Лопастной винт самолета, он же пропеллер или лопаточная машина, которая приводится во вращение с помощью работы двигателя. С помощью винта происходит преобразование крутящего момента от двигателя в тягу.
Воздушный винт выступает движителем в таких летательных аппаратах, как самолеты, цикложиры, автожиры, аэросани, аппараты на воздушной подушке, экранопланы, а также вертолеты с турбовинтовыми и поршневыми двигателями. Для каждой из этих машин винт может выполнять разные функции. В самолетах он используется в качестве несущего винта, который создает тягу, а в вертолетах обеспечивает подъем и руление.
Все винты летательных аппаратов делятся на два основных вида: винты с изменяемым и фиксированным шагом вращения. В зависимости от конструкции самолета винты могут обеспечивать толкающую или тянущую тягу.
При вращении лопасти винта захватывают воздух и производят его отброс в противоположном направлении полета. В передней части винта создается пониженное давление, а позади – зона с высоким давлением. Отбрасываемый воздух приобретает радиальное и окружное направление, за счет этого теряется часть энергии, которая подводится к винту. Сама закрутка воздушного потока снижает обтекаемость аппарата. Сельскохозяйственные самолеты, проводя обработку полей, имеют плохую равномерность рассеивание химикатов из-за потока от пропеллера. Подобная проблема решена в аппаратах, которые имеют соосную схему расположения винтов, в данном случае происходит компенсация с помощью работы заднего винта, который вращается в противоположную сторону. Подобные винты установлены на таких самолетах, как Ан-22, Ту-142 и Ту-95.
Технические параметры лопастных винтов
Наиболее весомые характеристики винтов, от которых зависит сила тяги и сам полет, конечно же, шаг винта и его диаметр. Шаг – это расстояние, на которое может переместиться винт за счет ввинчивания в воздух за один полный оборот. До 30-х годов прошлого века использовались винты с постоянным шагом вращения. Только в конце 1930-х годов практически все самолеты оснащались пропеллерами со сменным шагом вращения
Параметры винтов:
- Диаметр окружности винта – это размер, который описывают законцовки лопастей при вращении.
- Поступь винта – реальное расстояние, проходящее винтом за один оборот. Данная характеристика зависит от скорости движения и оборотов.
- Геометрический шаг пропеллера – это расстояние, которое мог бы пройти винт в твердой среде за один оборот. От поступи винта в воздухе отличается скольжением лопастей в воздухе.
- Угол расположения и установки лопастей винта – наклон сечения лопасти к реальной плоскости вращения. За счет наличия крутки лопастей угол поворота замеряется по сечению, в большинстве случаев это 2/3 всей длины лопасти.
Лопасти пропеллера имеют переднюю – режущую – и заднюю кромки. Сечение лопастей имеет профиль крыльевого типа. В профиле лопастей имеется хорда, которая имеет относительную кривизну и толщину. Для повышения прочности лопастей винта используют хорду, которая имеет утолщение к корню пропеллера. Хорды сечения находятся в разных плоскостях, поскольку лопасть изготовлена закрученной.
Шаг винта является основной характеристикой гребного винта, он в первую очередь зависит от угла установки лопастей. Шаг измеряется в единицах пройденного расстояния за один оборот. Чем больший шаг делает винт за один оборот, тем больший объем отбрасывается лопастью. В свою очередь увеличение шага ведет за собой дополнительные нагрузки на силовую установку, соответственно, количество оборотов снижается. Современные летательные аппараты имеют возможность изменять наклон лопастей без остановки двигателя.
При расчёте винто-моторной группы учитывается много параметров. Например такие, как размер самолёта, его тип и назначение. Поэтому от выбора винта во многом зависит дальнейший выбор мотоустановки, контроллера (регулятора оборотов двигателя) и характеристик аккумулятора. Именно так: «Пляшем от печки, то есть от винта.» Основные параметры, которые мы учитываем при выборе воздушного винта — это диаметр и шаг.
Так как основную массу авиамодельной техники по типу мотоустановки и лётным характеристикам можно с определёнными оговорками отнести к пилотажным моделям, остановимся подробнее на подборе винтов именно для них. Специфика подбора винтов для бойцовок, гоночных моделей, мотопланеров несколько отличается. Конечно, самое правильное, начинать подбор винта, опираясь на рекомендации производителя набора (KIT/ARF), но когда мы строим модель «с нуля» таких рекомендаций может и не быть. В таком случае можно воспользоваться следующей методикой: для авиамоделей с размахом крыла от 1,5 метров подбираем винт, равный примерно 25% размаха крыла, а для меньших моделей этот параметр необходимо немного увеличить.
| очется ещё раз подчеркнуть, что данная методика подходит лишь для «чернового», первичного подбора винта. Таблица соотношения размаха крыла к диаметру винта выглядит примерно так: | |
| 10-11 дюймов | |
| 47 дюймов (1200mm) | 12-13 дюймов |
| 52 дюйма (1300mm) | 13-14 дюймов |
| 70 дюймов (1600mm) | 15-16 дюймов |
| 80 дюймов (2000mm) | 20-22 дюйма |
В свою очередь, от шага винта в большей степени зависит скорость воздушного потока, отбрасываемых винтом. То есть от шага винта зависит то, с какой скоростью сможет двигаться модель и скорость потока воздуха, которым будут обдуваться рулевые поверхности. В конечном счёте от этого параметра зависит скорость реакции самолёта на рули, особенно рули высоты И рули направления.
Оценивая эти два параметра воздушных винтов — резюмируем: — большая статическая тяга (тяговооружённость) необходима при выполнении вертикальных фигур и 3D пилотажа; — большая скорость потока важна для скоростных самолётов, гонок, бойцовок; — самолёты летающие F3A (современные пилотажные комплексы) нуждаются в обоих свойствах, и здесь без компромиссов между тяговооруженностью авиамодели и ее скоростными характеристиками не обойтись.
Третьим важным параметром винта является его тип. Рассмотрим некоторые из них, наиболее интересные для начинающих авиамоделистов:
Тип «Е» (электро)
— классические пилотажные винты для электромоторов. Самый распространённый тип. Рассчитан на вращение со скоростью 8000-10000 оборотов в минуту.
Тип «SF» (слоу флайер)
— винты с увеличенной тяговой характеристикой. Менее прочные чем серия «Е» и более лёгкие. Эффективно работают на малых оборотах 6000-7000 об./мин.
Тип «Р» (пушер)
— толкающий, то есть винт отбрасывающий поток в обратную сторону. Для электрических двигателей не слишком актуальный, ибо электрический двигатель не сложно заставить вращаться в любую сторону.
Тип «F» (фолдинг)
— складной винт. В основном используется на планерах для улучшения планирующих свойств при выключенном моторе.
Ещё одна характеристика о которой очень много говорят, но вряд ли она серьёзно влияет на качество выполнения винтом своего непосредственного предназначения — это материал из которого он сделан. Основными материаллами для изготовления винтов являются дерево, пластик и карбон.
Как пример давайте рассмотрим типовой воздушный винт.
Винт имеет маркировку APS E 12*6, где APS — фирма производитель пропеллера, Е — тип винта, подходит для использования на авиамоделях, оснащенных электродвигателем, 12 — размер винта в дюймах, 6 — шаг винта в дюймах. Исходя из полученных нами знаний предположим, что данный экземпляр будет хорошо работать на авиамоделях с размахом крыла около 1200 мм., использующих электромотор.
Преимущества и недостатки воздушных винтов
Коэффициент полезного действия винтов на современных самолетах достигает показателя в 86%, это делает их востребованными авиастроением. Также нужно отметить, что турбовинтовые аппараты значительно экономнее, чем реактивные самолеты. Все же винты имеют некоторые ограничения как в эксплуатации, так и в конструктивном плане.
Одним из таких ограничений выступает «эффект запирания», который возникает при увеличении диаметра винта или же при добавлении количества оборотов, а тяга в свою очередь остается на том же уровне. Это объясняется тем, что на лопастях пропеллера возникают участки со сверхзвуковыми или околозвуковыми потоками воздуха. Именно этот эффект не позволяет летательным аппаратам с винтами развить скорость выше чем 700 км/час. На данный момент самой быстрой машиной с винтами является отечественная модель дальнего бомбардировщика Ту-95, который может развить скорость в 920 км/час.
Еще одним недостатком винтов выступает высокая шумность, которая регламентируется мировыми нормами ICAO. Шум от винтов не вписывается в стандарты шумности.
Почему на некоторых самолетах есть пропеллер, а у других нет
Мы сейчас не рассматриваем старые самолеты с пропеллерами и двигателями внутреннего сгорания. Рассмотрим современные самолеты. Сейчас прочитал, что «Авиастар-СП» приступил к изготовлению агрегатов для второго опытного образца нового российского регионального двухмоторного турбовинтового пассажирского самолета Ил-114-300. Как вы уже о — это самолет лопастями.
А вот хотелось бы по максимуму узнать все причины, которые диктуют какой двигатель ставить на самолет — турбовинтовой или турбореактивный? На сколько я выяснил причина собственно одна.
Турбовинтовые двигатели используются в тех случаях, когда скорости полета самолета относительно невелики
. На большом количестве современных транспортных самолетов применяются именно ТВД. Их
преимущество прежде всего в экономичности
. Двигатель снабжен воздушным винтом, который устанавливается впереди компрессора.
Воздушный винт с валом связан редуктором, так как его скорость вращения значительно меньше скорости вращения компрессора-турбины. Для турбовинтовых двигателей сила тяги состоит из тяги воздушного винта и силы тяги, возникающей при истечении газа из сопла. В зависимости от скорости полета самолета изменяются доли двух составляющих тяги. При малых скоростях (крейсерских для транспортных самолетов) доля тяги от воздушных винтов значительно превышает вторую составляющую. В ТВД часто используется комбинация компрессоров.
Стандартом современной гражданской авиации являются турбовентиляторные двигатели. По сути это разновидность двухконтурного турбореактивного двигателя, общий принцип работы которого достаточно прост. При полете самолета набегающий воздух всасывается внутрь двигателя компрессором низкого давления (имеющего привод от вала турбины). Далее часть воздуха направляется внутрь двигателя и участвует как окислитель в сжигании топлива, а другая часть идет в обход камеры сгорания и вырывается назад через сопло, создавая реактивную тягу.
Реактивную тягу также создает струя раскаленных газов, выходящая из сопла двигателя. Отношение объемов воздуха, прокачиваемых через внешний контур и через камеру сгорания, называется «степенью двухконтурности». Двигатели, у которых степень двухконтурности высока и составляет от 2 до 10, называют турбовентиляторными, а имеющее сравнительно большой диаметр первое колесо компрессора низкого давления — вентилятором.
Преимущества турбовентиляторного двигателя от турбореактивного (так ведь?) таковы: во‑первых, если большая часть реактивной тяги создается продуваемым воздухом, а не реактивными газами, повышается топливная эффективность, а значит, экономичность и экологичность всей силовой установки. Во‑вторых, на выходе из сопла (или сопл) холодный воздух смешивается с горячими газами, снижая общее давление смеси. Это делает двигатель менее шумным.
Правильно ли сделать вывод, что турбовинтовые ставят все же на более медленные самолеты? А по какой причине? В результате получается экономия топлива при такой конструкции двигателя? С турбореактивными все и так понятно. Это в основной своей массе военная техника и вертолеты.
Туробореактивные двигатели ставят на самолеты с требованием значительной скорости и соответственно мощности. Конструкция двухконтурных турбореактивных двигателей обеспечивает поступление воздуха в значительных количествах, что на высоких скоростях обеспечивает большую тягу
. Второй контур, контур низкого давления, таким образом, дает дополнительную силу тяги. Соотношение двух составляющих общей тяги зависит от конструкции двигателей и режимов работы. Есть еще какие то причины, по которым на самолете ставят турбовинтовой или турбовентиляторный двигатель?
И вот еще про будущий региональный самолет. Первый опытный Ил-114-300 в настоящее время находится в ангаре филиала ПАО «Ил» (головного разработчика самолета) в Жуковском, где проходит его сборка на основе существующего задела.
Пассажирский самолет Ил-114-300 предназначен для эксплуатации на местных воздушных линиях и является модернизированной версией турбовинтового самолета Ил-114. Самолет будет производиться на отечественных авиапредприятиях.
Серийное производство таких самолетов планируется начать в 2021 году.
Ан-22
Гордость отечественной авиации
Знаменитый Ан-22 «Антей», который до сих пор остается самым большим турбовинтовым самолетом в мире. Самолет был создан в Советском Союзе в 1965 году и используется в России до сих пор. Правда, с 1976 года самолеты больше не производились и на сегодняшний день их существует всего два. Размах крыла Ан-22 составляет 64.40 метра. Максимальная взлетная масса – 225 тысяч кг. Масса пустого самолета – 118 727 кг. В движение «Антей» приводится четырьмя агрегатами ТВД НК-12МА, мощность каждого двигателя составляет 15 265 лошадиных сил.
Dornier Do X
Очень большой, для своего времени
Немецкий самолет-лодка, который был создан в 1929 году и до сих пор входит в число самых больших винтовых машин. Правда, до наших дней не сохранилось ни одного образца. Из-за высоких летных характеристик в массовое производство не пошел, впрочем, и на линии не вышел, совершив лишь парочку демонстративных полетов. Размах крыла Dornier Do X составлял 48 метров. Длина машины составляла 40.5 метров. Борт мог вместить до 160 пассажиров, а максимальная летная масса составляла 52 000 кг.
Гаагская конвенция и Первая мировая война
Отличный показатель, не так ли? Но какой путь пришлось пройти авиации, прежде чем она получила столь современное и впечатляющее по сложности вооружение? Об этом мы сегодня и расскажем.
Начнем с того, что Гаагской конвенцией 1907 года все виды авиационного оружия вообще запретили, так что самолеты летали совершенно безоружными. Еще раньше, а именно в 1899 году Гаагская конвенция ограничила и развитие автоматических пушек малого калибра. Теперь только пушки калибром выше калибр 37 мм могли стрелять разрывными снарядами. Все, что было меньше по калибру, считалось пулей и взрывчатки содержать не могло. Поэтому и 37-мм зенитные автоматические пушки Хайрама Стивенса Максима ее в своих снарядах не имели!
Началась Первая мировая война и оказалось, что кроме табельного оружия, то есть револьверов и пистолетов, летчикам не из чего друг в друга стрелять. Двухместные аэропланы, правда, тут же вооружили пулеметом, из которого мог стрелять второй пилот-наблюдатель или бомбардир, а вот как можно было бы вооружить одноместный самолет либо двухместный, чтобы он мог стрелять вперед? Пулеметы начали ставить над кабиной на крыле, а стреляли из них встав во весь рост или… дергая за шнурок, но все понимали, что это, разумеется, не выход.
Первым реальным техническим новшеством, превратившем тогдашний аэроплан в истребитель, стало изобретение пилота французского Роланда Гарро, который в том месте, где через винт проходила трасса пулеметных пуль, установил стальные пластины, от которых часть из них рикошетировала! Правда, это понизило КПД винта, часть пуль теперь «улетало в молоко», но зато самолет, по сути дела, превратился в летающий пулемет!
Затем был придуман прибор синхронизатор, который просто не давал пулемету стрелять, когда перед его стволом находился пропеллер, так что теперь на самолеты начали ставить и по два, и по три пулемета. И все они стреляли через винт!
Тогда же самолеты стали вооружать и пушками, все теми же 37-мм орудиями малого калибра. Типовым же вооружением в конце войны стали два пулемета винтовочного калибра и… все! Правда, на некоторых самолетах применялись ракеты с длинными деревянными хвостами-шестами, но, естественно, никакого управления они не имели и могли поразить цель только лишь прямым попаданием.
В 30-е годы количество пулеметов, установленных в крыльях самолета-истребителя, могло достигать 8 и даже 12, и они извергали просто ливень свинца, однако уже накануне Второй мировой стало ясно, что… так как прочность самолетов растет, одних только пуль для их поражения становится недостаточно.
Появились специальные авиационные пушки калибра 20-37-мм, которые устанавливали опять же как в крыльях, так и в фюзеляже. В этом случае они стреляли либо через винт, либо через полый внутри вал воздушного винта.
Последнее решение было наиболее удобным: куда смотрел нос самолета, туда он и стрелял. Если пушки находились на крыльях, пилот должен был иметь в виду, что их трассы сходится в одну точку на каком-то расстоянии от его самолета, и стрелять именно с этой дистанции!
Ракеты тогда уже тоже применялись, в частности советские летчики применили реактивные снаряды РСы в боях с японской авиацией на реке Халхин-Гол, но были они тоже неуправляемыми и имели дистанционный (подрывавший снаряд на расстоянии) и ударный взрыватели, чтобы снаряд либо так, либо эдак, но взорвался бы обязательно!
Штурмовики двухбалочной схемы с толкающим винтом БШ-МВ и Ш-218. СССР
Главная » Реальная история » Малоизвестные и нереализованные проекты самолётов и другой летающей техники » Штурмовики двухбалочной схемы с толкающим винтом БШ-МВ и Ш-218. СССР
Малоизвестные и нереализованные проекты самолётов и другой летающей техники
Hoplit 30.12.2018 2154
11
в Избранноев Избранномиз Избранного 8
В продолжение темы, поднятой в статье «Ил-20: штурмовик с экстремальным обзором» выкладываю статью про самолет Ш-218, схема которого приведена в коментариях.
В конце 30-х — начале 40-х годов при проектировании одномоторных штурмовиков с использованием традиционной схемы их компоновки конструкторы обязаны были обеспечить достаточно хороший обзор вперёд-вниз, что представлялось трудноразрешимой задачей. Одним из решений задачи улучшения обзора пилота штурмовика стала двухбалочная схема с фюзеляжем-гондолой, в задней части которой размещался мотор с толкающим винтом.
Проект бронированного штурмовика БШ-МВ АМ-38 разработали А.А. Архангельский, Г.М. Можаровский и И.В. Веневидов в конце 1940 года. Идея создания самолета принадлежит Можаровскому и Веневидову — конструкторам завода № 32, авторам целого ряда разработок, связанных с вооружением: стрелковых турелей, прицелов, бомбардировочного вооружения, комбинированных стрелково-пушечных установок для штурмовиков с оружием, стреляющим под углом вниз от оси самолета, КАБВ (комбинированное артиллерийско-бомбардировочное вооружение). Для этого они экспериментировали со своими установками КАБВ на самолетах СБ 2М-103А, Як-2 2М-103 и пришли к выводу, что нужен специальный самолет-штурмовик, основу наступательного вооружения которого составит их комбинированная стрелково-пушечная установка. К проектированию штурмовика БШ-МВ привлекли конструктора А.А. Архангельского и возложили на него руководство работами. Здесь проблема обзора решалась достаточно успешно (был обеспечен угол обзора вперед-вниз около 15°), но возникали трудности другого рода, связанные с безопасным покиданием самолета лётчиком в полёте и обеспечением огневой защиты задней полусферы. Эксплуатация самолета с размещенным в хвосте винтом также вызывала сомнения. До начала ВОВ был построен макет самолёта.
Самолёт БШ-МВ
В марте 1948 года
главный конструктор ОКБ-21
С.М. Алексеев
предъявил эскизный проект двухместного бронированного штурмовика
И-218
(
Ш-218
). По компоновочной схеме самолет напоминал БШ-МВ — двухбалочный с толкающей установкой поршневого двигателя ВД-251 (М-251) мощностью около 2000 л.с. Х-образной схемы, с соосными винтами АВ-28 диаметром 3,6 м. Крыло было со стреловидностью 16° по передней кромке, задняя — прямая. В конструкции была применена новая сталь 30ХГСНА (с добавкой никеля, допускала глубокий прокал).
Известно, что схема с размещением мотора в ХЧФ с толкающим винтом практического применения не нашла из-за невозможности обеспечить безопасность при посадке на больших углах атаки и при наземной эксплуатации, но наличие к этому времени хорошо отработанных катапультных сидений снимало проблему безопасного покидания машины лётчиком.
Самолет Ш-218
Схема штурмовика с передней кабиной обеспечивала летчику отличный обзор вперед-вниз (около 15°), а передняя часть фюзеляжа освобождала место для установки пушек, подвижных в вертикальной плоскости с углом отклонения 25° вниз, что позволяло вести прицельный огонь по наземным целям в горизонтальном полёте. Эти пушки могли быть в следующих вариантах: четыре НР-23 (4 × 150 снарядов), две Н-37 (2 × 40 снарядов) и две Н-57 (2 × 30 снарядов). В носовой части фюзеляжных балок располагались автоматические наружные ракетные установки (три реактивных орудия ОРО-132).
Ш-218 отличался от БШ-МВ двумя дистанционно управляемыми боковыми турельными установками с пулеметами БТ калибра 12,7 мм (2 × 120 патронов) по наружным бортам балок. Это обеспечивало обороноспособность самолета, хотя оставались некоторые вопросы в части его эксплуатации.
В отсеках центроплана располагались шесть бомб по 100 кг или более мелкие бомбы общей массой до 1500 кг. Под фюзеляжем была возможна подвеска торпеды или бомбы массой 1500 кг.
Управление рулями и элеронами — посредством обособленных систем, правой и левой, так что при повреждении одной половины самолет сохранял управляемость.
21 июня 1948 года
вышел приказ № 440с министра авиационной промышленности, согласно которому надлежало ликвидировать ОКБ при заводе № 21. Тем же приказом из плана опытных работ было исключено строительство экспериментального штурмовика Ш-218, хотя уже был построен макет самолёта.
5 ноября 1949 года на заседании Авиационно-технического комитета (АТК) ВВС по вопросу «О планах опытного строительства летательных аппаратов, поршневых и реактивных двигателей и НИР в этих областях на 1950-51 гг.»
, докладчик — генерал-майор ИАС Н.А. Жемчужин отметил, что:
«… если поступиться несколько требованиями к нормальной дальности и объему бронирования, то возможно создать штурмовик с хорошим обзором (применив схему с толкающим винтом) и большими возможностями по установке различного вида вооружения. Такая схема была предложена т. Алексеевым под мотор Ш-218 М-251. Однако, летные данные этого самолета… получаются значительно худшими, чем это желательно было бы иметь…»
С.М. Алексеев обратился 19 февраля 1951 года с письмом в ВВС и попросил вернуться к рассмотрению проекта. Председатель АТК ВВС Б.Н. Пономарёв считал, что строить Ш-218 нецелесообразно в связи с тем, что лётные данные его были хуже, чем у Ил-10. Отмечалось отсутствие бомб (только в перегрузочном варианте), слабое бронирование, невозможность разборки самолёта для его транспортировки. Зато по стрелково-пушечному и ракетному вооружению, а также по дальности полёта Ш-218 превосходил Ил-10. Следовало ожидать, что скороподъёмность у него тоже будет лучше…
Источник: https://xn—-7sbb5ahj4aiadq2m.xn--p1ai/guide/air/s/sh218.shtml
Вторая мировая война
В годы Второй мировой войны на советских и германских истребителях применялась установка пушек, стреляющих через вал винта (если мотор имел водяное охлаждение) и через плоскость винта, если охлаждение мотора было воздушным. Англичане ставили по 2-4 пушки в крыльях, а вот американцы пошли по пути установки в крыльях 4-6 крупнокалиберных пулеметов, поливавших противника просто ливнем свинца. Например, атакуя германские реактивные самолета Ме-262, они просто палили в его сторону, даже особо не целясь в расчете на то, что какая-нибудь их пуля непременно попадет в большие воздухозаборники его двигателей, а оттуда в турбину и выведет ее из строя и… так обычно и случалось!
В свою очередь немцы создали даже специальный реактивный перехватчик «Наттер», который пушек вообще не имел, а должен был уничтожать американские бомбардировщики залповым пуском множества неуправляемых реактивных снарядов — НУРСов.
Уже тогда действовали эти снаряды по целям на земле и в воздухе очень хорошо, разнося в щепы и танки и самолеты, вот только точность их попадания была очень низкой.
И опять же именно германские военные инженеры первыми начали работу над реактивными управляемыми снарядами. Были созданы снаряды, управлявшиеся по радио и по проводам. Последние должны были применяться с самолетов «Фокке-Вульф-190» против американских «летающих крепостей», однако довести их до ума прежде, чем закончится война, к счастью для союзников, не удалось.
