Воздушный винт
Возду́шный винт (пропе́ллер) (англ. propeller < лат. propellere — «гнать вперёд») — лопастной движитель, создающий при вращении тягу за счёт отбрасывания воздуха назад с некоторой дополнительной скоростью, приводимый во вращение двигателем и преобразующий крутящий момент двигателя в силу тяги.
Воздушные винты, выполняющие (помимо функций движителя) дополнительные, либо иные функции, имеют специальные названия: ротор, маршевый винт, несущий винт (винтокрылых летательных аппаратов), рулевой винт, фенестрон, импеллер, вентилятор, ветрогенератор, .
Воздушный винт применяют в качестве движителя для летательных аппаратов (самолётов, автожиров, цикложиров (циклокоптеров) и вертолётов с поршневыми и турбовинтовыми двигателями), а также в том же качестве для экранопланов, аэросаней, аэроглиссеров и судов на воздушной подушке.
У автожиров и вертолётов воздушный винт применяют также в качестве несущего винта, а у вертолётов ещё и в качестве рулевого винта.
Воздушный винт, работающий в качестве движителя, в сочетании с двигателем образуют (ВМУ), входящую в состав силовой установки.
Технические параметры
Лопасти винта, вращаясь, захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению. Перед винтом создаётся зона пониженного давления, за винтом — повышенного.
- В зависимости от способа использования воздушные винты делят на тянущие и толкающие (первые расположены впереди двигателя, вторые — позади)
- В зависимости от наличия возможности изменения шага лопастей воздушный винт подразделяют на винты фиксированного и изменяемого шага
Определяющими являются диаметр и шаг винта. Шаг винта соответствует воображаемому расстоянию, на которое передвинется винт, ввинчиваясь в несжимаемую среду за один оборот. Существуют винты с возможностью изменения шага как на земле, так и в полёте. Последние получили распространение в конце 1930-х годов и применяют практически на всех самолётах (кроме некоторых сверхлёгких) и вертолётах. В первом случае изменение шага используют, чтобы создать большую тягу в широком диапазоне скоростей при мало изменяющихся (или неизменных) оборотах двигателя, соответствующих его максимальной мощности, во втором — из-за невозможности быстрого изменения оборотов несущего винта.
Вращение лопастей воздушного винта приводит к разворачивающему эффекту, воздействующему на летательный аппарат, причины которого в следующем:
- Реактивный момент винта. Любой воздушный винт, вращаясь в одну сторону, стремится накренить самолёт или развернуть вертолёт в противоположную сторону. Именно из-за этого возникает асимметрия при поперечном управлении самолётом. Например, самолёт с винтом левого вращения совершает развороты, перевороты и бочки вправо гораздо легче и быстрее, чем влево. Этот же реактивный момент является одной из причин неуправляемого разворота самолёта вбок в начале разбега
- Закручивание струи винта. Воздушный винт закручивает воздушный поток, что также вызывает несимметричную обдувку плоскостей и хвостового оперения справа и слева, различную подъёмную силу крыла справа и слева и разницу в обдуве управляющих поверхностей. Несимметричность потока хорошо видна на авиационных хим.работах при наблюдении за движением распыляемого вещества
- Гироскопический момент винта. Любое быстро вращающееся тело имеет гироскопический момент (эффект волчка), заключающийся в стремлении к сохранению своего положения в пространстве. Если принудительно наклонить ось вращения гироскопа в какую-либо сторону, например, вверх или вниз, то она не просто будет противодействовать этому отклонению, а будет уходить в направлении, перпендикулярном произведённому воздействию, то есть в данном случае вправо или влево. Так, при изменении в установившемся полёте угла тангажа самолёт будет стремиться самостоятельно поменять курс, а при начале разворота возникает стремление самолёта к самостоятельному изменению угла тангажа
- Момент, вызванный несимметричным обтеканием винта. В полёте ось винта отклонена от направления набегающего потока на угол атаки. Это приводит к тому, что опускающаяся лопасть обтекается под большим углом атаки, чем поднимающаяся. Правая часть воздушного винта будет создавать большую тягу, чем левая. Таким образом, будет создаваться момент рыскания влево. Наибольшую величину этот момент будет иметь на максимальном режиме работы двигателя и максимальном угле атаки
Все 4 причины разворота — реактивный момент, действие струи, гироскопический момент и несимметричное обтекание винта, всегда действуют в одну сторону, при винте левого вращения разворачивают самолёт вправо, а при винте правого вращения — влево. Этот эффект проявляется особенно сильно на мощных 1-моторных самолётах при взлёте, когда самолёт движется с небольшой поступательной скоростью и эффективность работы воздушных рулей — низкая. С ростом скорости разворачивающий момент ослабевает, ввиду резкого увеличения эффективности действия рулей.
Для компенсации разворачивающего момента все самолёты делают несимметричными, как минимум, отклоняют руль направления от центральной строительной оси самолёта.
Кроме гироскопического эффекта двух из этих 3 недостатков лишены соосные воздушные винты.
Реактивный и гироскопический момент также присущ всем турбореактивным двигателям и учитывают в конструкции самолёта. Для компенсации реактивного момента винта вертолёта приходится применять рулевой винт, предотвращающий вращение фюзеляжа, либо использовать несколько несущих винтов (обычно — 2).
КПД
Коэффициентом полезного действия (КПД) воздушного винта называют отношение полезной мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивления движению летательного аппарата к мощности двигателя. Чем ближе КПД к 1, тем эффективнее расходуется мощность двигателя и тем большую скорость или грузоподъёмность может развить при той же энерговооружённости.
Положительные и отрицательные стороны
КПД современных воздушных винтов достигает 82—86%, что делает их очень привлекательными для авиаконструкторов. Самолёты с турбовинтовыми силовыми установками значительно экономичнее, чем самолёты с реактивными двигателями. Однако воздушный винт имеет и некоторые ограничения, как конструктивного, так и эксплуатационного характера. Часть этих ограничений описана ниже.
- «Эффект запирания». Этот эффект возникает либо при увеличении диаметра воздушного винта, либо при увеличении скорости вращения и выражается в отсутствии роста тяги с увеличением мощности, передаваемой на винт. Эффект связан с появлением на лопастях винта участков с околозвуковым и сверхзвуковым течением воздуха (волновой кризис).
Это явление накладывает существенные ограничения на технические характеристики самолётов с винтомоторной силовой установкой. В частности, современные самолёты с воздушными винтами, как правило, не могут развить скорость более 650—700 км/ч. Самый быстрый винтовой самолёт — бомбардировщик Ту-95 имеет максимальную скорость 920 км/ч, где проблема эффекта запирания была решена применением 2 соосных винтов с допустимыми размерами лопастей, вращающихся в противоположных направлениях. - Повышенная шумность. Шумность современных самолётов в настоящее время регламентируют нормами ICAO. Воздушный винт классической конструкции в эти нормы не вписывается. Новые типы воздушных винтов с саблевидными лопастями создают меньший шум, но такие лопасти очень сложны и дороги в производстве.
История
Идея воздушного винта происходит от архимедова винта.
Известен чертёж Леонардо Да Винчи с изображением прообраза вертолёта с несущим винтом. Винт всё ещё выглядит как архимедов.
В июле 1754 года Михаил Ломоносов провёл демонстрацию аэродромической модели. На ней лопасти уже уплощены, что приближает их к современному виду. Предполагают, что Ломоносов использовал образ китайской детской игрушки — [англ.].
Перспективные разработки
Авиаконструкторы идут на определённые технические ухищрения, чтобы такой эффективный движитель, как воздушный винт, нашёл место на самолётах будущего.
- Преодоление эффекта запирания. На самом мощном в мире турбовинтовом двигателе НК-12 крутящий момент силовой установки делится между двумя соосными воздушными винтами, вращающимися в разные стороны
- Применение саблевидных лопастей. Многолопастный воздушный винт с тонкими саблевидными лопастями позволяет затянуть волновой кризис и тем самым увеличить максимальную скорость полёта. Такое техническое решение реализовано, например, на соосном винтовентиляторе СВ-27 для самолёта АН-70
- Разработка сверхзвуковых воздушных винтов. Эти разработки ведутся уже много лет, но пока не привели к созданию реально работающего изделия. Наибольшая трудность создания такого изделия в том, что лопасть сверхзвукового воздушного винта имеет крайне сложную форму, что затрудняет её прочностной расчёт. Кроме того, экспериментальные сверхзвуковые винты оказались очень шумными
- Импеллер. Заключение воздушного винта в аэродинамическое кольцо. Весьма перспективное направление, поскольку позволяет снизить концевое обтекание лопастей, снизить шумность и повысить безопасность (защищая людей от увечий). Однако вес самого кольца служит ограничивающим фактором для широкого распространения такого конструкторского решения в авиации. Зато на аэросанях, аэроглиссерах, судах на воздушной подушке и дирижаблях импеллер можно увидеть достаточно часто
- Вентилятор. Так же, как импеллер, заключён в кольцо, но кроме того, имеет входной и иногда выходной направляющий аппарат. Направляющий аппарат представляет собой систему неподвижных лопастей (статор), позволяющих регулировать поток воздуха, попадающий на ротор вентилятора, и тем самым поднять его эффективность. Очень широко применяют в современных авиационных двигателях
См. также
- Кок (обтекатель)
- Гребной винт
- Соосные несущие винты
- Карлсон
- От винта!
- Мулинетка
Литература
- Воздушный винт // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
- воздушный винт // Энциклопедия «Техника».. — 2006.. // Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006.
- воздушный винт // Энциклопедия «Техника».. — 2006.. // Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г. П. Свищев. 1994.
Примечания
- Малый академический словарь. Архивировано 21 декабря 2021 года.
- Большой энциклопедический политехнический словарь.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Воздушный винт, Что такое Воздушный винт? Что означает Воздушный винт?
U etogo termina sushestvuyut i drugie znacheniya sm Vint Osnovnaya statya Lopastnoj vintSm takzhe Ventilyator Vozdu shnyj vint prope ller angl propeller lt lat propellere gnat vperyod lopastnoj dvizhitel sozdayushij pri vrashenii tyagu za schyot otbrasyvaniya vozduha nazad s nekotoroj dopolnitelnoj skorostyu privodimyj vo vrashenie dvigatelem i preobrazuyushij krutyashij moment dvigatelya v silu tyagi Propeller nemeckogo dirizhablya SL1 1911 diametrom 4 4 mVint anglijskogo dirizhablya R29 1918 v shotlandskom muzeeSovremennyj vozdushnyj vint transportnogo samolyota A400MVinty samolyota Tu 142 Vozdushnye vinty vypolnyayushie pomimo funkcij dvizhitelya dopolnitelnye libo inye funkcii imeyut specialnye nazvaniya rotor marshevyj vint nesushij vint vintokrylyh letatelnyh apparatov rulevoj vint fenestron impeller ventilyator vetrogenerator Vozdushnyj vint primenyayut v kachestve dvizhitelya dlya letatelnyh apparatov samolyotov avtozhirov ciklozhirov ciklokopterov i vertolyotov s porshnevymi i turbovintovymi dvigatelyami a takzhe v tom zhe kachestve dlya ekranoplanov aerosanej aeroglisserov i sudov na vozdushnoj podushke U avtozhirov i vertolyotov vozdushnyj vint primenyayut takzhe v kachestve nesushego vinta a u vertolyotov eshyo i v kachestve rulevogo vinta Vozdushnyj vint rabotayushij v kachestve dvizhitelya v sochetanii s dvigatelem obrazuyut VMU vhodyashuyu v sostav silovoj ustanovki Tehnicheskie parametryLopasti vinta vrashayas zahvatyvayut vozduh i otbrasyvayut ego v napravlenii protivopolozhnom dvizheniyu Pered vintom sozdayotsya zona ponizhennogo davleniya za vintom povyshennogo V zavisimosti ot sposoba ispolzovaniya vozdushnye vinty delyat na tyanushie i tolkayushie pervye raspolozheny vperedi dvigatelya vtorye pozadi V zavisimosti ot nalichiya vozmozhnosti izmeneniya shaga lopastej vozdushnyj vint podrazdelyayut na vinty fiksirovannogo i izmenyaemogo shaga Opredelyayushimi yavlyayutsya diametr i shag vinta Shag vinta sootvetstvuet voobrazhaemomu rasstoyaniyu na kotoroe peredvinetsya vint vvinchivayas v neszhimaemuyu sredu za odin oborot Sushestvuyut vinty s vozmozhnostyu izmeneniya shaga kak na zemle tak i v polyote Poslednie poluchili rasprostranenie v konce 1930 h godov i primenyayut prakticheski na vseh samolyotah krome nekotoryh sverhlyogkih i vertolyotah V pervom sluchae izmenenie shaga ispolzuyut chtoby sozdat bolshuyu tyagu v shirokom diapazone skorostej pri malo izmenyayushihsya ili neizmennyh oborotah dvigatelya sootvetstvuyushih ego maksimalnoj moshnosti vo vtorom iz za nevozmozhnosti bystrogo izmeneniya oborotov nesushego vinta Vrashenie lopastej vozdushnogo vinta privodit k razvorachivayushemu effektu vozdejstvuyushemu na letatelnyj apparat prichiny kotorogo v sleduyushem Reaktivnyj moment vinta Lyuboj vozdushnyj vint vrashayas v odnu storonu stremitsya nakrenit samolyot ili razvernut vertolyot v protivopolozhnuyu storonu Imenno iz za etogo voznikaet asimmetriya pri poperechnom upravlenii samolyotom Naprimer samolyot s vintom levogo vrasheniya sovershaet razvoroty perevoroty i bochki vpravo gorazdo legche i bystree chem vlevo Etot zhe reaktivnyj moment yavlyaetsya odnoj iz prichin neupravlyaemogo razvorota samolyota vbok v nachale razbega Zakruchivanie strui vinta Vozdushnyj vint zakruchivaet vozdushnyj potok chto takzhe vyzyvaet nesimmetrichnuyu obduvku ploskostej i hvostovogo opereniya sprava i sleva razlichnuyu podyomnuyu silu kryla sprava i sleva i raznicu v obduve upravlyayushih poverhnostej Nesimmetrichnost potoka horosho vidna na aviacionnyh him rabotah pri nablyudenii za dvizheniem raspylyaemogo veshestva Giroskopicheskij moment vinta Lyuboe bystro vrashayusheesya telo imeet giroskopicheskij moment effekt volchka zaklyuchayushijsya v stremlenii k sohraneniyu svoego polozheniya v prostranstve Esli prinuditelno naklonit os vrasheniya giroskopa v kakuyu libo storonu naprimer vverh ili vniz to ona ne prosto budet protivodejstvovat etomu otkloneniyu a budet uhodit v napravlenii perpendikulyarnom proizvedyonnomu vozdejstviyu to est v dannom sluchae vpravo ili vlevo Tak pri izmenenii v ustanovivshemsya polyote ugla tangazha samolyot budet stremitsya samostoyatelno pomenyat kurs a pri nachale razvorota voznikaet stremlenie samolyota k samostoyatelnomu izmeneniyu ugla tangazha Moment vyzvannyj nesimmetrichnym obtekaniem vinta V polyote os vinta otklonena ot napravleniya nabegayushego potoka na ugol ataki Eto privodit k tomu chto opuskayushayasya lopast obtekaetsya pod bolshim uglom ataki chem podnimayushayasya Pravaya chast vozdushnogo vinta budet sozdavat bolshuyu tyagu chem levaya Takim obrazom budet sozdavatsya moment ryskaniya vlevo Naibolshuyu velichinu etot moment budet imet na maksimalnom rezhime raboty dvigatelya i maksimalnom ugle ataki Vse 4 prichiny razvorota reaktivnyj moment dejstvie strui giroskopicheskij moment i nesimmetrichnoe obtekanie vinta vsegda dejstvuyut v odnu storonu pri vinte levogo vrasheniya razvorachivayut samolyot vpravo a pri vinte pravogo vrasheniya vlevo Etot effekt proyavlyaetsya osobenno silno na moshnyh 1 motornyh samolyotah pri vzlyote kogda samolyot dvizhetsya s nebolshoj postupatelnoj skorostyu i effektivnost raboty vozdushnyh rulej nizkaya S rostom skorosti razvorachivayushij moment oslabevaet vvidu rezkogo uvelicheniya effektivnosti dejstviya rulej Dlya kompensacii razvorachivayushego momenta vse samolyoty delayut nesimmetrichnymi kak minimum otklonyayut rul napravleniya ot centralnoj stroitelnoj osi samolyota Krome giroskopicheskogo effekta dvuh iz etih 3 nedostatkov lisheny soosnye vozdushnye vinty Reaktivnyj i giroskopicheskij moment takzhe prisush vsem turboreaktivnym dvigatelyam i uchityvayut v konstrukcii samolyota Dlya kompensacii reaktivnogo momenta vinta vertolyota prihoditsya primenyat rulevoj vint predotvrashayushij vrashenie fyuzelyazha libo ispolzovat neskolko nesushih vintov obychno 2 KPD Koefficientom poleznogo dejstviya KPD vozdushnogo vinta nazyvayut otnoshenie poleznoj moshnosti zatrachivaemoj na preodolenie soprotivleniya dvizheniyu letatelnogo apparata k moshnosti dvigatelya Chem blizhe KPD k 1 tem effektivnee rashoduetsya moshnost dvigatelya i tem bolshuyu skorost ili gruzopodyomnost mozhet razvit pri toj zhe energovooruzhyonnosti Polozhitelnye i otricatelnye storony KPD sovremennyh vozdushnyh vintov dostigaet 82 86 chto delaet ih ochen privlekatelnymi dlya aviakonstruktorov Samolyoty s turbovintovymi silovymi ustanovkami znachitelno ekonomichnee chem samolyoty s reaktivnymi dvigatelyami Odnako vozdushnyj vint imeet i nekotorye ogranicheniya kak konstruktivnogo tak i ekspluatacionnogo haraktera Chast etih ogranichenij opisana nizhe Effekt zapiraniya Etot effekt voznikaet libo pri uvelichenii diametra vozdushnogo vinta libo pri uvelichenii skorosti vrasheniya i vyrazhaetsya v otsutstvii rosta tyagi s uvelicheniem moshnosti peredavaemoj na vint Effekt svyazan s poyavleniem na lopastyah vinta uchastkov s okolozvukovym i sverhzvukovym techeniem vozduha volnovoj krizis Eto yavlenie nakladyvaet sushestvennye ogranicheniya na tehnicheskie harakteristiki samolyotov s vintomotornoj silovoj ustanovkoj V chastnosti sovremennye samolyoty s vozdushnymi vintami kak pravilo ne mogut razvit skorost bolee 650 700 km ch Samyj bystryj vintovoj samolyot bombardirovshik Tu 95 imeet maksimalnuyu skorost 920 km ch gde problema effekta zapiraniya byla reshena primeneniem 2 soosnyh vintov s dopustimymi razmerami lopastej vrashayushihsya v protivopolozhnyh napravleniyah Povyshennaya shumnost Shumnost sovremennyh samolyotov v nastoyashee vremya reglamentiruyut normami ICAO Vozdushnyj vint klassicheskoj konstrukcii v eti normy ne vpisyvaetsya Novye tipy vozdushnyh vintov s sablevidnymi lopastyami sozdayut menshij shum no takie lopasti ochen slozhny i dorogi v proizvodstve IstoriyaChertyozh vertolyota Leonardo da Vinchi 1480 e gody Ideya vozdushnogo vinta proishodit ot arhimedova vinta Izvesten chertyozh Leonardo Da Vinchi s izobrazheniem proobraza vertolyota s nesushim vintom Vint vsyo eshyo vyglyadit kak arhimedov Aerodromicheskaya mashina M V Lomonosova Model V iyule 1754 goda Mihail Lomonosov provyol demonstraciyu aerodromicheskoj modeli Na nej lopasti uzhe uplosheny chto priblizhaet ih k sovremennomu vidu Predpolagayut chto Lomonosov ispolzoval obraz kitajskoj detskoj igrushki angl Sovremennaya yaponskaya igrushka taketombo angl proishodyashaya ot kitajskogo varianta Sleva bambuk sprava plastikPerspektivnye razrabotkiAviakonstruktory idut na opredelyonnye tehnicheskie uhishreniya chtoby takoj effektivnyj dvizhitel kak vozdushnyj vint nashyol mesto na samolyotah budushego Preodolenie effekta zapiraniya Na samom moshnom v mire turbovintovom dvigatele NK 12 krutyashij moment silovoj ustanovki delitsya mezhdu dvumya soosnymi vozdushnymi vintami vrashayushimisya v raznye storony Primenenie sablevidnyh lopastej Mnogolopastnyj vozdushnyj vint s tonkimi sablevidnymi lopastyami pozvolyaet zatyanut volnovoj krizis i tem samym uvelichit maksimalnuyu skorost polyota Takoe tehnicheskoe reshenie realizovano naprimer na soosnom vintoventilyatore SV 27 dlya samolyota AN 70 Razrabotka sverhzvukovyh vozdushnyh vintov Eti razrabotki vedutsya uzhe mnogo let no poka ne priveli k sozdaniyu realno rabotayushego izdeliya Naibolshaya trudnost sozdaniya takogo izdeliya v tom chto lopast sverhzvukovogo vozdushnogo vinta imeet krajne slozhnuyu formu chto zatrudnyaet eyo prochnostnoj raschyot Krome togo eksperimentalnye sverhzvukovye vinty okazalis ochen shumnymi Impeller Zaklyuchenie vozdushnogo vinta v aerodinamicheskoe kolco Vesma perspektivnoe napravlenie poskolku pozvolyaet snizit koncevoe obtekanie lopastej snizit shumnost i povysit bezopasnost zashishaya lyudej ot uvechij Odnako ves samogo kolca sluzhit ogranichivayushim faktorom dlya shirokogo rasprostraneniya takogo konstruktorskogo resheniya v aviacii Zato na aerosanyah aeroglisserah sudah na vozdushnoj podushke i dirizhablyah impeller mozhno uvidet dostatochno chasto Ventilyator Tak zhe kak impeller zaklyuchyon v kolco no krome togo imeet vhodnoj i inogda vyhodnoj napravlyayushij apparat Napravlyayushij apparat predstavlyaet soboj sistemu nepodvizhnyh lopastej stator pozvolyayushih regulirovat potok vozduha popadayushij na rotor ventilyatora i tem samym podnyat ego effektivnost Ochen shiroko primenyayut v sovremennyh aviacionnyh dvigatelyahSm takzheKok obtekatel Grebnoj vint Soosnye nesushie vinty Karlson Ot vinta MulinetkaLiteraturaVozdushnyj vint Bolshaya sovetskaya enciklopediya v 30 t gl red A M Prohorov 3 e izd M Sovetskaya enciklopediya 1969 1978 vozdushnyj vint Enciklopediya Tehnika rus 2006 Enciklopediya Tehnika M Rosmen 2006 vozdushnyj vint Enciklopediya Tehnika rus 2006 Aviaciya Enciklopediya M Bolshaya Rossijskaya Enciklopediya Glavnyj redaktor G P Svishev 1994 PrimechaniyaMalyj akademicheskij slovar rus Arhivirovano 21 dekabrya 2021 goda Bolshoj enciklopedicheskij politehnicheskij slovar rus
