Технические параметры и устройство винта самолета
Винт самолета (пропеллер) представляет собой агрегат, приводимый в действие двигателем. За счет вращения возникает тяговая сила, заставляющая летательный аппарат двигаться. Винтовые самолеты обладают как преимуществами, так и недостатками. Они гораздо экономичнее реактивных аналогов, однако при этом у них имеется ряд конструктивных ограничений.
Зачем самолету винт?
Самолетный винт ответственен за преобразование крутящего момента двигателя в тяговую силу. Сочетание двигателя с пропеллером именуется винтомоторной установкой. Винт состоит из лопастей, которые при вращении захватывают воздух и отбрасывают его назад.
Воздушные винты подразделяются на тянущие и толкающие. При создании самолетов толкающие пропеллеры применяются крайне редко. Винтовые изделия применяются также для создания вертолетов, винтокрылов, винтопланов и автожиров. Для их поднятия в воздух используются несущие и рулевые изделия.
Отдельно стоит выделить винтопланы, которые сочетают в себе характеристики самолета и вертолета за счет поворотных двигателей. Лопасти несущих винтов винтоплана могут преобразовывать крутящий момент как в тянущую, так и в подъемную силу.
Технические параметры и устройство винта самолета
Пропеллер состоит из ступицы и лопастей. Количество лопастей может быть от 2 до 8. Изделие создается из высокопрочного материала. Как правило, используется термообработанный алюминиевый сплав. Скорость вращения воздушного пропеллера может составлять 1200 оборотов в минуту, поэтому для создания применяются максимально прочные материалы.
Среди основных технических характеристик изделия выделяют:
- угол установки лопастей;
- шаг;
- угол атаки;
- поступь.
Работа пропеллера приводит к появлению разворачивающего эффекта. Среди причин появления данного эффекта выделяют реактивный и гироскопический момент винта, а также закручивание струи воздуха. Для того чтобы противостоять разворачивающему эффекту, винтовые самолеты делаются асимметричными.
Тяга воздушных винтов варьируется за счет изменения оборотов двигателя или шага винта. Изменение шага позволяет изменять тягу, не меняя оборотов двигателя. Стоит отметить, что увеличение оборотов, и как следствие, ускорение вращения пропеллера, считается наиболее быстрым способом увеличить тягу.
КПД воздушных винтов составляет примерно 85%. КПД называется отношение полезной мощности к мощности двигателя. Несмотря на высокий КПД, у них имеются недостатки, среди которых выделяют повышенный уровень шума и так называемый эффект запирания (тяга винта после определенных оборотов двигателя перестает увеличиваться, несмотря на возрастание мощности).
Виды самолетных винтов
Для создания винтовых самолетов практически всегда применяются только тянущие варианты. В более редких случаях можно встретить самолеты с толкающими пропеллерами. Толкающие винтовые изделия располагаются в задней части самолета. Стоит отметить, что КПД тянущего винта больше, чем у толкающего.
Несущий вид не встречается на самолетах. Исключением является гибрид, который именуется винтопланом. Лопасти несущих винтов конвертоплана обладают большей длиной. Их примерный размер сопоставим с лопастями вертолета.
Винты с разным количеством лопастей
Лопастной винт самолета должен обладать высокой прочностью и надежностью. Для создания безопасных воздушных суден применяются винтовые изделия с регулируемым шагом, который позволяет изменять положение лопастей. При необходимости это позволяет осуществить флюгирование, чтобы уменьшить лобовое сопротивление при отказе двигателя.
На современном самолете может быть до 4 винтомоторных установок. Средняя скорость винтовых самолетов составляет 500 километров в час. Быстрейшим турбовинтовым самолетом считается Ту-95.
Преимущества и недостатки
Среди главных преимуществ выделяют высокий коэффициент полезного действия и низкий расход топлива у винтовых самолетов. Среди недостатков использования винтомоторных установок выделяют:
- низкую скорость судна;
- высокую шумность;
- ограничения эксплуатационного характера.
Из-за низких скоростей винтовых самолетов их применяют только для ограниченного ряда задач. Турбовинтовые самолеты практически не применяются в пассажирской авиации. В большинстве случаев их используют для транспортировки грузов.
Как пулемет стреляет через винт самолета?
Первые военные истребители были винтовыми. Авиационные инженеры столкнулись с проблемой вращающегося пропеллера. Покрывать огнем цели, находящиеся во фронтальной области, было невозможно. Первое решение проблемы — металлические уголки на лопастях. Если пуля попадала в лопасти, то она рикошетила, при этом не нанося вреда винтовому изделию и экипажу самолета.
Более продвинутое решение изобретено нидерландским авиаконструктором. Для решения поставленной задачи стал использоваться синхронизатор стрельбы. Посредством этой разработки полностью решалась проблема. Стрельба велась только в нужный момент, когда лопасти винтового изделия не мешали выстрелу. Специализированный синхронизатор определял момент вылета пули. Синхронизатор стрельбы уменьшал скорострельность, но при этом позволял вести огонь прямо через лопасти винта несущегося самолета.
На современных истребителях используются реактивные двигатели, поэтому потребности в применении синхронизаторов нет. Винтовые гражданские и военные самолеты не несут на себе пулеметов, поэтому эта проблема их тоже не касается.
Отличия винта от пропеллера
Воздушные винты и пропеллеры являются равнозначными понятиями в авиации, однако винтовые изделия используются во многих других сферах. Лопастные изделия используются при создании:
- кораблей;
- ветряных мельниц;
- турбин;
- гидроэлектростанций.
Пропеллером называются только винтовые изделия, которые применяются для создания самолетов. Например, лопасть несущего винта вертолета нельзя назвать пропеллером. Зная об основных отличиях, можно будет легко классифицировать изделие.
Перспективные разработки
Авиаконструкторы стараются избавиться от недостатков винтовых самолетов. Среди наиболее перспективных разработок выделяют:
- турбовентиляторный двигатель;
- саблевидные лопасти;
- разработка сверхзвуковых воздушных изделий.
Разработка турбовентиляторного двигателя — реализованный проект, который позволил получить высококачественные двигатели. Многие турбовентиляторные двигатели сейчас используются на пассажирских авиалайнерах. Эти двигатели отличает повышенная экономичность, что является существенным фактором в пассажироперевозках.
Для решения проблемы эффекта запирания крутящий момент двигателя разделяется между двумя соосными винтовыми изделиями. Таким образом достигается более высокая скорость при полете. Наиболее успешным самолетом, который использует данный метод, считается Ту-95. Стоит отметить, что для решения проблемы реактивных моментов на вертолете также используются соосные лопасти несущих винтов.
Создание усовершенствованных винтомоторных установок ведется до сих пор, однако составить конкуренцию турбовентиляторным или реактивным вариантам они не могут. Несмотря на это, винтовые судна обладают некоторыми особенностями, которые позволяют использовать их для решения узкоспециализированных задач.
В какую сторону вращается пропеллер у самолёта
Пропеллером называют лопастной агрегат, работающий в воздушной среде и приводимый во вращение двигателем. Он является движителем, преобразующим крутящий момент двигателя в движущую силу тяги летательных аппаратов — самолётов, автожиров, цикложиров и вертолётов с поршневыми и турбовинтовыми двигателями. Воздушный винт, работающий в качестве движителя, в сочетании с двигателем образуют так называемую винтомоторную установку.
Лопасти винта, вращаясь, захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению. Перед пропеллером при этом создаётся зона пониженного давления, за винтом — повышенного. В зависимости от способа использования воздушные винты делятся на тянущие и толкающие, а в зависимости от наличия возможности изменения шага лопастей — на винты фиксированного и изменяемого шага.
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. На одномоторных самолётах винт, как правило, вращается по часовой стрелке, если смотреть на него спереди. Вероятнее всего, эта традиция сохранилась с тех времен, когда двигатель запускали, раскручивая винт вручную, ведь правше удобнее браться за лопасть справа и тянуть ее вниз.
Для небольших двухмоторных самолётов обычно действует то же правило. На тяжёлых четырехмоторных транспортных самолётах вроде Airbus A400M или Hercules C-130 пропеллеры вращаются в противоположных друг другу направлениях. На самых мощных турбовинтовых самолётах, к примеру, Ан-22 и Ту-95, на каждый двигатель и вовсе ставят сдвоенные винты, которые вращаются навстречу друг другу.
Для чего в самолете нужен небольшой загадочный винт
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
Как можно было уже догадаться, маленький пропеллер, торчащий из фюзеляжа самолета – это вовсе не предмет гардероба Карлсона, который живет на крыше. Данное приспособление называется «авиационная аварийная турбина» («ram air turbine») или просто RAT и является запасным электрическим генератором и гидравлическим насосом. Необходим в самолете RAT для того, чтобы в аварийной ситуации машина не лишилась электропитания, а также сохранила возможность поддерживать давление в гидравлической системе бустерного управления.
Выпуск аварийной турбины осуществляется автоматически, как только происходит отказ основного и запасного источников питания. Также RAT выпускается в том случае, если в самолете появляются проблемы с гидравлической системой (или происходит ее полный отказ). На борту самолета также есть механизм для ручного принудительного выпуска RAT. Примечательно, что первоначально аварийная турбина ставилась только на военных самолетах, однако сегодня ее ставят и на гражданские машины.
Принцип действия авиационной аварийной турбины очень прост. По сути, это обычный ветрогенератор, источник «чистой» энергии, который работает за счет раскручивания подвижных элементов потоками воздуха. Электричества производимого RAT вполне достаточно для того, чтобы не дать самолету потерпеть крушение при выходе из строя упомянутых выше узлов и агрегатов.
Как правило, габариты пропеллера RAT лежат в пределах 80-90 см. На военных машинах они еще меньше. Мощность генератора в зависимости от модели самолета варьируется от 5 до 70 кВт. Самая большая аварийная турбина в наше время стоит на самолетах Airbus А380 – габариты пропеллера составляют 1.63 метра. В некоторых советских самолетах аварийной турбины не было, так как вместо нее использовалась система автоматической ротации, которая выполняет те же самые функции.
Если хочется узнать еще больше интересного, стоит почитать о том, почему ИЛ-96 не используют для перевозок пассажиров , если на нем даже президент летает.