Соответствие винта двигателю. Рис. 4.6 Аэродинамические силы воздушного винта

А

Рис. 4.6 Аэродинамические силы воздушного винта

Сила тяги винта. Является равнодействующей сил тяг всех элементов лопастей винта:

P= .

Тяга приложена к центру втулки винта и направлена вдоль оси вращения винта (Рис.4.6). Определяется по формуле:

где a - коэффициент тяги винта. Он учитывает форму лопасти в плане, форму профиля, углы атаки лопасти, определяется экспериментально.

Таким образом, сила тяги винта прямо пропорциональна своему коэффициенту, плотности воздуха, квадрату числа оборотов винта и диаметру винта в четвертой степени. Рассчитывается в кгс или Н.

Основными факторами, влияющими на тягу винта, являются: геометрические параметры винта, скорость полета, высота полета, число оборотов винта.

Зависимость тяги винта от скорости полета. С помощью рисунка 4.4 было показано, что при увеличении скорости полета углы атаки лопастей уменьшаются, поэтому уменьшается коэффициент тяги a. Зависимость силытяги от скорости полета для данной частоты вращения воздушного винта на данной высоте определяется с помощью характеристики воздушного винта для тяги (рис.4.7).

Рис. 4.7 Характеристика воздушного винта по тяге

С помощью данной зависимости можно определить тягу винта для любой скорости и оборотов:

- На V=0 винт создает наибольшую тягу, т.к. =max;

- С увеличением скорости тяга из-за снижения коэффициента уменьшается и на некоторой максимальной скорости становится равной нулю при данной частоте вращения винта.

-Частота вращения винта значительно влияет на тягу – пропорционально n². Однако при дальнейшем увеличении оборотов тяга резко снижается из-за развития волнового кризиса на лопастях.

Влияние высоты полета на тягу винта. Выясняя зависимость тяги от скорости полета, рассматривалась работа винта на неизменной высоте при постоянной плотности воздуха.

Но при полетах на разных высотах плотность воздуха изменяется, что влияет на тягу воздушного винта. Это видно при анализе формулы тяги.

Для дру­гих высот тяга воздушного винта определяется по формуле:

,

где Р₀ – сила тяги, определенная для Н=0 при задан­ной скорости полета и данной частоте вращения винта;

- сила тяги винта на данной высоте;

- относительная плотность, определяется по таблице СА.

Из формулы следует, что чем больше высота полета, тем меньше создаваемая винтом тяга.

Момент сопротивления вращению винта. Кроме тяги, на каждую лопасть действуют силы сопротивления вращениюлопастей Х_{л ,} полученные суммированием сил сопротивления элементов: Х_л = (рис.4.6).

Силы сопротивления приложены в центре давления лопастей. Они образуют пару сил Х_л, находящихся на плече l друг от друга (рис.4.8).

Рис.4.8 Тормозящий момент воздушного винта

и крутящий момент двигателя

Сила сопротивления вращению лопасти Xл определяется по формуле:

X_л = С_{xл ,}

где Сх_л - коэффициент сопротивления лопасти, учитывающий ее форму в плане, форму профиля, угол атаки и качество обработки поверхности;

W - результирующая скорость, м/с;

Sл - площадь лопасти.

Так как лопасти винта имеют геометрическую симметрию, то величины сил сопротивления и удаления их от оси вращения будут одинаковые.

Силы сопротивления относительно оси вращения винта создаютмомент сопротивления вращению винта (тормозящий момент), который определяется по формуле:

М_т=Х_лr_лк_л,,

где r_л- плечо действия силы Х_л;

к_л - количество лопастей винта

Момент сопротивления направлен в сторону, противоположную вращению винта. Он преодолевает действие крутящего момента двигателя и уравновешивает его (Рис.4.8).

Крутящий момент, создаваемый двигателем, определяется по формуле:

где N _е – эффективная мощность двигателя, л.с.

Следовательно, крутящий момент на валу двигателя, в основном, зависит от мощности двигателя.

Для того чтобы винт вращался с постоянными оборотами, необходимо, чтобы тормозящий момент М_т, равный произведению , был равен крутящему моменту двигателя М_кр, равному произведению Fd,. т.е. М_т=М_кр (Рис.4.8).

Предположим, что это равенство соответствует расчетному числу оборотов винта n_расч, то есть такому числу оборотов, при которых силовая установка работает наиболее экономично. На n_расч винт снимает полную мощность с вала двигателя. При этом считается, что винт «соответствует» двигателю.

Если это равенство будет нарушено, то двигатель будет уменьшать обороты или увеличивать. Новое равновесие устанавливается на новых оборотах двигателя, которые могут стать меньше или больше расчетных.

-Случай первый: М_т>М_кр,т.е. тормозящий момент винта стал больше, чем крутящий момент, создаваемый двигателем. Число оборотов двигателя снижается, т.к. винт стал «тяжелым» для двигателя. Винт не будет создавать необходимую тягу, а значит используется не полностью: n < n_{расч .}

-Случай второй: М_т<М_{кр .} Число оборотов начнет увеличиваться, т.к. винт становится «легким» для двигателя: n >n_расч. Возможна опасная раскрутка двигателя. Чтобы ее исключить, пилот уменьшает мощность двигателя. Поэтому двигатель будет использоваться не полностью.

Рассмотренные случаи возможны при работе винтов неизменяемого (или фиксированного шага), у которых углы установки в полете не изменяются. Облегчение или затяжеление винта происходит вследствие изменений условий полета: скорости, высоты полета, изменения подачи топлива в двигатель и других факторов.

Чтобы силовая установка работала с максимальным К.П.Д, используются винты изменяемого шага (ВИШ).

Дата добавления: 2015-05-08