ВВ. Воздушный Винт.Экзамен. 1. Назначение воздушного винтаВоздушный винт
 Скачать 1.38 Mb.
|
|
47.Несущий винт вертолёта НЕСУ́ЩИЙ ВИНТ вер то лё та, пред на зна чен для соз да ния аэ ро ди на мич. сил (подъ ём ной и про пуль сив ной), не об хо ди мых для осу ще ст в ле ния по лё та и управ ле ния ЛА. Со сто ит из двух или боль ше го чис ла ло па стей, за кре п лён ных на втул ке, ус та нов лен ной на ва лу. В за ви си мо сти от схе мы вер то лё та несущего винта ус та нав ли ва ют в верх ней час ти фю зе ля жа, на кон це крыль ев ли бо ферм (вер то лё ты по пе реч но го се че ния). Раз ли ча ют несущие винты. с ме ха ническим и ре ак тив ным (не по лу чи ли рас про стра не ния из-за вы со ко го рас хо да то п ли ва) при во да ми. С по мо щью сис те мы управ ле ния, по зво ляю щей из ме нять соз да вае мые несущим винтом ве ли чи ну и на прав ление рав но дей ст вую щей аэ ро ди на мич. си лы , вер то лёт мо жет за ви сать не по движ но в воз ду хе, пе ре ме щать ся в про стран ст ве в лю бом на прав ле нии. При от ка зе дви га те лей несущий винт мо жет быть пе ре ве дён в ре жим ав то ро та ции (при этом ло па сти вра ща ют ся за счёт энер гии на бе гаю ще го по то ка). Кон ст рук тив но ло пасть несущего винта обыч но со сто ит из лон же ро на, яв ляю ще го ся её осн. си ло вым эле мен том, и хво сто вых от се ков. Лон же рон из го тав ли ва ет ся из ме тал ла (алю ми ние вые, сталь ные и ти та но вые спла вы) или из во лок ни стых ком по зиционных ма те риа лов. Для за щи ты от об ле де не ния ло па сти име ют про ти во об ле де ни тель ную элек трич. сис те му. Ло па сти с ме тал лическими лон же ро на ми снаб жа ют ся сис те мой сиг на ли за ции по вре ж де ний. Основными ха рак те ри сти ка ми несущего яв ля ют ся: его ра ди ус R, уг ло вая ско рость вра ще ния ва ла ω, ско рость кон цов ло па стей ωR и соз да вае мая несущим винтом си ла тя ги T. Например, несущий винт российского вер то лё та Ми-26 име ет во семь ло па стей ра диу сом R=16 м и раз ви ва ет наи боль шую сре ди се рий ных вер то лё тов си лу тя ги T=520 кН. Для эле мен тов несущего винта ус та нав ли ва ет ся ре сурс экс плуа та ции в ча сах по лё та. Аэ ро ди на мич. со вер шен ст во несущего винта оп ре де ля ет ся его гео мет рическими ха рак те ри сти ка ми (чис лом ло па стей, их фор мой в пла не и гео мет рич. крут кой), а так же на бо ром специальных аэ ро ди на мических про фи лей, ус та нов лен ных по ра диу су ло па сти. 48.Найти относительную поступь винтадиаметром D = 140мм, при n s 20’000 оборотах в минуту со скоростью 200 км/ч. 49.Рулевой винт вертолёта При вращении несущего винта вертолета возникает подъемная сила за счет того, что лопасти направляют поток воздуха вниз, как бы отталкиваясь от него, кроме того на них действует сила трения о воздух, что создает крутящий момент, который стремится повернуть корпус вертолета в противоположную сторону. Рулевой винт служит для стабилизации вертолета в воздухе и является основным элементом управления вертолетом. С помощью изменения тяги хвостового винта можно разворачивать вертолет вокруг вертикальной оси и задавать курс. Вращение от двигателя передается через редуктор, расположенный в хвосте вертолета. Редуктор в свою очередь соединяется с двигателем при помощи вала, находящегося внутри хвостовой балки. Если рулевой винт выйдет из строя - это приведет к неконтролируемому вращению вертолета в воздухе и аварийной посадке. 50. ТОиР лопастей из алюминиевых сплавов Может показаться, что металл является прекрасным материалом, но он склонен к усталости и остаточным деформациям, не возвращаясь к исходному состоянию.Но, несмотря на это, металлические лопасти нашли широкое применение. Они достаточно удобны при техническом обслуживании, так как позволяют устранять ряд дефектов (забоины, изгиб) в условиях эксплуатационного предприятия, но тем не менее требуют тщательного контроля возникновения усталостных трещин. Литые пропеллеры не могут выдерживать большие нагрузки, что делает их ненадежными и опасными. Моноблочные металлические пропеллеры практически не применяются из-за их дороговизны. Находят применение двухлопастные пропеллеры фиксированного шага благодаря универсализации лопастей. Перед осмотром пропеллера он должен быть обмыть раствором нейтрального мыла в воде, чтобы удалить всю внешнюю грязь, жиры, зеленение травой. Лопасти осматриваются на предмет отсутствияточечной коррозии (возможен питинг), забоин, вмятин, царапин, трещин, нарушения лакокрасочного покрытия, особенно,на передней кромке и лицевой стороне лопасти. При осмотрах необходимо использовать увеличительные стекла (рекомендуется лупа 4х - кратного увеличения.Если появляется сомнение в том, является ли данное повреждение царапиной или трещиной, то для первичного контроля можно потереть царапину карандашной резинкой. Если после этого дно дефекта будет блестеть, то это царапина, а не трещина, а если на дне дефекта будет видна черная линия, то очень велика вероятность наличия опасного дефекта - трещины. Более надежным способом контроля является метод проникающих красок и метод вихревых токов. Эти методы могут выявлять даже трещины небольшого размера и раскрытия. 51. Найти коэффициент сопротивления β воздушного винта диаметром D = 130мм, при мощности двигателяN = 0,7 л.с. при n s 20’000 оборотах в минуту. Принять плотность воздуха равную 1,2754 кг/м³. 52.ТОиР деревянных пропеллеров Деревянные лопасти обладают недостаточной твердостью, быстро изнашиваются до шероховатости поверхности, получают многочисленные механические повреждения в виде забоин от попадания твердых предметов, сыреют и коробятся, поэтому требуют сложной защиты кромок и рабочих поверхностей. Деревянные лопасти сильно деформируются во время работы пропеллера, при этом их форма может измениться настолько, что значительно изменяются их аэродинамические характеристики. Для мощных двигателей деревянные пропеллеры применяются сравнительно редко, так как не удовлетворяют требованиям прочности. В процессе работы пропеллеры изнашиваются и периодически требуют ремонта.Дерево как конструкционный материал имеет свои особенности, что проявляется в обслуживании, ремонте и хранении деревянного пропеллера. Ниже рассматриваются некоторые из вопросов выбора, эксплуатации и ремонта таких пропеллеров. Для ремонта пропеллера его надо снять с двигателя и выполнить следующие работы: -зачистить места повреждений наждачной бумагой; -обезжирить уайт-спиритом (другие растворители не рекомендуются, так как неблагоприятно воздействуют на лакокрасочное покрытие). Мелкие повреждения, размеры которых не превышают тех, о которых говорилось выше, можно заделать эпоксидной смолой или полиэфирной шпатлевкой. Более крупные повреждения устраняются путем вклеивания "на ус" деревянных вставок в места повреждений. Вставки должны изготавливаться из твердых пород дерева(бук, клен, береза), тщательно подогнанных по месту. Склейка должна производиться эпоксидным клеем К-153 или КДА при сжатии с усилием не менее 2∙10 5 Н/м 2 =0,2МПа. Допускается: -уменьшение радиуса лопасти не более чем на 2-3 мм; -уменьшение толщины не более, чем на 0,5 мм; -местное уменьшение ширины лопасти не более, чем на 2 мм. В настоящее время деревянные пропеллеры применяют на СЛА, мотодельтапланах и легких самолетах. 53.Проверка работы пропеллера и регулятора поршневого двигателя После запуска и прогрева поршневого двигателя устанавливают номинальный режим,на котором проверяют исправность работы двигателя как по контрольным приборам, так на слух. При этом лопасти должны быть установлены на Фmin (рычаг мощности (рычаг управления шагом пропеллера) в крайнем переднем положении), иначе двигатель не сможет выдать номинальную частоту вращения ротора. При проверке системы зажигания лопасти также находятся на упоре Фmin. Систему зажигания проверяют путем поочередного выключения магнето и по величине снижения частоты вращения судят об исправности ее работы. Если при этом пропеллер окажется хотя бы частично „за тяжеленным", то результаты проверки работы системы зажигания будут неправильными, так как падение частоты вращения, вызванное наличием неисправностей, будут компенсироваться облегчением пропеллера. После этого проверяют работу пропеллера и регулятора. Вначале производят два-три переключения пропеллера с малого шага на большой и обратно, перемещая рычаг мощности (рычаг управления шагом пропеллера) на себя от себя при неизменном положении рычага частоты вращения ротора двигателя. Частота вращения ротора двигателя должна следовать за изменением положения рычага мощности, то есть при перемещении рычага мощности назад (при „затяжелении” пропеллера) она должна уменьшаться, а при перемещении рычага вперед - увеличиваться. При этой операции производится прогрев масла в цилиндровой группе путем двух- трехкратного его обмена, что обеспечивает надежную работу системы регулирования. После прогрева цилиндровой группы проверяют работу пропеллера и регулятора неравновесной (заданной) частоте вращения. Для этого, перемещая рычаг мощности (рычаг управления шагом винта) назад (на себя), устанавливают некоторую (заданную) частоту вращения, а затем плавно перемещают рычаг частоты вращения на себя (назад) и от себя(вперед). Если бы система регулирования была идеальной, то частота вращения при изменении рычага частоты вращения должна оставаться постоянной. В реальных системах имеется некоторое запаздывание, в результате чего появляются забросы частоты вращения, то есть при снижении наддува она несколько уменьшается, а затем восстанавливается; при повышении наддува, наоборот, увеличивается с последующим восстановлением. Закончив проверку пропеллера и регулятора, пропеллер устанавливается на малый шаг для проведения дальнейшего опробования двигателя. 54.Найти шаг Hсечения лопасти r=90мм, при угле установки в 35º 55.Проверка работы пропеллера и регулятора турбовинтового двигателя Одновальный ТВД запускают на минимальном угле установки лопастей. ТВД со свободной турбиной можно запускать при нахождении лопастей пропеллера на любом угле установки лопастей. Двигатель после запуска прогревают на частоте вращения,соответствующей режиму земного малого газа, лопасти при этом продолжают оставаться на 𝜑min. Объем и порядок проверок, производимых при опробовании двигателя, определяются инструкцией по эксплуатации данного двигателя. После того, как частота вращения достигнет заданной по, дальнейшее передвижение РУД вперед вызывает увеличение мощности двигателя при неизменной частоте вращения. Очевидно, что при снижении режима работы двигателя (при перемещении РУД на себя) мощность двигателя и угол установки лопастей уменьшаются при n=const. Когда подача топлива в двигатель уменьшится настолько, что угол установки лопастей достигнет min, дальнейшее перемещение РУД на себя вызывает падение частоты вращения и мощности двигателя при 𝜑 min = const. Следовательно, перемещение РУД при n=n о вперед и назад вызывает изменение угла установки лопастей и маслообмен в цилиндровой группе. Перед каждым полетом, кроме указанных выше проверок работы пропеллера и регулятора, проверяют также исправность аппаратуры флюгирования. Объем и порядок выполнения этой операции определяется инструкцией по эксплуатации данного типа двигателя. Для большинства двигателей флюгирования проверяется: -от датчика измерителя крутящего момента (ИКМ); -от датчика отрицательной тяги; -путем частичного принудительного флюгирования пропеллера на работающем и остановленном двигателе. Аппаратура управления системой автоматического флюгирования пропеллера отдатчика ИКМ проверяют на земле на работающем двигателе. Для этого выводят двигатель на режим близкий к номинальному включают выключатель проверки системы по ИКМ,снимают пропеллер с упора, а затем переводят РУД в положение "Земной малый газ” 56.Режимы работы винтов Рассмотрим характерные режимы работы элемента лопасти винта (рис. 2.10). 1. Режим работы на месте и режим положительной тяги. При работе на месте V = 0. Сила тяги на элементе лопасти максимальна, так как угол атаки максимален. С увеличением поступательной скорости уменьшается угол атаки элемента лопасти и сила тяги. Это основной рабочий режим элемента лопасти, при котором лопасть обтекается потоком с положительными углами атаки. Режим положительной тяги называется пропеллерным (рис. 2.10, 1). Рис. 2.10. Режимы работы винта: 1 – пропеллерный; 2 – нулевой тяги; 3 – торможения; 4 – авторотации; 5 – ветряка 2. Режим нулевой тяги. При увеличении поступательной скорости уменьшается угол атаки элемента лопасти и полная аэродинамическая сила (она разворачивается к плоскости вращения, и ее составляющая Р уменьшается, приближаясь к нулю). Элемент лопасти работает с небольшим отрицательным углом атаки (–0,5...–1°). Этот режим характерен для планирования с высоты полета самолета при малых режимах. 3. Режим торможения. При дальнейшем увеличении поступательной скорости угол атаки элемента лопасти еще более уменьшается. Полная аэродинамическая сила будет направлена в сторону, обратную полету, отрицательная тяга небольшая. 4. Режим авторотации. При увеличении скорости полета полная аэродинамическая сила будет направлена по оси вращения винта против полета. Сила сопротивления вращению элемента лопасти в этом случае равна нулю. Винт мощность от двигателя не потребляет и не отдает, он вращается по инерции. Угол атаки отрицательный. 5. Режим ветряка. При больших значениях и отрицательных углах атаки полная аэродинамическая сила отклоняется еще больше, создается значительная отрицательная тяга, а сила сопротивления вращению элемента лопасти оказывается направленной в сторону вращения и, действуя относительно оси вращения, раскручивает вал двигателя. Все эти режимы винт проходит при отказе двигателя. Из пропеллерного режима винт уходит на режим ветряка и вращается в этом режиме. Если винт не флюгируется, то необходимо выдерживать наивыгоднейшую скорость планирования, при которой качество максимальное, и произвести посадку на ближайшем аэродроме. 57.Рассчитать тягу Р винта с КПД = 80%, при мощности двигателя 0,7 л.с. 58.Кинематические характеристики воздушного винта Кинематическими характеристиками пропеллера являются окружная U, поступательная V и результирующая скорости W сечения лопасти, углы атаки α и притекания струй β, коэффициент скорости . В полете сечение лопасти пропеллера совершает сложное движение - вращается с окружной скоростью = ω · r = 2·π· n ·r , где : - линейная окружная скорость движения сечения лопасти, [м/с ]; ω - окружная скорость вращения пропеллера, [1/с ]; r - радиус сечения лопасти, [м ]; n - частота вращения пропеллера [об/ мин, об/сек, 1/с ]; - движется поступательно со скоростью полета V, [км/ч, м/с ]. Окружная скорость Ur зависит от частоты вращения пропеллера ω и положения сечения по радиусу лопасти Чем дальше элемент лопасти находится от центра вращения воздушного винта, тем больше окружная скорость Ur. Вектор скорости Ur лежит в плоскости вращения и совпадает с направлением вращения лопасти. Поступательная скорость V– это скорость самолета. Вектор скорости V совпадает с направлением движения самолета. Результирующая скорость вращения элемента лопасти винта W равна геометрической сумме поступательной и окружной скоростей движения элемента лопасти и находится по правилу прямоугольного треугольника: . В действительности картина получается сложнее. Так как винт засасывает воздух и отбрасывает назад, ему сообщается дополнительная скорость ∆V , которую называют скоростью подсасывания. В результате истинная скорость W' и угол атаки будут отличаться от своих теоретических значений. 59.Соосные винты Воздушный винт – лопастный агрегат, вращаемый валом двигателя, создающий тягу в воздухе, необходимую для движения самолета. Воздушный винт преобразует крутящий момент на валу двигателя в аэродинамическую силу тяги. Воздушный винт состоит из ступицы, лопастей и укрепляется на валу двигателя с помощью специальной втулки (Рисунок4.1) Винт изменяемого шага имеет лопасти, которые во время работы могут при помощи гидравлического или электрического управления вращаться вокруг своих осей и устанавливаться под нужным углом к плоскости вращения. В современной авиации ВИШ имеют следующие разновидности: флюгерные, реверсивные, соосные, туннельные (Рисунок4.11). Рисунок4.11 Разновидности ВИШ Соосные винты состоят из двух ВИШ, расположенных друг за другом, вращающихся в разные стороны вокруг общей геометрической оси. Соосный винт имеет высокий к. п. д., так как отсутствуют потери энергии на закрутку потока за винтами, уравновешиваются реактивный и гироскопический моменты. 60.Найти относительную поступь винта диаметром D = 170мм, при n s 22’000 оборотах в минуту со скоростью 250 км/ч. 61.Аэродинамическая крутка лопасти При вращении лопасти каждый элемент вращается по своему радиусу и у каждого элемента своя окружная скорость. С увеличением радиуса вращения окружная скорость увеличивается. Из формулы создания подъемной силы скорость стоит в квадрате, значит и подъемная сила по радиусу будет возрастать в квадрате. Чтобы избавиться от чрезмерных изгибательных нагрузок с удлинением лопасти подъемную силу с увеличением радиуса вращения элементов необходимо уменьшать. Для этого применяют геометрическую и аэродинамическую крутку лопасти. Геометрическая крутка – это конструктивное уменьшение установочного угла сечения элементов лопасти от комлевого сечения к концевому. Аэродинамическая крутка – это чередование применяемых профилей от комлевого сечения к концевому. В конструкции лопасти вертолета Ми-8 применены профили NACA -230 (до радиуса 0,3) и NACA -230M до конца. Применив оба вида крутки лопасти, добились, что подъемная сила лопасти достигает своего максимума примерно к 0,7 радиуса, а затем плавно уменьшается практически к нулю. Концы лопастей при расчетных оборотах вращения несущего винта вращаются со скоростями, близкими к скорости звука. На больших скоростях начинают происходить волновые и срывные процессы, колебания типа Флаттер, что приводит к разрушению концов лопастей. |