Как образуется тяга аэросаней, при вращении винта

При вращении воздушного винта его лопасти ввинчиваются в воздух, загребая и отбрасывая его в сторону, обратную наклону лопастей.

Отбрасываемая масса воздуха является как бы подушкой, от которой винт отталкивается, создавая реактивную силу — силу тяги.

Очевидно, чем больше масса отбрасываемой винтом струи воздуха, тем больше будет и сила тяги, развиваемая воздушным винтом.

Чтобы увеличить эту массу воздуха, можно или увеличить сечение струи, то есть увеличить диаметр винта и ометаемую им площадь, или ускорить движение струи, что может быть достигнуто увеличением числа оборотов винта и подбором формы лопасти.

Следует обратить внимание на то, что увеличение скорости вращения винта всегда приводит к дополнительным потерям за счет срыва потока, увеличивающегося лобового сопротивления и др. Следовательно, более выгодно добиваться увеличения тяги путем увеличения диаметра винта.

Большое значение для получения тяги имеет форма лопасти и ее поперечные сечения — дужки.

Для того чтобы понять работу лопасти винта, рассмотрим следующий пример.

Если в потоке воздуха, имеющего скорость v, поместить плоскую пластинку (рис. 63, а) с площадью F1 так, чтобы поверхность ее была перпендикулярна к потоку воздуха, то со стороны набегающего на нее потока воздуха будет возникать некоторое избыточное давление, а на ее обратной стороне,образуется зона разрежения с сильными завихрениями. Давление R\ на пластинку и подсос за счет разрежения R1 за пластинкой направлены в одну сторону и составляют равнодействующую силу — силу лобового сопротивления R2 данной фигуры, то есть пластинки. По закону Бернулли, изменение скорости связано с изменением давления, которое, будучи выражено во времени (за 1 секунду) секундным объемом воздуха w, и будет определять силу Rw — общую силу лобового сопротивления.

Подсчет величины этой силы производится по формуле, приведенной на стр. 50, с учетом коэффициента Кw, зависящего от формы профиля или пластинки. В рассматриваемом примере обтекания пластинки не учитывается трение воздуха, которое возникает при обтекании объемных тел — шара, куба и т. п., — имеющих симметричную форму.

При обтекании воздухом несимметричных тел или симметричных, но расположенных под некоторым углом к набегающему на них потоку, характер обтекания и возникающие при этом силы изменяются.

Если ту же прямую пластинку (рис. 63, б) установить под некоторым углом а к направлению потока воздуха, то на ее нижней поверхности будет возникать повышенное давление R1, а на верхней — пониженное давление R2 воздуха. Силы R1 и R2 будут направлены в одну и ту же сторону, перпендикулярно к плоскости пластинки, и в сумме составят силу Rw.

Сила Rw, разложенная по правилу параллелограмма на составляющие, образует две силы — направленную

вверх подъемную силу Т1 и направленную против движения пластинки силу сопротивления ее движению Рх.

Естественно желание, чтобы полезная сила тяги T1 была бы как можно больше, а сила сопротивления воздуха Рх как можно меньше. Практика показала, что, используя

для воздушного винта в сечении лопасти прямую пластинку с постоянной толщиной, можно снять с винта определенное тяговое усилие. Но аэродинамические исследования доказали, что, применяя для профилирования лопастей винта аэродинамические профили — дужки, подбираемые конструктором в зависимости от условий работы винта, можно при всех одинаковых исходных данных снять с винта значительно большую силу тяги. Выгодное изменение соотношения этих сил по сравнению с силами для прямой пластинки происходит из-за того, что воздух обтекает дужку совсем по-другому, чем прямую пластинку.

На верхней поверхности дужки из-за плавного обвода не возникает сильных завихрений, за счет этого значительно снижается ее сопротивление. Одновременно кривизна верхней ее части — спинки — удлиняет путь воздуха по сравнению с длиной пути воздуха, обтекающего дужку снизу. Это увеличивает скорость протекания воздуха по спинке. Разница в скоростях М способствует значительному росту силы R2 (рис. 63, в), входящей составной частью в силу Т1 тяги.
 

где n — к. п. д. винта;

D — диаметр винта в м;

N — мощность двигателя в л. с.;

33,25 — коэффициент.

Следует отметить, что удельная тяга, то есть количество килограммов тяги, приходящихся на 1 л. с. мощности двигателя, тем больше, чем меньше мощность двигателя. Это происходит вследствие того, что диаметр воздушного винта ограничивается конструктивными соображениями, и увеличение мощности двигателя не пропорционально увеличению диаметра винта. За счет этого с увеличением мощности возрастает нагрузка в л. с. на ометаемую винтом площадь, то есть на 1 м2 приходится больше л. с.

На рисунке 65 представлены кривые, построенные по статистике аэросанных воздушных винтов и характеризующие удельную и фактическую тяги.

В приведенной формуле подсчета тяги воздушного винта нам необходимо знать диаметр винта. Рассмотрим, как, с учетом каких соображений производится выбор его диаметра.