань, на яку пересунувся б гвинт уздовж осі обертання за один оборот при вкручуванні в спеціально зроблену для нього гайку = r - відстань до перерізу, що розглядається. Гвинт характеризується R - радіус гвинта. З (1) випливає, що крок гвинта заданий швидкістю зміни φ. Повітря (пруж і стискаємо) за один оборот гвинт переміщається на величину значно меншу, ніж H -наступ гвинта, - швидкість польоту м/с, n - об/с.
При розрахунку користуються відносною ходою - безрозмірна і називається характеристикою режиму або коефіцієнтом швидкості гвинта.
Режими роботи гвинтів
При постійному куті установки кут атаки лопатей залежить від величини швидкості польоту. При збільшенні швидкості польоту кут атакизменшується. У цьому випадку кажуть-гвинт «полегшується», оскільки момент опору обертанню гвинта зменшується, а отже, знижується потрібна потужність двигуна. Це спричиняє збільшення швидкості обертання. При падінні швидкості польоту, навпаки, кут атаки збільшується і гвинт затягується, швидкість обертання знижується.
При великому збільшенні швидкості польоту або малому куті установки кут атаки може бути рівним нулю і навіть негативним. У разі лопаті зустрічають повітряний потік не робочою (тильною) частиною, а спинкою (передньою частиною). При цьому тяга та потужність можуть стати негативними.
Тяга Р і коефіцієнт тяги вважаються позитивними, якщо напрям тяги збігається з напрямом руху літального апарату, при протилежному напрямку негативними. В цьому випадку гвинт створює опір.
Потужність гвинта Т і коефіцієнт потужності вважаються позитивними, коли момент, що крутить, від аеродинамічних сил гвинта протилежний напрямку його обертання. Якщо крутний момент цих сил підтримує обертання гвинта, тобто сила опору обертанню, потужність гвинта вважається негативною.
При зміні і широкому діапазоні відносна хода може змінюватися від нуля до нескінченно великих позитивних значень (коли ).
Розглянемо найхарактерніші режими роботи гвинта.
Режим, при якому поступальна швидкість = 0, отже, і дорівнюють нулю, називаєтьсярежимом роботи гвинта - на місці (рис. зліва). На графіку цьому режиму відповідає точкаа, де коефіцієнти тяги та потужності зазвичай мають максимальні значення. Кут атаки лопатей а при роботі гвинта на місці приблизно дорівнює куту установки. Оскільки гвинт при роботі на місці ніякої корисної роботи невиробляє.
Режим роботи гвинта, коли за наявності поступальної швидкості створюється позитивна тяга, називаєтьсяпропелерним режимом (рис. справа). Він є основним і найважливішим режимом роботи, який використовується при рулюванні, зльоті, наборі висоти, горизонтальному польоті літака, а частково - на плануванні та посадці. На графіку цьому режиму польоту відповідає ділянка аб, виключаючи точки а та б. У міру збільшення відносної ходи зменшуються значення коефіцієнтів тяги та потужності. p align="justify"> Коефіцієнт корисної дії гвинта при цьому спочатку зростає, досягаючи максимуму в точці б, а потім швидко падає. Точка характеризує оптимальний режим роботи гвинта для даного значення кута установки лопатей. Отже, пропелерному режиму роботи гвинта відповідають позитивні значення коефіцієнтів , , .
Режим роботи, при якому гвинт не створює ні позитивної, ні негативної тяги (опору) називаєтьсярежимом нульової тяги. На цьому режимі гвинт як би вільно загвинчується в повітря, не відкидаючи його назад і не створюючи тяги. Режим нульової тяги на графіку відповідає точка в. Тут коефіцієнт тяги та к.п.д. гвинта дорівнюють нулю. Коефіцієнт потужності має деяке позитивне значення. Це означає, що для подолання моменту опору обертанню гвинта на цьому режимі потрібна потужність двигуна.
Режим нульової тяги може відбуватися під час планування літака. Кут атаки лопатей при цьому, як правило, дещо менший за нуль.
Режим роботи гвинта, коли створюється негативна тяга (опір) при позитивній потужності на валу двигуна, прийнято називатирежимом гальмування, або гальмівним режимом гвинта. У цьому режимі кут притікання струменів більше кута установки , т. е. кутатаки лопатей - величина негативна. В даному випадку повітряний потік тиску на спинку лопаті, чим і створює негативну тягу. На графіці цьому режиму роботи гвинта відповідає ділянка, укладена між точками б і р, на якому коефіцієнти мають негативні значення, а значення коефіцієнта змінюються від деякого позитивного значення до нуля. Потужність двигуна, як і в попередньому випадку, потрібна для подолання моменту опору обертанню гвинта.
Негативна тяга гвинта використовується для скорочення довжини пробігу після посадки. Для цього лопаті спеціально переводять на мінімальний кут установки, при якому під час пробігу літака кут атаки негативний.
Режим роботи, при якому потужність на валу двигуна негативна, а гвинт обертається за рахунок енергії потоку, що набігає, називаєтьсярежимом вітряка. На цьому режимі гвинт не тільки не споживає потужності двигуна, а сам обертає вал двигуна за рахунок енергії потоку, що набігає. На графіку цьому режиму відповідає ділянка правіше точкиг.Режим вітряка застосовують для запуску двигуна, що зупинився в польоті. У цьому випадку вал двигуна розкручується до необхідної для запуску швидкості обертання, не потребуючи спеціальних пускових пристроїв.