Привет, друзья!
Современный воздушный винт.
Итак, что такое воздушный винт? Как я уже говорил, это отдельная самостоятельная единица, а точнее целый лопастной агрегат. Он является движителем для аппарата, на котором установлен, то есть превращает мощность двигателя в тягу и, в конечном счете, в движение.
Человек уже давно проявлял внимание к винту. Первые теоретические свидетельства этого имеются еще в рукописях и рисунках Леонардо да Винчи. А практически его впервые применил (для метеорологических приборов) М. В. Ломоносов. Воздушный винт вначале устанавливался на дирижаблях, в последствии и по сегодняшнее время на самолетах и вертолетах при использовании поршневых и турбовинтовых двигателей. Применяется он также и на наземных аппаратах. Это так называемые суда на воздушной подушке, а также аэросани и глиссеры. То есть история его (как и история всей авиации :-)) длинна и увлекательна и еще, похоже, далеко не закончена.
Что касается теории и принципа действия… Хотел начать рисовать векторные диаграммы, а потом передумал :-). Во-первых не тот сайт, а, во-вторых, все это я уже описал здесь, здесь и даже здесь :-). Скажу лишь, что лопасти воздушного винта имеют аэродинамический профиль, и при его вращении в воздушной среде возникает та же картина, как и при движении крыла.
Аэродинамическая сила (картинка из предыдущей статьи :-))
Все те же аэродинамические силы, тот же скос потока, только теперь уже подъемная сила становится тягой винта, заставляющей самолет двигаться вперед.
Есть, конечно, и свои особенности. Ведь воздушный винт (точнее его лопасти) по сравнению с крылом совершает более сложное движение: вращательное плюс поступательное движение вперед. И на самом деле теория воздушного винта достаточно сложна. Однако для принципиального понимания вопроса всего сказанного вполне достаточно. Остановлюсь только на некоторых особенностях.Замечу, кстати, что винты бывают не только тянущие, но и толкающие (такие, между прочим, стояли на самолете братьев Райт).
Пропеллер немецкого дирижабля SL1 (1911) диаметром 4,4 м.
Воздушный винт для траспортного самолета А400М.
Транспортный самолет А400М.
При вращении воздушного винта и одновременном его движении вперед, каждая его точка как бы движется по спирали, а сам винт как бы «ввинчивается в воздух», почти, как винт в гайку или шуруп в дерево. Аналогия очень даже существенная :-). Похоже на резьбу пары «болт –гайка». Каждая резьба имеет такой параметр, как шаг. Чем шаг больше, тем резьба как бы более растянута, и болт в гайку ввинчивается быстрее. Понятие шага существует и для воздушного винта. По сути дела это такое воображаемое расстояние, на которое передвинется вращающийся в воздухе винт при его повороте на один оборот. Для того, чтобы он «ввинчивался» быстрее, нужно, чтобы сила, его тянущая (тяга винта, тот самый аналог подъемной силы), была больше. Или же все, соответственно, наоборот. А этого можно достичь за счет изменения величины аналога угла атаки , который называется углом установки лопасти винта, или попросту шагом винта. Понятие шага винта существует для всех видов воздушных винтов, для самолетов и для вертолетов, и принцип их действия вобщем-то одинаков.
Транспортник Кролевских ВВС Hercules C-4 на стоянке с винтами во флюгерном режиме.
Первые воздушные винты, стоявшие на аэропланах, имели фиксированный шаг. Но дело в том, что любой винт имеет такой параметр, как коэффициент полезного действия, который оценивает эффективность его работы. А она может меняться в зависимости от изменения скорости полета, мощности двигателя, да и лобовое сопротивление винта на это влияет. Вот для того, чтобы сохранить кпд на достаточной высоте была придумана (еще в 30-х года 20 в.) система изменения шага и появились винты изменяемого в полете шага (ВИШ). Теперь, в зависимости от задаваемого летчиком режима полета, шаг винта может меняться. Кроме того обычно существуют еще два специальных режима. Реверсивный – для создания обратной тяги при торможении самолета на земле и флюгерный, который используется при выключении (чаще аварийном) двигателя в полете. Тогда лопасти выставляются «по потоку», чтобы не создавать лишнего сопротивления полету.
Диаметр винта и его шаг – это основные технические параметры воздушного винта. Существует еще такое понятие, как крутка. То есть каждая лопасть по всей длинне слегка закручена. Это делается опять же для того, чтобы при одной и той же мощности лопасть создавала наибольшую тягу.
Американский экспериментальный самолет Bell X-22 с импеллерами 1966 г.
Французский экспериментальный самолет с импеллерами NORD 500 CADET. 1967 г.
1932 г. Италия. Экспериментальный самолет с импеллером "Летающая бочка"
Современные винты вообще достаточно разнообразны по своей конструкции. Количество лопастей может меняться ( в среднем от 2 до 8). Воздушный винт может быть как тянущим, так и толкающим. Винт по- другому еще называется пропеллер. Это устаревшее название и происходит от латинского prōpellere, что значить гнать, толкать вперед. Однако сейчас еще одно слово вошло в употребеление. Это слово импеллер. Оно означает «крыльчатка» и обозвали им определенный тип воздушного винта, заключенного в кольцевую оболочку. Это позволяет повысить эффетивность его работы, снизить потери и увеличить безопасность. Однако такого рода летательные аппараты находятся только лишь в стадии экспериментальной разработки.
Основной скоростной диапазон применения винтов ограничен скоростями 700-750 км/ч. Но даже это достаточно большая скорость и для обеспечения устойчивой и эффективной работы во всем диапазоне применяются различные технические ухищрения. В частности разрабатываются многолопастные винты с саблевидными лопастями, ведется работа над сверхзвуковыми винтами, применяются вышеуказанные импеллеры. Кроме того уже достаточно давно применяются так называемые соосные винты, когда на одной оси вращаются два воздушных винта в различных направлениях. Примером самолета с такими винтами может быть самый быстрый самолет с турбовинтовыми двигателями российский стратегический бомбардировщик ТУ-95. Его скорость (макс.) 920 км/ч.
Стратегический бомбардировщик ТУ-95.
К сожалению, воздушный винт, особенно в сочетании с поршневым двигателем, имеет все-таки ограниченную область применения. Конечно, там, где так необходимы ближнемагистральные самолеты и так называемая авиация общего назначения он себя еще покажет. Но тем не менее соревнование высота-скорость-дальность он вместе со своим спутником поршнеым мотором уже проиграл турбореактивному двигателю. Но об этом в другой статье…
Фотографии кликабельны.
Здравствуйте. Интересно, а отчего зависит длина лопастей и количество лопастей.
Упрощенно говоря от соотношения тяги винта, его кпд, массы, возможности возникновения срывных явлений на концах лопастей, влияния на конструкцию Ла и др. Лопастей больше и диаметр больше — больше тяга, но при этом больше сопротивление, масса, кпд м.б. меньше, возможность срыва на концах больше. При большом диаметре возможно потребуются высокие шасси — это тоже масса. Примерно в таком «разрезе» )…
Можно рассуждать так. В очень очень упрощенном виде тяга, которую создает отбрасываемая струя среды (воздуха), исходя из второго и третьего закона Ньютона: F=-∆p/∆t=-ρSυ^2, где p-импульс, t-время, ρ-плотность среды, S -площадь сечения струи (~площадь, покрываемая винтом), υ-скорость струи.
Необходимая для создания такой тяги мощность P=ρSυ^3.
Тогда, например, из сказанного следует, что в идеале, чем больше S (диаметр винта), тем меньше расход энергии.
О толкающих винтах — судя по описаниям и фотографиям, в бпла часто применяется толкающий винт. Это как-то связано с аэродинамикой винта, или только удобство компоновки для небольших аппаратов? — Если можно несколько шире — какие преимущества каждого из типов винтов и почему куда чаще используются тянущие?
Спасибо!
Оформлю ответ в виде короткой заметки, чтобы не писать длинные статьи, как у меня обычно бывает :-)… В ближайшее время :-)..
Здравствуйте. У Вас много статей о винтах ВС. Нет ли у Вас наработанного конспекта по этим вопроса, а именно «Винт»?
Нет. Наработанных конспектов нет. Использую собственные знания и то, что могу почерпнуть в онлайн-источниках. Искать, правда приходится много.
Авиа изобретателям посвящается!!!!,,Ребятки меняйте лошадей,,.пора отказаться от не безопасного самолета и геликоптера добро пожаловать в небе ,,LOT@TOL,,-летающая опознанная тарелка:-вертикальный взлёт и посадка, управляемость, тягой- несущей системой ,оперение отсуствует,-применяема во всех отраслях НХ,Дешевизна и простота технологии изготовления,доступна в освоении управлять простым обивателем имного др. качеств……
Вадим,это по причине того,что винт тянет воздух перед собою,образуя как бы разряженный воздух прямо по фронту. А по краям на этот разряженный воздух набегают волны обычного воздуха и поэтому по краю винта сопротивление становится уж слишком тяжелым. Вот поставили такой круг,с одной стороны сопротивление увеличиваеться,но с другой стороны воздух затекает внутрь круга,распределяеться более ровно, ( а не давить всей силой лишь на края винта) и вот небольшой прирост скорости.
Может я неправильно обьяснил, если что мэтр поправить,но увидел как вопрос твой без ответа стоит и решил как смогу помочь.
Объяснение не очень четкое :-), но по-моему имеется в виду индуктивное сопротивление («край винта»), которое как раз нивелируется внешней кольцевой оболочкой.
привет всем у вас там на скаде не лежит винт от АН 2 ? Пылится не нужный?
Володя , здравствуйте . У меня в клубе лежит 3х лопастной винт ( лопасти отрезаны по 1м) от вертолета ( от какого уточню , если надо- товарищ положил на длительное хранение ) . Я занят строительством летающей платформы. Думаю он мне не понадобится , спрошу у хозяина стоимость , если надо. Крым Саки Пикалов Владимир. Сайт 701004186.ucoz.ru saki-aero1980@mail.ru
Лобовое сопротивление винта (так кажется это называют) больше чем у вентилятора? почему?
Как связан диаметр винта со скоростью развиваемой аппаратом?
Правда ли,что при меньшем диаметре винта летательный аппарат развивает меньшую скорость при равной тяговооруженности,чем обладающий большими размерами конкурент?
Пожалуй правильней будет сказать о связи диаметра винта с его тягой. Тяга винта прямо пропорциональна четвертой степени диаметра винта. То есть больший винт ощутимо увеличивает тягу (при прочих равных условиях конечно), а значит и скорость. Но при этом надо, конечно учитывать рост сопротивления и местной скорости обтекания на концах лопастей.
Юрик вопрос где приобрести винт для летающей платформы решен.Это Казань фирма Finish Propellers 8(843)515 95 06,Исмагилов Наиль Насибович и сын Шамиль finish2prop@mail.ru—максимальный размах винтов изготавливают 2м8см ( 6 лопастной винт) если 3 лопасти не ставить, подойдет двигатель Субару 3л. 245л.с.Остается нерешенный вопрос с угловыми редукторами на(120л.с.88квт 198Нм)- корпус желательно с Д16Т—может кто подскажет где изготовить или купить готовый.С праздниками всех любителей авиации.Крым Саки 701004186.ucoz.ru —saki-aero1980@mail.ru Пикалов Владимир
немного намешано с работой винта по принципу крыла и шнека, винт все же, насколько помню, не работает по принципу нарезания воздуха и скорость не выводится напрямую от шага лопасти и оборотов (и кпд само собой), а действует подобно крылу, создавая вихрь с перепадом давления, толкающим лопасть. вроде бы как-то так, если не прав — пните
Вы все правильно сказали (пинать не требуется :-)). Однако я все же совсем не говорю о «нарезании», хотя есть в тексте одна ошибка, которую надо исправить (обязательно исправлю). Понятие винт-гайка используется только лишь для того, чтобы ввести понятие шага. Ошибка в том, что в словах «…на которое передвинется вращающийся в воздухе винт при его повороте…» нужно говорить не о воздухе, а о плотной среде. Увы, невнимательность :-)…
А в остальном все правильно. Напрямую зависимость скорости от шага я не вывожу. Говоря о скорости, я пишу о тяге винта, а вот она уже зависит от шага («Для того, чтобы он «ввинчивался» быстрее, нужно, чтобы сила, его тянущая (тяга винта, тот самый аналог подъемной силы), была больше.»). Да и слово «ввинчивался» тут в кавычках :-). Как сама тяга образуется (крыло) упомянуто выше.
Вообще-то, наверное, чтобы не создавалось впечатление, что что-то «намешано», нужно бы выделить понятие шага несколько особняком. Постараюсь….
спасибо. просто окончательно вопрос меня всегда терзал, если упростить, то винт толкает не набегающий под острым углом к лопасти воздух, а его уплотнение за лопастью куда она этот воздух отбрасывает ну или эфект «крыла» с созданием на плоскостях лопасти потоков с разными скоростями и соответственно разным давлением, я верно понимаю? Аналогично и о крыле встречал споры, кто-то утверждает, что разница давлений от профиля крыла — основа подьемной силы (впрочем и я так всегда считал), но наткнулся что другие на полном серьезе как минимум говорят о не меньшем влиянии на подьемную силу от набегания потока на нижнюю плоскость, подпирающую крыло вверх.Хотя это уже иная тема.
мне тоже казалось, что от набегания потока получается хотя бы часть подъемной силы. Если на скорости 100км+ из машины в окно высунуть картонку (обычную плоскую) под углом, то чувствует как образуется подъемная сила. Что не так?
На самом деле имеет место и то, и другое. Причем влияние набегающего потока на нижней плоскости на подъемную силу действительно как минимум не меньше, чем влияние разности давлений на профиле. Все это работает вместе и в комплексе описывается математически (в этом я не силен, к сожалению). Например, плоская пластина тоже создает подъемную силу, но только при наличии угла атаки и условия обтекания (по срыву) у нее плохие. А профиль создает подъемную силу и при нулевом угле атаки, и условия обтекания у него лучше, но если он симметричный, то подъемной силы не будет (при нулевом угле атаки) и при перевернутом обтекании тоже. Ну, вот как-то так…
Юрик здравствуйте. Если Вы не сильно загружены ,дайте свой электронный адрес.Мне75 знаний не хватает для расчета летающей платформы. Достраиваю СВП. Первый в Крыму построил мотодельтаплан в 84 году.Крым Саки Спортивный Аэроклуб «Чайка» Пикалов Владимир Васильевич.saki-aero@land.ru
Статья ни о чём. Чуть более развёрнуто чем в википедии. Так и непонятным остаётся от чего зависит количество лопастей, длина/ширина лопастей, скорость вращения…
Ну тут я с вами не соглашусь. Статья-то как раз о том, о чем надо. Просто объем информации небольшой и она проста. К тому же писалась «на заре деятельности». Но ведь и сайт такой же. Такова его направленность, и я об этом честно предупредил на главной странице. Более усложненные вещи пишутся либо по заказу, либо по собственному особому желанию. Вы просто попали не туда…
Юра спасибо.вы терпеливы))Статьи интересны.Скажите,при понижающей редукции принято эфективную мощность ДВС оставлять при расчёте ВВ преждней? Почему? Ведь на еденицу времени работы ВВ силы ДВС заитрачивается больше,а соответственно и винт следуент дозагружать. В чём я ошибаюсь? Ведь есть тогда вариант полученимя оптимальных 220 м/сек путём подавления оборотов увеличением динамической нагрузки от винта. Спасибо.