2.3. Режимы работы винта
При обтекании лопасти потоком каждый элемент аналогично элементу крыла создает полную аэродинамическую силу, которую удобно разложить на составляющие – силу тяги (Рв) и силу сопротивления вращения (Хвр).
Сила Хвр создает момент сопротивления вращению, на преодоление которого должен быть затрачен вращающий момент двигателя. Таким образом, сила Хвр является «вредной» (направлена против вращения), а сила Рв, идущая на преодоление лобового сопротивления самолета, – полезной.
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.
2.4. Работа винта при увеличении скорости полета
При работе винта на месте, когда V = 0, угол атаки элемента лопасти равен углу установки. С увеличением поступательной скорости полета угол атаки элемента лопасти уменьшается. При постоянной скорости полета с увеличением частоты вращения угол атаки элемента лопасти винта увеличивается.
Направление результирующей скорости набегающего потока зависит от соотношения скоростей V и U, от этого зависит и угол атаки элемента лопасти винта.
Рассмотрим зависимость угла атаки элемента лопасти винта от изменения скорости полета (рис. 2.11) при постоянной частоте вращения двигателя.
Рис. 2.11. Работа винта при увеличении скорости полета
В процессе разбега и взлета самолета угол установки лопасти винта увеличивается, угол атаки лопасти уменьшается, тяга винта становится меньше.