Момент сопротивления НВ и его составные части

Воздушный винт (пропеллер - англ. propeller, от лат. propello - гоню, толкаю вперед) создает при вращaении аэродинамическую силу Та которая служит силой тяги у самолета с винтомоторной силовой установкой или подъемной силой и силой тяги у вертолета.

Рис. 1.4.1 К объяснению принципа работы винта

Лопасть винта можно рассматривать как крыло, совершающее вращательное (относительно оси втулки винта) и поступательное (в направлении, перпендикулярном плоскости вращения) движение. При этом на любой элементарный участок лопасти длиной dr (спрофилированный аналогично профилю крыла) будет набегать воздушный поток с истинной скоростью W (рис. 1.4.1,б), определяемой как геометрическая сумма окружной скорости вращения U=ωr=2πrn и скорости потока V вдоль оси винта. Здесь используются обозначения:ω - угловая скорость вращения винта, рад/с;

n - частота вращения (число оборотов винта в секунду), с-1;

V - скорость потока, проходящего через плоскость вращения винта (скорость полета в направлении полета винта), м/с.

При работе винта на месте (в режиме вентилятора) V - это скорость подсасывания струи винтом. Таким образом, поток обтекает элемент лопасти под углом атаки α, отличающимся от угла установки (установочного угла сечения винта) φ на угол β, называемый углом притекания струи. Естественно, что при работе винта на месте a = j. На каждом элементе лопасти винта возникает элементарная аэродинамическая сила, которую по аналогии с аэродинамической силой крыла можно записать в виде

где CRa - коэффициент полной аэродинамической силы элемента лопасти;

dS - площадь элемента лопасти в плане.

Проекция этой силы на направление полета dТа называется элементарной силой тяги. Проекция на плоскость вращения винта dXа, препятствующая его вращению, называется элементарной силой сопротивления вращению. Система элементарных сил приводится к равнодействующим силам: Ta, которая является силой тяги винта, и паре сил Xa, момент которых относительно оси винта препятствует его вращению и называется моментом торможения или моментом сопротивления вращению винта. Для преодоления этого момента к валу винта должен быть приложен крутящий момент от двигателя. Так же, как и аэродинамические силы крыла, сила тяги винта зависит от его геометрических параметров: формы профилей, из которых набрана лопасть, и распределения их по размаху лопасти (крутки лопасти); формы в плане и размеров лопасти (длины CAX лопасти, диаметра винта и, соответственно, площади, ометаемой винтом); числа лопастей винта.

Изменять силу тяги винта можно изменением частоты вращения (числа оборотов) винта и изменением угла установки лопасти φ. При увеличении числа оборотов увеличивается не только истинная скорость обтекания лопасти W за счет увеличения окружной скорости U (см. рис. 1.4.1,б), но и угол атаки лопасти α.

К увеличению угла атаки лопасти приводит и увеличение угла установки лопасти j или, как принято говорить, увеличение шага винта H (см. рис. 1.4.1,а).