2.4. Работа лопасти винта в полете

Винт самолета характеризуется следующими геометрическими параметрами: диаметром, профилем лопасти, радиусом сечения, формой лопасти в плане, углом установки, геометрическим шагом. Профиль лопасти аналогичен профилю крыла и характеризуется теми же параметрами. Силы, действующие на элемент лопасти при вращении винта, показаны на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Возникновение сил на лопасти воздушного винта

При работе двигателя в полете все элементы лопасти совершают сложное движение, перемещаясь поступательно со скоростью V (в направлении полета) и по окружности в плоскости вращения винта с окружной скоростью U.

Результирующая скорость элемента лопасти винта относительно воздуха представляет геометрическую сумму векторов V и U:

Окружная скорость элемента лопасти равняется U = 2 r n, где n – частота вращения; r – радиус лопасти.

Контрольный радиус лопасти винта берется на расстоянии 0,75 м от оси вращения.

Поступательная скорость всех элементов (V) равна воздушной (истинной) скорости полета самолета.

Угол между результирующей скоростью элемента лопасти винта (W) и хордой профиля элемента лопасти винта называется углом атаки элемента лопасти  (см. рис. 2.7).

Угол между результирующей скоростью элемента лопасти и плоскостью вращения винта называется углом притекания струи .

Угол установки лопасти  – это угол, заключенный между плоскостью вращения винта и хордой элемента лопасти.

Тяга винта определяется по формуле

где – коэффициент тяги, зависящий от формы лопасти и углов атаки элементов лопасти ( ≈ 0,25);  – плотность воздуха; n – частота вращения винта; D – диаметр винта.

Для обеспечения наивыгоднейших аэродинамических условий работы всех элементов лопасти винта угол наклона их делается переменным, т. е. лопасть имеет геометрическую крутку; наибольший угол наклона имеет сечения у корня, наименьший – на конце лопасти. Геометрический шаг винта – это расстояние, на которое продвинулся бы винт вдоль своей оси в твердой среде. Зная угол наклона и радиус сечения, легко определить геометрический шаг сечения:

H = 2 r tg,

где r – радиус лопасти;  – угол установки лопасти.

Винт mt-Propeller MTV-6-R/190-69 переменного шага. У винтов переменного шага геометрический шаг изменяется вдоль длины лопасти. Эти винты имеют больший КПД, так как все элементы винта работают с одним и тем же углом атаки.

Кинематическими характеристиками воздушного винта называются параметры, характеризующие механическое движение винта: частота вращения, поступь, скольжение, относительная поступь (рис. 2.8).

В полете каждое сечение лопасти, вращаясь вокруг продольной оси винта, одновременно продвигается вперед со скоростью полета самолета.

Рис. 2.8. Движение элемента лопасти винта: 1 – след сечения лопасти; 2 – плоскость вращения

Шагом винта H называется расстояние, проходимое винтом поступательно за один полный оборот в жесткой среде (как если бы винт вращался в твердом теле):

H = 2πrtgφ,

где r – радиус лопасти, φ – угол установки лопасти.

Поступью винта Н называется истинное расстояние, пройденное воздушным винтом поступательно за один полный оборот в воздухе или действительным шагом (так как возникает проскальзывание за счет малой плотности воздуха). Она может быть определена по формуле

где V – скорость полета; n – частота вращения винта.

Чем больше скорость при данной частоте вращения, тем больше поступь; чем больше частота вращения при данной скорости, тем меньше поступь; при скорости равной нулю, поступь винта равна нулю.

Скольжением винта S называется разность между шагом и поступью:

S = H – H_q.