Ваш лучший винт

К сожалению, опыт изготовления воздушных винтов на любительских конструкциях за редким исключением не заслуживает повторения. И пожалуй, главная причина неудач в несогласованности параметров воздушного винта с чертями двигателя. Значительно чаще самодеятельные конструкторы создают через чур «тяжелые» в аэродинамическом отношении винты, в следствии чего двигатель не развивает полной мощности и тяга выясняется недостаточной.

Предлагаемый способ определения геометрических параметров воздушных винтов разрешает максимально упростить задачу подбора их размеров, снабжающих при относительно высоком КПД возможность самый полно применять мощность двигателя.

При проектировании воздушных винтов направляться иметь в виду, что тяга винта при верно выбранных сечениях и шаге лопасти зависит от его мощности и диаметра на его валу (см. рис. 1).

Максимально допустимый диаметр определяется по рисунку 2. Он ограничивается, не считая конструктивных мыслей (с повышением диаметра возрастают габариты автомобили), в основном окружной скоростью финиша лопасти: для винтов с древесными лопастями — кривая А, для железных — кривая Б.

Превышение окружной скорости сверх рекомендуемой приводит к волновому сопротивлению из-за сжимаемости воздуха, быстро снижающее КПД винта и значительно уменьшающее запас прочности благодаря возрастающих центробежных сил.

Рис. 1. График взаимозависимости между диаметром винта, тягой и мощностью.

Рис. 2. График взаимозависимости между частотой и диаметром винта его вращения.

Рис. 3. Тяга по скорости для мощности 17,5 л. с. (винты диаметром 1 и 2 м).

По рисунку 2 для выбранного диаметра винта возможно выяснить максимально допустимую частоту его вращения.

К примеру, в случае если двигатель развивает большую мощность при 4500 об/мин, то нужно либо выбрать диаметр воздушного винта 1 м, либо, в случае если тяга винта с O1 м недостаточна, установить винт большего диаметра и понижающий редуктор. При установке редуктора направляться учитывать его коэффициент нужного действия: мощность, подводимая к винту, значительно уменьшается на величину утрат в передаче.

Значения же КПД таковы: шестеренчатая одноступенчатая передача с прямозубыми шестернями (цилиндрическими) равна 0,99; с прямозубыми коническими шестернями — 0,98. Необходимо заметить, что КПД шестеренчатой передачи падает при понижении точности ее сборки и изготовления, доходя до 0,94 а также до 0,9.

КПД клиноременной передачи — в пределах 0,95—0,97; цепной — 0,94—0,98.

В случае если КПД передачи с учетом трения в подшипниках равняется 0,9—0,8, то тяга составит (соответственно) 0,94—0,86 от тяги, определенной по рисунку 1. С повышением скорости перемещения автомобили тяговое упрочнение воздушного винта падает. В зависимости от диаметра тяга по скорости изменяется различно.

На рисунке 3 продемонстрировано изменение тяги по скорости воздушных винтов с фиксированным шагом № 1 с O 1 м и № 2 с O 2 м, при постоянной мощности 17,5 л. с. На графике видны преимущества по тяге воздушного винта с 02 м, впредь до скорости 83 км/ч, а при КПД передачи 0,8 — до скорости 72 км/ч. На скорости больше указанной преимущество имеет винт с O1 м. При встречном ветре 10 м/с (36 км/ч) преимущество винта с O 2м сохраняется до скорости перемещения, меньшей на величину скорости ветра, другими словами до 36 км/ч.

Рассмотренный пример дает наглядное представление о взаимозависимости диаметра винта, поступательной скорости транспортного средства (при постоянной мощности) и развиваемой им тяги. Для глиссеров винтов и воздушных аэросаней, имеющих маленькие скорости перемещения, расчет рекомендуется создавать для условий работы винта на месте, другими словами для V = 0.

Следующим этапом при проектировании есть определение ширины лопастей, их числа, угла сечения и профиля лопасти ее установки (шага).

Указанные параметры должны быть увязаны с выбранным диаметром, мощностью вращения и частотой винта на его валу. На практике редко видится необходимость использовать сложные по аэродинамической компоновке винты — с громадной воздушной нагрузкой на сечения лопасти, другими словами сечения с громадной кривизной и щелевые сечения. Большинство винтов, оптимальных для заданных требований, будут иметь узкие лопасти и «стандартные» крыльевые профили.

По приведенному графику (рис. 4) возможно выяснить геометрические параметры винта, согласующиеся с чертями двигателя. В зависимости от мощности и диаметра винта на его валу определяется частота вращения, соответствующая выбранной относительной ширине лопасти В (в процентах от радиуса винта). На этом же графике находится и ход винта, отнесенный к его диаметру H/D (относительный ход), оптимальный для выбранной ширины лопасти.

Рис. 4. Определение вероятных геометрических размеров винта по мощности и оборотам двигателя.

Рис. 5. Пример построения углов установки сечений лопасти винта постоянного шага.

Диаметр 1 м, относительный ход h=H/D=0,45.

Рис. 6. Геометрические размеры лопасти двухлопастного винта (в процентах от радиуса) при ширине лопасти 16,5%.

Рис.

7. Внешняя и дроссельная характеристики двигателя «ИЖ-«Планета-3» с винтом D=1 м, В = 62,5 мм, S 0,75 = 10°50′.

Возможно задаться частотой вращения, мощностью, диаметром и выяснить относительную ширину лопасти и соответствующий ей ход. Первым методом определяем параметры винта № 2, вторым — параметры винта № 1.

Пример. Выяснить геометрические размеры винтов при следующих данных: мощность на валу винта 17,5 л. с., частота вращения вала двигателя 4500 об/мин, диаметр винта №1 — 1 м, винта № 2 — 2 м. По рисунку 4 определяем: для O 1 м В = 12,5% (62,5 мм); h = 0,45 (Н = 0,45 м); для O2 м В=10% (100 мм); h = 0,40 (Н=0,8 м). Для винта № 2 забрана минимальная допустимая ширина — 10%.

Зная ход винта, определяем углы установки сечений лопасти. Для данной цели находим величину, в 2,5 раза меньшую шага винта:

O 1 м : H/2?=450/6,28=72 мм;

O 2 м : H/2?=800/6,28=127 мм.

Из схемы, приведенной на рисунке 5, видно построение углов установки сечений лопасти.

Для винта № 2 по допустимой окружной скорости выяснена большая частота вращения, равная 2250 об/мин, которая соответствует минимальному передаточному отношению. Но при данной частоте ширина лопасти получается около 4%. Из условий прочности ширину лопасти менее 10% использовать запрещено. Тогда по графику (рис. 4) определяем для 02 м В = 10% и 17,5 л. с., частоту вращения вала винта 1530 об/мин.

Передаточное отношение понижающей передачи наряду с этим должно быть: 4500 : 1520=2,95.

На рисунке 6 приведены геометрические размеры лопасти двухлопастного винта в процентах от радиуса при ширине лопасти 16,5%. Для отечественного примера ширина лопасти равна 12,5 % и 10%. Следовательно, все размеры сечений будут составлять:

12,5/16,5?0,755 для винта № 1

и 10/16,5?0,605 для винта № 2

от размеров на чертеже.

, если по графику (рис. 4) выяснена ширина лопасти более 16,5%, то возможно либо пропорционально расширить все размеры двухлопастного винта до нужной величины, либо повысить колличество лопастей так, дабы суммарная ширина их, отнесенная к диаметру, равнялась отысканной относительной ширине.

На рисунке 7 приведена черта двигателя «ИЖ-«Планета-3» и его дроссельная черта с одним из рассмотренных винтов.

При установке на данный двигатель двухлопастного винта без редуктора с O1,2 м, шагом 0,48 м и шириной лопасти В = 100 мм (пунктирная кривая) двигатель имел возможность бы развить лишь 2900 об/мин и мощность 12 л. с. Тяга винта наряду с этим составила бы 40 кг вместо 54 кг винта № 1, верно подобранного к двигателю. Тщательное определение ширины углов и лопасти установки сечений разрешит применять полную мощность двигателя и взять тягу, близкую к максимальной.

Ю.

ВОРОБЬЕВ, Г. МАХОТКИН, инженеры

Игромир

Ваш лучший винт

Рандомные статьи:

Какой фирмы жёсткий диск выбрать?

Похожие статьи, которые вам понравятся: