Воздушный винт в кольце
Самодеятельные конструкторы аэросаней, аэроглиссеров, самолетов и других транспортных средств, использующих воздушные винты, часто решают дилемму получения приемлемой тяги при малых габаритах винтомоторной установки. Одним из способов повышения тяги без увеличения диаметра винта является увеличение количества лопастей. Так увеличение количества лопастей с 2-х до 4-х приводит к увеличению тяги винта на 70-80%. Но в данном случае уменьшается КПД винта, поэтому требуется двигатель с в два раза большей мощностью. Одним из способов увеличения статической тяги винта без повышения мощности двигателя является применение кольцевой насадки. При этом статическая тяга увеличивается в 1,2 раза, что равносильно увеличению диаметра винта на 30%.
[Необходимо отметить, что приведенные здесь данные могут отличаться на практике, так же как тяга изготовленного самостоятельно винта от расчетной. Погрешность составляет до – 20%].
Лопасти винта, вращаясь, захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению. Перед винтом создается зона пониженного давления, за винтом – повышенного. Вращение лопастей воздушного винта приводит к тому, что отбрасываемые им массы воздуха приобретают окружные и радиальные направления и на это расходуется часть энергии подводимой к винту.
Комплекс воздушный винт - направляющая насадка обладает рядом специфических преимуществ, связанных с действием насадки:
1. Возникающая вокруг профиля насадки циркуляция набегающего потока разгружает винт, перекладывая часть упора комплекса на насадку.
2. При работе комплекса в косом потоке насадка формирует поле скоростей перед винтом, выравнивая его практически соосно винту, сохраняя величину скорости натекания. В результате скос натекающего потока мало влияет на винт.
3. Разница давлений на нагнетающей и засасывающей сторонах лопастей винта без насадки, обуславливающая полезное действие винта, уменьшается вследствие перетекания у концов лопастей (как на крыле самолета). Наличие насадки препятствует такому перетеканию, практически исключает концевые потери и повышает, таким образом, КПД комплекса.
В целом КПД комплекса может на 20 % превысить КПД винта без насадки.
Насадка представляет собой кольцо охватывающее гребной винт. Сечению насадки вдоль оси винта придается крыльевой профиль, обращенный выпуклой поверхностью к винту (рис.1).
Благодаря скосу потока воздуха профиль насадки обтекается под некоторым углом атаки. В результате возникают подъемная сила Cy и сила тяги P . Эффективность насадки существенно зависит от режима работы пропульсивного комплекса. Так, при разбеге, когда винт создает большой упор при низкой скорости самолета, скос потока на входе насадки достаточно велик, что приводит к разгрузке лопастей. Профильное сопротивление насадки при низкой скорости невелико. Однако на высоких скоростях скос потока уменьшается, а профильное сопротивление резко возрастает. Эффективность насадки падает.
Зазор между концом лопасти винта и насадкой составляет 1-2% радиуса винта. При большем зазоре КПД комплекса приблизительно соответствует КПД винта без насадки. При меньшем зазоре сложно обеспечить беспрепятственное вращение винта из-за вибраций и температурных деформаций частей комплекса.
Насадка создает более равномерную нагрузку на двигатель. Уменьшая вредное воздействие косого потока на винт насадка снижает переменные нагрузки на лопасти и вал винта, служит своеобразным демпфером при боковых порывах ветра. Насадка служит также защитой винта от повреждений и делает более безопасной эксплуатацию судна.
Расчет насадки достаточно сложен. Так же как и расчет воздушного винта, он часто не дает на практике расчетных результатов. Поэтому насадку проще подбирать экспериментально.
Ниже даны параметры четырехлопастного движительного комплекса «винт в кольце» в сравнении с двух и четырех лопастными винтами без насадок.
N л.с.
D м.
F кг.
F (4л.)
Pдв (4л) .
F (кольцо)
об./мин.
10
0,9
32,5
58,5
18,0
70,2
3,9
20
0,9
51,5
92,7
36,0
111,2
4,9
30
0,9
67,5
121,5
54,0
145,8
5,6
10
1
34,8
62,6
18,0
75,2
3,2
20
1
55,3
99,5
36,0
119,4
4,1
30
1
72,4
130,3
54,0
156,4
4,7
40
1
87,7
157,9
72,0
189,4
5,1
45
1
94,9
170,8
81,0
205,0
5,3
10
1,1
37,1
66,8
18,0
80,1
2,8
20
1,1
58,9
106,0
36,0
127,2
3,5
30
1,1
77,2
139,0
54,0
166,8
4,0
40
1,1
93,5
168,3
72,0
202,0
4,4
50
1,1
108,5
195,3
90,0
234,4
4,7
55
1,1
115,6
208,1
99,0
249,7
4,9
10
1,2
39,3
70,7
18,0
84,9
2,4
20
1,2
62,4
112,3
36,0
134,8
3,0
30
1,2
81,8
147,2
54,0
176,7
3,4
40
1,2
99,1
178,4
72,0
214,1
3,8
50
1,2
114,9
206,8
90,0
248,2
4,1
10
1,3
41,5
74,7
18,0
89,6
2,1
20
1,3
65,8
118,4
36,0
142,1
2,6
30
1,3
86,3
155,3
54,0
186,4
3,0
40
1,3
104,5
188,1
72,0
225,7
3,3
50
1,3
121,2
218,2
90,0
261,8
3,6
60
1,3
136,9
246,4
108,0
295,7
3,8
10
1,4
43,6
78,5
18,0
94,2
1,8
20
1,4
69,2
124,6
36,0
149,5
2,3
30
1,4
90,6
163,1
54,0
195,7
2,7
40
1,4
109,8
197,6
72,0
237,2
2,9
50
1,4
127,4
229,3
90,0
275,2
3,2
60
1,4
143,9
259,0
108,0
310,8
3,4
70
1,4
159,4
286,9
126,0
344,3
3,5
10
1,5
45,6
82,1
18,0
98,5
1,6
20
1,5
72,4
130,3
36,0
156,4
2,1
30
1,5
94,9
170,8
54,0
205,0
2,4
40
1,5
114,9
206,8
72,0
248,2
2,6
45
1,5
124,3
223,7
81,0
268,5
2,7
50
1,5
133,4
240,1
90,0
288,1
2,8
60
1,5
150,6
271,1
108,0
325,3
3,0
70
1,5
166,9
300,4
126,0
360,5
3,1
80
1,5
182,5
328,5
144,0
394,2
3,3
Насадки желательно применять с толкающими винтами, тогда частично компенсируется недостаток насадок связанный с увеличением сопротивления при повышении скорости – насадка в некоторой степени выполняет роль стабилизатора.
И. Бирюков. 2004г.
По материалам сайта airboat.fatal.ru
Дата публикации: 2005-10-29 (6524 Прочтено)
|
