ВИНТ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ШАГОМ
Представим себе автомобиль без коробки передач. Мощность его мотора может быть передана задним колесам различными путями, однако соотношение между шестернями мотора и задними колесами остается постоянным при всех скоростях автомобиля. Мощность, развиваемая мотором, зависит в этом случае от того, стоит ли автомобиль неподвижно или находится в движении. Если мы хотим пустить в ход автомобиль без применения посторонней силы, передача от мотора на задние колеса должна быть такая же, как при первой скорости. После того как автомобиль тронулся, такое положение шестерен позволит мотору развить наибольшую мощность и достичь наивысших оборотов. На этом автомобиле мы сможем взбираться на гору, ехать по плохим дорогам, так как он будет иметь достаточную мощность; однако скорость движения будет невелика.
Если мы произведем тот же опыт с автомобилем, который имеет только высшую (третью) скорость, - результат будет обратный. Стартовать будет очень трудно, дальнейшее увеличение скорости будет идти очень медленно, и, чтобы добраться куда-либо, придется избегать подъемов.
Такое устройство передачи не обеспечит использования всей мощности мотора, поэтому наиболее приемлемым было бы нечто среднее между этими двумя скоростями.
Винт с постоянным тагом, который применялся на самолетах До последнего времени, давал те же результаты, что и автомобиль без коробки передач. Винт с регулируемым шагом значительно расширяет возможности современного самолета по сравнению с коробкой передач, принятой в автомобилях.
Чтобы мотор с нагнетателем мог развить максимальную мощность, необходимую для взлета, он должен развить максимальное число оборотов в минуту. Это возможно только при винте с регулируемым шагом, лопасти которого расположены под малым углом. Благодаря такому винту транспортные самолеты с большим грузом могут отрываться от земли после небольшого пробега.
У винта с регулируемым шагом угол, образуемый лопастями, может быть изменен либо летчиком, либо автоматически. Задача автоматической регулировки - поддерживать постоянные обороты мотора для целей, которые будут изложены ниже.
Рис. 331. Этим рисунком мы хотим показать, что винт меняет свой шаг так, чтобы полностью поглощать мощность, развиваемую мотором при 1 900 об/мин. Это изменение шага производится регулирующим приспособлением.
Самолет в положении L развил нормальную крейсерскую скорость. В положении М самолет слегка поднимается. Мотор продолжает работать при 1 900 об/мин,, что означает, что он отдает пинту ту же мощность, хотя с увеличением лобового сопротивления нагрузка на винт увеличилась. Последнее обстоятельство компенсируется уменьшением шага винта.
Мощность мотора в положении // используется, главным образом, на увеличение горизонтальной скорости, в то время как в положении М она используется преимущественно на преодоление лобового сопротивления.
В положении N условия те же, что и в М. Однако сопротивление движению, увеличившееся с увеличением угла подъема, компенсируется увеличением тяги винта вследствие уменьшения его шага. В положении S наблюдается обратное. С увеличением мощности мотора, само собой разумеется, необходимо увеличить размеры винта, для того чтобы поглотить эту мощность и не допустить чрезмерного увеличения скорости вращения вала мотора. Установлено, однако, что винт с очень большим диаметром несколько непропорционален размерам современных самолетов. Поэтому часто вместо двухлопастного винта применяется трехлопастный. Коэффициент его полезного действия несколько ниже. Скорость вращения винта всегда ограничена известным пределом, а именно: скорость движения концов лопастей винта должна быть менее 300 м/сек; этим предотвращаются
так называемые «потери», которые привели бы к понижению эффективности винта.
Имеется много образцов винтов с регулируемым шагом. В основном они все одинаковы, но в них применяются различные виды энергии, необходимой для изменения и регулирования шага. Наиболее характерны следующие тины: 1) винт, в котором для регулирования шага применяется гидравлическая сила (здесь шаг винта регулируется маслом под давлением); 2) винт, для изменения шага которого применяется электроэнергия.
Рис. 332. Винт с автоматической регулировкой шага Кертис. Лопасти этого винта изготовляются из дюралюминия или стали. В последнем случае они делаются пустотелыми. К ступице пинта прикреплен небольшой моторчик, который развивает мощность, необходимую для изменения «шага винта. Зубчатая передача с огромным передаточным числом, установленная между моторчиком и лопастями винта, позволяет этому моторчику преодолевать сопротивление винта.
Источником электроэнергии для мотора винта служит двадцативольтовая батареи, установленная на самолете. Шаг винта может
изменяться автоматически с помощью шарикового (гироскопического) регулятора, который вращается от мотора самолета; это делается для сохранения постоянной скорости вращения. Необходимое управление регулятором производится вручную пилотом. Когда не требуется автоматического изменения шага, регулятор выключают, и пилот сам устанавливает желательный шаг лопастей винта. Ток, поступающий от батареи к электромотору винта для изменения шага винта, проходит через магниты и тормоз, который мешает электромотору продолжать вращение после того, как ток выключен. Как только тормоз выключен, электромотор начинает работу и изменяет шаг винта. Когда желательный шаг получен, регулятор выключает ток, идущий от батареи в электромотор. В этот момент тормозной магнит, не получая электроэнергии, уже не препятствует пружинному тормозу остановить вал электромотора. Шаг винта, но желанию, может быть переведен из полного положительного на полный отрицательный. Регулирование шага обеспечивает маневренность гидросамолетов на поверхности воды.
Рис. 333. В многомоторном самолете в случае остановки одного из моторов вся нагрузка ложится на моторы, продолжающие работать. Нагрузка на винты этих моторов увеличивается, и поэтому уменьшаются обороты моторов. Однако регулятор приостанавливает эту тенденцию мотора, уменьшая шаг винта ниже нормального и позволяя, таким образом, мотору сохранять свою мощность. Несмотря на большое напряжение работающих моторов, самолет уменьшит скорость, так как остановившийся мотор не только не тянет вперед, но, наоборот, создает дополнительное сопротивление во встречном воздушном потоке, который сам вращает винт. Этот бесполезный мотор в таких условиях отнимает около 75 л. с. от мощности работающих моторов (если каждый из моторов имеет 500 л. с.). Если мы прекратим провертывание остановившегося мотора, то он поглотит только 35 л. с. мощности работающего мотора. Если же мы приостановим не только провертывание «мертвого» мотора, но также и вращение его винта, установив его лопасти параллельно потоку, то потеря, мощност^ работающего мотора составит только около 10 я. с. Это означает, что в последнем случае мы получим экономию мощности, которая сможет быть использована, например, для покрытия на одном моторе большего расстояния (см. места посадок самолетов в правом углу рис. 333) с большей безопасностью или для получения большей тяги винта работающего мотора; большая тяга особенно необходима, когда один из моторов отказывает в работе вскоре после взлета самолета.
Взлет. Для сокращения разбега самолета при» взлете, особенно когда самолет тяжело нагружен, необходимо большое ускорение. Такое ускоренно можно получить только тогда, когда вся мощность мотора передается на винт и обеспечивает хорошую тягу винта. С этой целью регулятор винта устанавливают на максимально допускаемое мотором число оборотов; в этом случае лопасти будут установлены на самый малый шаг, что и позволит мотору развить максимальную мощность.
В то время как частичное увеличение мощности мотора, необходимое для отрыва, может быть достигнуто уменьшением угла лопастей винта, дальнейшее увеличение мощности возможно лишь при питании мотора большим количеством горючего и при увеличении давления во всасывающем трубопроводе с помощью нагнетателя; это вызывает образование большего количества тепловой энергии из большего количества горючего, посылаемого в цилиндр в минуту. Данная максимальная мощность мотора не может быть поддержана в течение долгого времени, потому что избыток тепла в цилиндрах не может быть нередан в воздух так же быстро, как он создается. Однако на короткий период можно без опасения пустить мотор на полный ход, как это оговаривается специальными инструкциями, после чего необходимо понизить его нагрузку до минимума, чтобы предупредить перегрев.
Набор высоты. При наборе высоты мы используем максимальную мощность мотора, допустимую в течение более или менее продолжительного времени (однако она меньше, чем мощность, допустимая для отрыва), используя избыточную мощность, - сверх величины, необходимой для преодоления лобового сопротивления, - на быстрый подъем. Скорость набора высоты при наличии винта с регулируемым шагом увеличивается, так как избыток мощности мотора, используемый на подъем, возрастает. Во время подъема
181
мотор работает на постоянных оборотах и развивает определенную мощность при определенном давлении во всасывающем трубопроводе. Всякое изменение угла подъема увеличивает или уменьшает число оборотов мотора в минуту.
Но регулятор, который управляет лопастями винта, соответственно изменяет шаг винта. Следовательно, мотор сохраняет свое число оборотов и свою мощность во время всего подъема. При этих условиях винт работает с постоянной эффективностью.
Крейсерская скорость. Как только самолет достигнет высоты, намеченной для горизонтального полета, регулятор должен быть установлен соответственно числу оборотов мотора,
рекомендованному для крейсерской скорости; после этого давление во всасывающем трубопроводе может быть соответственно отрегулировано дросселем.
Независимо от положения носа самолета относительно горизонта, пинт с автоматической регулировкой шага будет сохранять то же самое число оборотов мотора; если даже самолет перейдет в пике, обороты мотора не будут увеличиваться.
18J
Рис. 334. На этом рисунке показаны: зависимость между углом установки лопастей, скоростью взлета, крейсерской скоростью и максимальной скоростью одномоторного транспортного самолета на уровне моря и на расчетной высоте мотора.
Рис. 335. Этот рисунок показывает то же, что и рис. 334, но на нем рассматривается двухмоторный транспортный самолет. В правой стороне рисунка показано, как меняется угол установки лопастей винта работающего мотора на уровне моря и на расчетной высоте в случаях, когда один из моторов не работает.
Рис. 336. Этот рисунок показывает вам полетные качества транспортного самолета, мотор которого имеет или винт с постоянным шагом, или винт, имеющий только две возможные установки шага (минимальный и максимальный таг), или винт с автоматической регулировкой шага.
