Лекции по аэродинамике. Учебное пособие по аэродинамике содержание содержание 2 раздел I. Основы аэродинамики 4 Тема основные понятия и законы аэродинамики 4 Классификация летательных аппаратов 5 атмосфера земли 6
 Скачать 9.65 Mb.
|
Тема 1.4. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА САМОЛЕТАОбщая характеристика воздушных винтовСиловая установка предназначена для создания силы тяги, необходимой для преодоления лобового сопротивления и обеспечения поступательного движения ЛА. Сила тяги создается установкой, состоящей из двигателя, движителя (воздушного винта) и систем. Воздушный винт, применяемый на самолетах для создания силы тяги, называется гребным винтом, в отличие от несущего винта, применяемого на вертолетах. Воздушные винты используются не только на летательных аппаратах, но и на глиссерах, аэросанях, аппаратах на воздушной подушке. Идея применения воздушного винта на летательном аппарате возникла давно. Еще в XV веке Леонардо да Винчи создал проект летательного аппарата с несущим винтом, который приводился в действие мускульной силой человека. В 1754г. М.В. Ломоносовым была построена модель вертолета, названная им «аэродинамической машинкой», на которой использовались так называемые соосные винты, приводимые в действие часовой пружиной. Теория воздушного винта разработана Н. Е. Жуковским и его учениками. В настоящее время воздушные винты на многих самолетах заменены реактивными двигателями, создающими тягу непосредственно, без помощи винта. Однако для полетов на дозвуковых скоростях воздушные винты, работающие от поршневых и газотурбинных двигателей, продолжают широко применяться. 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. Винты классифицируются: по числу лопастей: на двух-, трех-, четырех- и многолопастные; по материалу изготовления: надеревянные, металлические; по направлению вращения: левого и правого вращения; по расположению относительно двигателя: натянущие и толкающие; по форме лопастей: на обычные, саблевидные, веслообразные; по типам: на фиксированные, неизменяемого и изменяемого шага. Воздушный винт состоит из ступицы, лопастей и укрепляется на валу двигателя с помощью специальной втулки (Рисунок4.1) .  Рисунок 4.1 Воздушный двухлопастный винт неизменяемого шага Винт неизменяемого шага имеет лопасти, которые не могут вращаться вокруг своих осей. Лопасти со ступицей выполнены как единое целое. Винт фиксированного шага имеет лопасти, которые устанавливаются на земле перед полетом под любым углом к плоскости вращения и фиксируются. В полете угол установки не меняется. 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. По диапазону углов установки лопастей воздушные винты подразделяются: на обычные, у которых угол установки изменяется от 13 до 50°, ониустанавливаются на легкомоторных самолетах; на флюгерные,у которыхугол установки меняется от 0 до 90°; на тормозные или реверсные винты, которыеимеют изменяемый угол установки от –15о до +90о. Таким винтом создают отрицательную тягу и сокращают длину пробегасамолета. Работа воздушного винта основана на тех же принципах, что и крыло самолета: по третьему закону Ньютона винт, вращаясь, отбрасывает массу воздуха назад вдоль своей оси. Реакцией движущейся массы воздуха является тяга винта. Чем больше масса и скорость отбрасываемого воздуха, тем больше развиваемая винтом тяга. Геометрические характеристики винтаЛопасти при вращении создают такие же аэродинамические силы, что и крыло самолета. На аэродинамику винта влияют его геометрические характеристики. Форма лопасти в плане: наиболее распространенная – симметричная и саблевидная (Рисунок 4.2).  Рисунок 4.2 Формы воздушного винта: а - профиль лопасти, б - формы лопастей в плане Диаметр винта D- это диаметр окружности, описываемой концами лопастей при вращении винта (Рисунок4.3). На тяжелых самолетах диаметр винта может достигать 5 – 6 м. Число лопастей. В зависимости от передаваемой мощности число лопастей винта может быть от 2 до 4. При большем числе лопастей эффективность винта снижается вследствие вредной интерференции между лопастями. При числе лопастей более 4-х лопасти придается особая форма. Профиль лопасти. Сечения рабочей части лопасти имеют крыльевые профили. Профиль лопасти характеризуется хордой, относительной толщиной и относительной кривизной. Для большей прочности применяют лопасти с переменной толщиной – с постепенным утолщением к корню. Хорды сечений лежат не в одной плоскости, так как лопасть выполнена закрученной. Ребро лопасти, рассекающее воздух, называется передней кромкой, а заднее – задней кромкой. Плоскость, перпендикулярная оси вращения винта, называется плоскостью вращения винта (Рисунок 4.2). Г  еометрический шаг винта - это расстояние, которое движущийся поступательно винт должен пройти за один свой полный оборот, если бы он двигался в воздухе как в твердой среде (Рисунок4.3,а). Рисунок 4.3,а Диаметр, радиус, геометрический шаг воздушного винта Угол установки лопасти винта - это угол наклона сечения лопасти к плоскости вращения винта (Рисунок 4.2 ). Для определения шага винта представим, что винт движется в цилиндре, радиус R которого равен расстоянию от центра вращения винта до точки Б на лопасти винта (см. Рисунок4.3.а). Тогда сечение винта в этой точке опишет на поверхности цилиндра винтовую линию. Р  азвернем отрезок цилиндра, равный шагу винта Н по линии «БВ». Получится прямоугольник, в котором винтовая линия превратилась в диагональ этого прямоугольника «ЦБ» (Рисунок4.3,б).Рисунок 4.3,б Развертка винтовой линии Рисунок4.3,б Развертка винтовой линии Эта диагональ наклонена к плоскости вращения винта «БЦ» под углом . Из прямоугольного треугольника «ЦВБ» находим, чему равен шаг винта: H =2 πrtgφ. Шаг винта будет тем больше, чем больше угол установки лопасти . Винты подразделяются на винты с постоянным шагом вдоль лопасти (все сечения имеют одинаковый шаг) и с переменным шагом (сечения имеют разный шаг). Шагом винта считается шаг сечения, находящегося на расстоянии от центра вращения, равном 0,75R, где R – радиус винта. Этот шаг называется номинальным. Поступь воздушного винта – это действительное расстояние, на которое движущийся поступательно винт продвигается в воздухе вместе с самолетом за один свой полный оборот (Рисунок4.3,а). Если скорость самолета V, а число оборотов винта в секунду n , то поступь винта На можно найти по формуле: Ha=  .Поступь винта несколько меньше геометрического шага винта. Это объясняется тем, что винт как бы проскальзывает в воздухе при вращении ввиду низкого значения его плотности. Разность между значением геометрического шага и поступью воздушного винта называется скольжением винта и определяется по формуле: S=H-Ha. |