ВОЗДУШНЫЕ ВИНТЫ

Бестолковому Джо нет никакого дела до винтов по той простой при­чине, что все они кажутся ему одинаковыми независимо от того, деревянные они или металлические и имеют ли они широкие или узкие лопасти, малый или большой диаметр, постоянный или переменный шаг. Единственное различие между ними, которое он замечает, заключается в числе лопастей. Ему никогда не приходило в голову, что один винт может иметь более вы­сокий коэфициент полезного действия, чем другой, и что винт должен соот­ветствовать мотору и самолету. Таких «знаний» для вас, конечно, недостаточ­но, и я несколько подробнее расскажу вам о винтах не потому, что я хочу, чтобы вы сами занялись конструированием их, а потому, что вам полезно знать, как винты действуют.

Первое время винты делались деревянными, имели постоянный шаг и удовлетворяли тем требованиям, какие к ним тогда предъявлялись. Но с увеличением размеров самолетов и мощности моторов оказалось необ­ходимым повысить коэфициент полезного действия винтов. 0 непрерывным увеличением мощности моторов увеличивались и размеры винтов, хотя они и ограничиваются размерами самолета, на который устанавливается винт, максимальным числом оборотов, развиваемым мотором на полном газу,, и окружной скоростью лопастей винта. Наибольшая окружная ско­рость лопастей винта, которую можно достичь без понижения коэфициента его полезного действия, равна примерно 300 м/сек.

Может быть, я должен объяснить бестолковому Джо, что коэфициент полезного действия винта равен отношению полезной мощности, затрачивае­мой на передвижение самолета, к мощности, передаваемой на винт мотором. Если из-за скольжения винта, трения или каких-либо других причин те­ряется 20% работы, передаваемой мотором на вал винта, то коэфициент полезного действия винта равен 80%.

Предположим, что самолет летит со скоростью 288 км/час или 80 м/сек. Пусть общее сопротивление воздуха или лобовое сопротивление самолета равно 450 кг.

В этом случае

Полезная мощность = (■СК°Р°СТЬ 80 *М)Х (лоботое сопротивление^,*) = 4gQ л> с>

Если коэфициент полезного действия винта равен 80%, то эффективная мощность, которую мотор должен передавать на вал винта, составляет:

rwr (полезная мощность 480 л. с.)УЮ0

Оффективная мощность = ———————— ————— ———— = 600 л. с.

Бестолковый Джо думает, что «коэфициент полезного действия» винта это нечто такое, над чем ему нечего ломать себе голову. Однако он оши­бается. Выбор подходящего винта для данного мотора, винта, имеющего наибольший коэфициент полезного действия при работе на вашем само­лете, — дело первостепенной важности и может дать значительную эко­номию горючего. Предположим, например, что при крейсерской скорости 288 км/час вы пользуетесь винтом с коэфициентом полезного действия не 80%, как обычно, а 70%. Если при крейсерской скорости мотор разви­вает 500 л. с., то ваш винт растрачивает зря 10% мощности, или 50 л. с. А в переводе на горючее это означает, что за каждый час полета вы те­ряете примерно 15 л горючего. Если вы, предполагая лететь че­тыре часа, возьмете горючего в обрез, то вы не долетите 80 км до места пред­полагаемого назначения, и все это из-за меньшего коэфициента полезного действия винта.

Винт фиксированного шага может иметь высокий коэфициент полезного действия при взлете, или при подъеме, или на рабочей высоте, но коэфи­циент его полезного действия не может быть одинаково высоким на всех режимах полета. Крупный шаг вперед представляет винт изменяемого шага с двумя положениями лопасти. Пользуясь установкой на малый шаг, вы можете получить лучшие результаты при взлете. На крейсерской высоте полета вы можете уменьшить число оборотов мотора до нормального, установив винт на большой шаг. Однако винт с двумя положениями лопа­стей не позволяет извлечь из мотора полную мощность, так как на режиме взлета малый шаг выбирается таким, чтобы не допускать чрезмерного увели­чения числа оборотов при подъеме, и в течение большей части периода взлета он будет удерживать мотор на числе оборотов меньше номинального.

Лучшие результаты дает винт изменяемого шага с постоянным числом оборотов, у которого лопасти автоматически устанавливаются на угол, необходимый для поддержания постоянного числа оборотов при любом режиме полета. Этот винт обладает примерно одинаковым коэфициентом полезного действия при взлете, при наборе высоты, на крейсерской и на максимальной скоростях, а также во время пикирования и фигурных по­летов. Этот винт по существу является регулятором числа оборотов мотора.

Шаг винта с постоянным числом оборотов непрерывно изменяется в за­висимости от режима полета. При небольшой нагрузке на винт шаг винта увеличивается; с увеличением нагрузки шаг винта уменьшается. Шаг винта регулируется центробежным регулятором, соединенным с мотором. Вы устанавливаете регулятор вручную на любое желаемое число оборотов, а дальше все происходит автоматически. Если мотор имеет тенденцию увели­чить число оборотов, регуляторувеличивает шаг винта и таким образом удер­живает скорость вращения в заданных границах.

Я уже упомянул о том, что размеры винта ограничены размерами са­молета, числом оборотов в минуту мотора и предельно допустимой окруж­ной скоростью лопастей. Этот предел можно обойти несколькими способами. Так, например, в случаях, когда применение двухлопастного винта при­вело бы к практически недопустимому диаметру винта, оказались вполне удовлетворительными трехлопастные винты. Хотя трехлопастный винт имеет коэфициент полезного действия примерно на 2% меньший, чем двух­лопастный, он развивает большую тягу при взлете и менее склонен к виб­рациям (особенно при скольжении на крыло или при резких маневрах). На моторах высокой мощности устанавливают редуктор числа оборотов — понижающую передачу между коленчатым валом мотора и винтом. Несмотря на некоторые механические потери в редукторе, эта передача повышает ко­эфициент полезного действия винта и значительно улучшает скороподъем­ность самолета. Выбор винта с более широкими лопастями или винта боль­шего диаметра обусловливается назначением самолета. Самолет, предназна­ченный для полетов на большой высоте, нуждающийся в большой скоро­подъемности, должен иметь винт наибольшего диаметра, допускаемого окружной скоростью лопастей и высотой расположения втулки винта над землей. Если главное значение имеет большая скорость самолета, то винту с большим диаметром предпочитают винт с широкими лопастями.

Выбор винта, наиболее подходящего к данному самолету, конечно, дело инженера-конструктора, но вам полезно будет узнать, на чем же осно­вывается этот выбор. Винты с постоянным числом оборотов больше подхо­дят для тяжело нагруженных самолетов с высокими летными характери­стиками. Винты с постоянным шагом, более дешевые и легкие, подходят для легких самолетов со средними летными характеристиками.

Вам может быть интересно будет узнать, что современный винт имеет удельный вес от 0,16 до 0,22 кг на лошадиную силу. Опыт показал, что

. Винт Кертисса изменяемого шага с постоянным числом оборотов и с установкой лопастей во „флюгерное"положение

Рис. 200.

увеличение веса винта там, где это практически допустимо, увеличивает срок его службы.

Выбор винта для новейших типов самолетов, предназначенных для полетов в субстратосфере на больших скоростях, представляет трудную задачу. Теоретически диаметр винта должен увеличиваться пропор­ционально уменьшению плотности воздуха, чтобы обеспечить полное поглощение винтом мощности мотора (при условии сохранения этой мощ­ности с подъемом на высоту постоянной). Диаметр винта, работаю­щего на высоте, где плотность воздуха вдвое меньше, чем на уровне моря, должен быть (теоретически) вдвое больше, чем винта, работающего на уров­не моря. Фактически такое изменение диаметра винта на современных само­летах неосуществимо, и задачу приходится решать применением винтов с изменяющимся в полете шагом и увеличенным числом лопастей. Это со­провождается некоторым понижением коэфициента полезного действия, но зато позволяет обойтись без увеличения диаметра винта.

Я должен напомнить, что ваш винт всегда должен находиться в состоя­нии полной статической уравновешенности: все его лопасти должны иметь одинаковый вес. Винт должен быть установлен в плоскости, строго пер-

пендикулярной оси его вра­щения. При малейшей раз­нице в весе лопастей или при малейшем отклонении их от плоскости, перпендикуляр­ной оси вращения, возни­кают вследствие появления значительных неуравнове­шенных центробежных сил сильнейшие вибрации, при­водящие к усталости метал­ла, его кристаллизации и ослаблению, и в конце кон­цов к аварии. А это весьма нежелательно, что понимает даже бестолковый Джо.

Вы лучше поймете, какой величины достигают центро­бежные силы при вращении винта, если я скажу вам, что при нормальном числе оборотов мотора мощ­ностью около 500 л. с. лопасть винта, весящая 50 кг, подвергается у корня отрывающему действию центробежной силы в 18 000 кг.

Срок службы современного винта достигает примерно 5 000 час. или больше; но вы можете сократить или удлинить этот срок в зависимости от качества ухода за вашим винтом.

Рис. 200. На этом рисунке показан винт-автомат Кертисса изменяе­мого шага с постоянным числом оборотов с электрическим приводом и установкой лопасти во «флюгерное» положение. Число оборотов поддержи­вается автоматически постоянным посредством регулятора с приводом от мотора. Число оборотов винта можно менять в пределах, допускаемых нормальными режимами работы мотора, изменяя настройку регулятора.

Можно также изменять шаг винта по своему усмотрению посредством ручного переключателя, например в то время, когда вы проверяете работу мотора, наблюдая влияние изменения состава смеси и степени открытия дросселя на число оборотов мотора. Конечно, автоматическая регулировка избавляет вас от всякой заботы о перемене шага винта во время полета. Нечего говорить, насколько это удобно.

На приборной доске рядом с рычагом для установки шага винта имеется ручка для установки лопасти во «флюгерное» положение (см. рис. 203—204).

Рис. 201. Шаг винта изменяется электромотором, расположенным перед втул­кой винта. Этот моторчик имеет два поля с противопо­ложными обмотками, из ко­торых каждое, будучи воз­буждено током, заставляет моторчик вращаться в том или другом направлении, та­ким образом увеличивая или уменьшая шаг винта.

Для увеличения точно­сти установки лопасти на переднем конце оси якоря мотора установлен пружин­ный тормоз, который автома­тически застопоривает меха­низм, поворачивающий ло­пасти винта, как только ток выключен.

Рис. 202. Электромотор соединен с главной кониче­ской шестерней, сцепленной с шестернями лопастей вин­та, посредством понижающей передачи планетарного типа.

При установке лопастей во «флюгерное положение», когда требуется более быстрый поворот лопастей, мотор работает на повышенном вольтаже.

Рис. 203 и 204. Вы поймете, что такое установка лопастей во «флюгер­ное» положение, взглянув на эти рисунки. При помощи ручного рубильника лопасти винта поворачиваются под углом 85—90° к плоскости вращения винта.

Лопасти устанавливаются в такое положение при аварии мотора в по­лете. «Флюгерное» положение лопастей уменьшает сопротивление воздуха, препятствует вращению остаhqвившегося мотора и таким образом сберегает мощность еще действующего мотора (или моторов). Обычный винт при ава­рии мотора продолжает вращаться под действием встречного воздушного потока, подобно крыльям ветряной мельницы. Это повышает лобовое со­противление, которое должны преодолевать работающие моторы. «Само­

вращающиеся» винты могут также вызвать сильные вибрации, которые могут стать чрезвычайно опасными, особенно в случае какого-либо повреж­дения самолета. Если лопасти винта повернуты перпендикулярно плоско­сти вращения, — во «флюгерное положение», то эта опасность полностью устраняется.

В некоторых случаях вы, может быть, пожелаете остановить исправный мотор и установить лопасти винта во «флюгерное» положение. При этом обязательно выключайте подачу горючего и дайте мотору выработать го­рючее, прежде чем начинать разворачивать лопасти.

Я хочу обратить ваше внимание еще на два-три вопроса, относящиеся к винтам. При посадке, например, устанавливайте число оборотов винта на нормальное, для того чтобы, когда вы приближаетесь к земле с прик­рытыми дросселями, лопасти винтов были установлены на малый шаг. Эта мера предосторожности позволит вам сразу получить от мотора полную мощность, если, например, вы «промажете» место посадки и если вам при­дется снова лететь.

Обязательно требуйте осмотра винта, регулятора и системы управления ими через определенные промежутки времени.

Полезно при каждой переборке мотора разбирать и полностью осматри­вать и смазывать регулятор и винт.

Не у всех винтов с постоянным числом оборотов лопасти перестанавли­ваются при помощи электричества. У некоторых типов винтов шаг лопасти меняется гидравлическим поршнем, на который действует масло под да­влением.

Бестолковый Джо хочет, чтобы я прочитал ему полный курс обращения с винтом постоянного числа оборотов. Он хочет, чтобы я разжевал ему все так, чтобы ему не пришлось приложить ни малейшего труда на изучение винта изменяемого шага. Но я, объяснив принцип действия винта изменя­емого шага и показав его влияние на работу самолета, полагаю, что бес­толковый Джо может теперь сам подумать над этими вопросами,

Во время полетов ожидание неожиданного иногда избавляет вас от больших хлопот.