ШВИДКІСТЬ РУХУ І КУТ АТАКИ ЕЛЕМЕНТУ ЛОПАСТИНИ Гвинта

До аеродинамічних характеристик повітряних гвинтів відносяться кут атаки та тяга повітряного гвинта.

Кутом атаки елементів лопаті гвинта a називається кут між хордою елемента та напрямком його справжнього результуючого рухуW (Рис. 6).

Мал. 6 Кут установки та кут атаки лопатей: а - кут атаки елемента лопаті, б - швидкості елемента лопаті

Кожен елемент лопаті робить складний рух, що складається з обертального та поступального. Обертальна швидкість дорівнює

(3.4)

деnз - обороти двигуна.

Поступальна швидкість -це швидкість літакаV. Чим далі елемент лопаті знаходиться від центру обертання повітряного гвинта, тим більша обертальна швидкістьU.

При обертанні гвинта кожен елемент лопаті буде створювати аеродинамічні сили, величина і напрямок яких залежать від швидкості руху літака (швидкості потоку, що набігає) і кута атаки.

Розглядаючи Мал. 6, а, неважко помітити, що:

коли повітряний гвинт обертається, а поступальна швидкість дорівнює нулю(V=0), кожен елемент лопаті гвинта має кут атаки, рівний куту установки елемента лопатіj ;

при поступальному русі повітряного гвинта кут атаки елемента лопаті гвинта відрізняється від кута нахилу елемента лопаті гвинта (стає менше за нього);

кут атаки буде тим більшим, чим більше кут установки елемента лопаті гвинта;

результуюча швидкість обертання елемента лопаті гвинтаW дорівнює геометричній сумі поступальної та обертальної швидкостей і знаходиться за правилом прямокутного трикутника

(3.5)

чим більша обертальна швидкість, тим більше кут атаки елемента лопаті повітряного гвинта. І навпаки,чим більша поступальна швидкість повітряного гвинта, тим менший кут атаки елемента лопаті повітряного гвинта.

Насправді картина виходить складнішою. Так як гвинт засмоктує і обертає повітря, відкидає його назад, повідомляючи йому додаткову швидкість v , яку називають швидкістю підсмоктування. В результаті справжня швидкістьW' буде за величиною та напрямом відрізнятиметься від швидкості підсмоктування, якщо їх скласти геометрично. Отже, і справжній кут атакиa' відрізнятиметься від кутаa (Рис. 6, б).

Аналізуючи сказане вище, можна зробити висновки:

при поступальній швидкостіV=0кут атаки максимальний і дорівнює куту установки лопаті гвинта;

при збільшенні поступальної швидкості кут атаки зменшується і стає менше кута установки;

при великій швидкості польоту кут атаки лопатей може стати негативним;

що більша швидкість обертання повітряного гвинта, тим більший кут атаки його лопаті;

якщо швидкість польоту незмінна і обороти двигуна зменшуються, то кут атаки зменшується і може стати негативним.

Зроблені висновки пояснюють, як змінюється сила тяги гвинта незмінного кроку за зміни швидкості польоту та числа обертів.

Сила тяги гвинта виникає в результаті дії аеродинамічної силиDR на елемент лопаті гвинта при його обертанні (Рис. 7).

Розклавши цю силу на дві складові, паралельну осі обертання та паралельну площині обертання, отримаємо силу ЛР та силу опору обертаннюDХ елемента лопаті гвинта.

Підсумовуючи силу тяги окремих елементів лопаті гвинта та приклавши її до осі обертання, отримаємо силу тяги гвинтаР.

Тяга гвинта залежить віддіаметра гвинтаД, числа обертів за секундуn, щільності повітряr і підраховується за формулою(в кгс або Н)

(3.6)

деa - коефіцієнт тяги гвинта, що враховує форму лопаті в плані, форму профілю та кута атаки, визначається експериментально. Коефіцієнт тяги повітряного гвинта літаків Як-52 та Як-55 В530ТА-Д35 дорівнює 1,3.

Таким чином, сила тяги гвинта прямо пропорційна своєму коефіцієнту, щільності повітря, квадрату числа обертів гвинта за секунду та діаметру гвинта в четвертому ступені.

Так як лопаті гвинта мають геометричну симетрію, то величини сил опору та видалення їх від осі обертання будуть однакові.

Сила опору обертанню визначається за формулою

(3.7)

деСхл- коефіцієнт опору лопаті, що враховує її форму в плані, форму профілю, кут атаки та якість обробки поверхні;

W - результуюча швидкість, м/с;

Sл - площа лопаті;

К - кількість лопатей.

Мал. 7 Аеродинамічні сили повітряного гвинта

Мал. 8. Режими роботи повітряного гвинта

Сила опору обертанню гвинта щодо його обертання створює момент опору обертанню гвинта, який врівноважується моментом двигуна, що крутить:

Крутний момент, що створюється двигуном, визначається (у кгс-м) за формулою

(3.9)

деNe-ефективна потужність двигуна.

Розглянутий режим називається режимом позитивної гвинтової тяги, так як ця тяга тягне літак вперед (Рис. 8, а). При зменшенні кута атаки лопат зменшуються силиР і Х (зменшується тяга гвинта і гальмуючий момент). Можна досягти такого режиму, колиР=0 і X=R. Це режим нульової тяги(Мал. 8, б).

При подальшому зменшенні кута атаки елементів лопаті гвинта отримаємо режим, на якому сила опору лопаті гвинтаХ буде направлена ​​у бік обертання гвинта, і при цьому гвинт матиме негативну тягу. На цьому режимі гвинт обертається від повітряного потоку, що набігає, і обертає двигун. Відбувається розкручування двигуна, цей режим називаєтьсярежимом вітряка (Рис. 8, г).

Режими самообігу та вітряка можливі в горизонтальному польоті та на пікіруванні.

На літаках Як-52 та Як-55 ці режими виявляються при виконанні вертикальних фігур вниз на малому кроці лопаті гвинта. Тому рекомендується при виконанні вертикальних фігур вниз (при розгоні швидкості понад 250 км/год) гвинт заважатиме на 1/3 ходу важеля керуванням кроку гвинта.

---