Воздушный винт

Определение "Воздушный винт" в Большой Советской Энциклопедии

Профиль лопасти воздушного винта (с векторами скоростей и сил)

Воздушный винт, пропеллер, движитель, в котором радиально расположенные профилированные лопасти, вращаясь, отбрасывают воздух и тем самым создают силу тяги. Воздушный винт состоит из втулки, расположенной на валу двигателя, и лопастей, имеющих вдоль размаха различные профили в поперечном сечении и переменный угол наклона профиля к плоскости вращения - крутку. В полёте вследствие сложения поступательной скорости, линейной скорости вращения и вызванной работой винта дополнительной скорости потока воздух набегает на каждое элементарное сечение лопасти (рис. 1) под некоторым углом атаки. При этом возникающая от всех сечений всех лопастей суммарная аэродинамическая сила образует силу тяги Воздушный винт и силу сопротивления его вращению. В зависимости от величины потребляемой мощности применяются Воздушный винт с различным числом лопастей - двух-, трёх- и четырёхлопастные, а также соосные винты (рис. 2), вращающиеся в противоположных направлениях для уменьшения потерь мощности на закручивание отбрасываемой струи воздуха. Первые Воздушный винт имели фиксированный в полёте шаг, определяемый постоянным углом установки лопасти на условном радиусе, обычно равном 0,75 максимального. Для сохранения достаточно высокого кпд во всём диапазоне скоростей полёта и мощностей двигателя, а также для получения наименьшего лобового сопротивления Воздушный винт при вынужденной остановке двигателя в полёте (флюгерный режим) или отрицательной тяги с целью торможения движения самолёта при посадке (реверсивный режим) стали применять Воздушный винт изменяемого в полёте шага (ВИШ). В таких винтах лопасти поворачиваются во втулке относительно продольной оси механическим, гидравлическим или электрическим механизмом, управляемым центробежным регулятором, который поддерживает постоянным заданное число оборотов. Для увеличения тяги и кпд при малой поступательной скорости и большой мощности Воздушный винт помещают в профилированное кольцо, в котором скорость струи в плоскости вращения больше, чем у изолированного винта, и само кольцо вследствие циркуляции скорости создаёт дополнительную тягу. Для этой же цели профилю сечения лопасти Воздушный винт придают большую кривизну. Диаметр Воздушный винт достигает 6-7 м. Лопасти Воздушный винт изготавливают из дерева, дуралюмина, стали и композиционных материалов. При скоростях полёта 600-800 км/ч кпд Воздушный винт достигает соответственно 0,9-0,8. При больших скоростях под влиянием сжимаемости воздуха кпд падает. Основным способом снижения потерь мощности от сжимаемости воздуха является применение тонких профилей малой кривизны.

Соосный воздушный винт

Идею Воздушный винт предложил в 1475 Леонардо да Винчи, а применил его для создания тяги впервые в 1754 М. В. Ломоносов в модели прибора для метеорологических исследований. К середине 19 в. на пароходах применялись гребные винты, работающие аналогично Воздушный винт В 20 в. Воздушный винт стали применять на дирижаблях, самолётах, вертолётах, аэросанях, аппаратах на воздушной подушке и др. Методы аэродинамического расчёта и проектирования Воздушный винт основаны на обширных теоретических и экспериментальных исследованиях. В 1892-1910 русский инженер-исследователь и изобретатель С. К. Джевецкий разработал теорию изолированного элемента лопасти, а в 1910-1911 русские учёные Б. Н. Юрьев и Г. Х. Сабинин развили эту теорию. В 1912-15 Н. Е. Жуковский создал вихревую теорию, дающую наглядное физическое представление о работе винта и других лопаточных устройств и устанавливающую математическую связь между силами, скоростями и геометрическими параметрами в такого рода устройствах. Значительная роль в дальнейшем развитии этой теории, её инженерных приложений и исследованиях прочности Воздушный винт принадлежит В. П. Ветчинкину и др. Теория оптимального винта с конечным числом лопастей впервые была создана немецким учёным А. Бецем (1919) и английским учёным С. Гольдштейном (1929) и получила дальнейшее развитие в трудах советских учёных. В 1956 советским учёным Г. И. Майкопаром вихревая теория Воздушный винт была распространена на несущий винт вертолёта.

  Лит.: Жуковский Н. Е., Полн. собр. соч., т. 6, М. - Л., 1937; Ветчинкин В. П., Поляков Н. Н., Теория и расчёт воздушного гребного винта, М., 1940; Майкопар Г. И., Лепилкин А. М., Халезов Д. В., Аэродинамический расчёт винтов по лопастной теории, «Тр. Центр. аэрогидродинамического ин-та», 1940, в. 529; Александров В. Л., Воздушные винты, М., 1951; Исследования воздушных винтов, М., 1969 (Материалы к истории ЦАГИ).
  Б. П. Бляхман.

V - поступательная скорость винта; (wr - окружная скорость элемента лопасти; (w - вызванная винтом дополнительная скорость потока у элемента лопасти; DR - аэродинамическая сила, DP - сила тяги и DQ - сила сопротивления вращению элемента лопасти; пунктиром показана хорда профиля." href="/a_pictures/18/10/250201339.jpg">V - поступательная скорость винта; (wr - окружная скорость элемента лопасти; (w - вызванная винтом дополнительная скорость потока у элемента лопасти; DR - аэродинамическая сила, DP - сила тяги и DQ - сила сопротивления вращению элемента лопасти; пунктиром показана хорда профиля." src="a_pictures/18/10/th_250201339.jpg">
Рис. 1. Профиль лопасти воздушного винта (с векторами скоростей и сил): (a- угол атаки; j - угол установки; V - поступательная скорость винта; (wr - окружная скорость элемента лопасти; (w - вызванная винтом дополнительная скорость потока у элемента лопасти; DR - аэродинамическая сила, DP - сила тяги и DQ - сила сопротивления вращению элемента лопасти; пунктиром показана хорда профиля.