Пропеллеры для квадрокоптера — основные параметры и как подобрать

Первый этап расчета воздушного винта

Расчет винта условно можно разделить на три последовательных этапа. Целью первого этапа расчета является определение предполагаемых радиуса, тяги и КПД винта.
Исходными данными первого этапа являются:

• располагаемая мощность двигателя N, Вт
• частота вращения винта , 1/с
• максимально допустимый радиус винта из условий его расположения на самолете R , м
• расчетная скорость винта Vo , м/с
• максимально допустимая окружная скорость конца лопасти u , м/с
• плотность воздуха , кг/м3
• исходный желаемый КПД
• шаг снижения желаемого КПД

Расчет целесообразно вести с использованием международной системы единиц СИ.
Если частота вращения винта задана в оборотах в минуту, то, воспользовавшись формулой

ее необходимо перевести в радианы в секунду.

Расчетная скорость винта V выбирается в зависимости от назначения СЛА и величины

где К-расчетное максимальное аэродинамическое качество сверхлегкого самолета; m -взлетная масса.

При Эo = 1,2Vотр , где Vотр -расчетная скорость отрыва самолета.

При значениях величины Э от 1000 до 1500 за расчетную скорость винта Vо целесообразно принимать крейсерскую скорость полета Vкр .

И при значениях Э более 1500 за расчетную скорость можно принять скорость, вычисленную по формуле

При выборе Vо следует учитывать то обстоятельство, что при заданной мощности двигателя уменьшение расчетной скорости V ведет к уменьшению максимальной скорости полета, а ее увеличение — к ухудшению взлетных характеристик СЛА.

Исходя из условия недопущения трансзвуковых течений, скорость конца лопасти u . не должна превышать 230… 250 м/с и только в отдельных случаях, когда не предполагается установка редуктора, а винт не может снять полную мощность двигателя, допускается до 260 м/с.

Исходное значение желаемого КПД выше 0,8 для скоростных и выше 0,75 для нескоростных СЛА выбирать нецелесообразно, поскольку на практике это неосуществимо. Шаг его снижения первоначально можно принять равным 0,05 и затем уменьшать по мере приближения к действительному значению КПД.

На основании исходных данных последовательно определяются:

• требуемое значение осевого КПД
• максимальное значение коэффициента нагрузки В, при котором можно получить желаемое значение
• тяга, которую будет иметь винт на скорости Vo , при заданном значении предполагаемого КПД
• минимальное значение ометаемой площади Sом и наименьший радиус винта, при котором можно получить желаемый КПД

Если потребный радиус R окажется больше граничного RГР , то это значит, что первоначально заданный КПД получен быть не может. Необходимо уменьшить на выбранную величину и цикл повторить, начиная с определения нового значения ? .
Цикл повторяется до тех пор, пока не выполнится условие RRГР . Если это условие выполнилось, то далее производится проверка, не превышает ли окружная скорость конца лопасти uК допустимое значение uК.ГР .

Если uК uК.ГР , то задается новое значение на величину меньше предыдущего, и цикл повторяется.

После определения значений радиуса R, тяги Р и КПД винта можно переходить ко второму этапу расчета.

Технология изготовления деревянного винта аэросаней

Для изготовления блочных деревянных воздушных винтов применяют твердые прямослойные сорта древесины без, сучков и гнили — дуб, клен, ясень, бук и др. Не рекомендуется делать винт из целой болванки, так как он со временем может покоробиться и значительно исказить свою первоначальную форму. Лучше всего болванку для винта склеить из тонких (10—12 мм) досок — дрок. Чтобы предотвратить коробление такой болванки, доски до склейки должны быть хорошо высушены. Клеить их нужно внутренней стороной древесины друг к другу, веером (рис. 70, а).

Склейку желательно производить казеиновым клеем с выдержкой болванки под прессом (можно под грузом или под затяжкой струбцинами) не менее двух-трех суток.

Размеры болванки должны соответствовать габаритным размерам будущего винта с небольшим припуском.

Болванку прежде всего опиливают по контурам винта. Для этого из фанеры вырезают в соответствии с размерами чертежа шаблоны контуров винта по его двум проекциям (рис. 70, б).

По шаблонам размечают болванку, строго соблюдая совпадение осей на болванке и шаблонах. Размеченную болванку обрезают по контурам (рис. 70, в) и просверливают центральное отверстие, по которому в дальнейшем будут центрировать винт. Отверстие разделывают точно перпендикулярно плоскости болванки. Если уже изготовлена промежуточная деталь — втулка винта, посредством которой его будут крепить на ведущий вал, то окончательно обрабатывают торцы втулки и на нее устанавливают на болтах болванку винта.

Для точной обработки лопастей необходимо изготовить стапель и шаблоны всех сечений (дужек) лопасти.

Стапелем может служить толстая, сухая, хорошо отфугованная доска размером не меньше 2/3 длины винта. На ней размечают ось винта и наносят риски в местах установки контрольных сечений — дужек.

На стапель необходимо установить точно по оси винта осевой штырь, который будет имитировать вал винта. На этот штырь надевают болванку винта так, чтобы она не легла вплотную на стапель. Для этого осевой штырь ставят на подкладку.

На каждое контрольное сечение лопасти изготовляют шаблон, состоящий из двух частей — нижней 1 и верхней 2.

Все нижние шаблоны должны рассчитываться по их высоте от плоскости стапеля с учетом толщины подкладки, подложенной под осееой штырь. Если этого не сделать, то изготовить винт с необходимой точностью не удастся.

Верхний шаблон должен точно подходить и центрироваться по нижнему шаблону, для чего при изготовлении его припиливают по контрольным площадкам нижнего шаблона и на обоих шаблонах одновременно наносят контрольные риски. Устанавливают нижний шаблон на стапеле между деревянными брусками.

Рис. 70. Технологическая схема изготовления блочного деревянного воздушного винта.

Обработку лопастей ведут последовательно, контролируя правильность только одним шаблоном, то есть изготовленным в одном экземпляре для каждого сечения. Шаблоны для контроля сечения дужек желательно изготовить из толстого дюралюминия толщиной 3—5 мм.

Перед началом обработки лопасти надо убедиться, что болванка винта на осевом штыре не имеет люфта. Одновременно следует проверить (по произвольно выбранным точкам на болванке) отсутствие перекоса болванки на стапеле.

Грубо обработанный винт зачищают обломками стекла и шкуркой, добиваясь хорошего прилегания к его поверхности контрольных шаблонов сечений.

Балансировка винта

. Балансировка винта является одним из важных этапов его изготовления. Это особенно относится к винтам многооборотным и изменяемого шага. У последних лопасти и значительное количество деталей изменяют свое положение в пространстве во время работы, что может нарушать аэродинамическую и весовую симметрию винта.

В эксплуатации плохо сбалансированный винт вызывает тряску и вибрацию моторной установки и корпуса. Это может привести к разбалтыванию крепежных деталей, появлению трещин в узлах и трубах силовых элементов конструкции и к преждевременному износу двигателя, оборудования и самого винта.

Весовая несбалансированность характеризуется сдвигом центра тяжести винта с оси его вращения, благодаря чему центробежные силы на одной лопасти будут больше, чем на другой.

Величина весовой несбалансированности выражается в граммах на радиусе винта в 1 м. Замеряют ее и устраняют на ножевом балансирном приспособлении.

Несбалансированность весовых моментов определяется непараллельностью малой главной оси инерции винта с осью его вращения.

Причины весовой несбалансированности: отклонение размеров деталей от нормальных (даже в случае их изготовления в пределах допусков) и искажение формы лопастей под нагрузкой центробежными силами. Весовую несбалансированность проверяют на балансировочном приспособлении, изготовленном из двух хорошо отфугованных досок и тщательно выверенных при установке по уровню. Несбалансированность аэродинамических сил определяется из условия, что силы сопротивления вращению отдельных лопастей неодинаковы, а несбалансированность моментов аэродинамических сил — из условия, что моменты силы тяги отдельных лопастей относительно оси вращения неодинаковы.

Причиной аэродинамической несбалансированности является отклонение углов установки отдельных лопастей и их сечений, изменяющих аэродинамические характеристики отдельных участков на лопасти и лопасти в целом. Проверяют аэродинамическую несбалансированность на стапеле путем точной подгонки контрольных сечений лопасти по одному и тому же шаблону для всех лопастей.

Балансировка при изготовлении винта проводится не менее трех-четырех раз (после изготовления винта и его зачистки, после шпаклевки и оклейки материей, после нанесения каждого слоя краски).

Если винт дает весовые отклонения, их можно устранить нанесением дополнительного слоя краски на более легкую лопасть (для деревянного винта) или зачисткой шкуркой более тяжелой лопасти (для металлического винта)*

Окрашивают винт масляной краской по слою грунтовки. После нанесения не менее двух тонких слоев краски винт полируют и покрывают масляным лаком.

Концы деревянных лопастей для обеспечения прочности их рабочей кромки оковывают тонким металлическим листом латуни или нержавеющей стали.

Второй этап расчета воздушного винта

Целью второго этапа расчета является определение тяги, потребляемой мощности и геометрических размеров воздушного винта.
Исходными данными для второго этапа расчета являются:

• располагаемая мощность двигателя N, Вт
• частота вращения винта , 1/с
• расчетная скорость Vo , м/с
• число лопастей винта i
• предполагаемые радиус винта R, м, и тяга Р, Н, полученные на первом этапе расчета

Для проведения расчетов лопасть винта (рис. 6. 7)

Дополнительно задаются:

• относительная ширина лопасти =bmax /D
• закон изменения ширины лопасти по радиусу b =f (r)
• закон изменения относительной толщины лопасти =с/b
• закон изменения углов атаки рассчитываемых участков

Первоначально максимальную относительную ширину лопасти для деревянных винтов целесообразно задавать равной 0,08.
Закон изменения ширины лопасти и относительной толщины может быть задан в виде формулы, таблицы или чертежа винта (рис. 6. 1).

Рис 6.1 Воздушный винт фиксированного шага
Величины углов атаки выбранных сечений задаются конструктором с учетом обратного аэродинамического качества . Значения коэффициентов Су и K=1/ снимаются с графиков рис. 6.4 и 6.5 с учетом выбранного профиля и значений и .

Рис 6.4 Зависимость коэффициента подьемной силы и обратного аэродинамического качества от угла атаки и относительной толщины для профиля ВС-2

Рис 6.5 Зависимость коэффициента подьемной силы и обратного аэродинамического качества от угла атаки и относительной толщины для профиля РАФ-6
Первым шагом второго этапа расчета является определение скорости потока V в плоскости винта. Эта скорость определяется по формуле

полученной из совместного решения уравнений тяги и расхода воздуха, проходящего через ометаемую винтом площадь.

Предполагаемые значения тяги Р, радиуса R и площади Sом берутся из первого этапа расчета.

Если в результате расчета окажется, что мощность, потребляемая винтом, отличается от располагаемой не более чем на 5… 10%, то второй этап расчета можно считать выполненным.

Если потребляемая винтом мощность отличается от располагаемой на 10… 20 %, то необходимо увеличить или уменьшить ширину лопасти, учитывая, что потребляемая мощность и тяга винта изменяются примерно пропорционально хорде лопасти. Диаметр, относительные толщины и углы установки сечений при этом остаются неизменными.

В некоторых случаях может оказаться, что потребляемая винтом мощность и его тяга более чем на 20% отличаются от предполагаемых по результатам первого этапа расчета. В этом случае по соотношению потребляемой и располагаемой мощностей

с использованием графика (рис. 6. 10) определяются значения коэффициентов kR и kP . Эти коэффициенты показывают, во сколько раз необходимо изменить предполагаемые радиус и тягу винта, являющиеся исходными для второго этапа расчета. После этого второй этап расчета повторяется.

Рис 6.10 Зависимость поправочных коэффициентов от соотношения потребляемой и располагаемой мощностей
По окончании второго этапа расчета необходимые для изготовления геометрические размеры винта (R, r, b, с и ) в удобных для его изготовления единицах сводятся в таблицу.

Тяга несущего винта

Подсчитаем тягу несущего винта. Если рассматривать поверхность (площадь F), ометаемую винтом при его вращении, как непроницаемую плоскость, то мы увидим, что на эту плоскость сверху действует давление pi, а снизу давление р2, причем р-2 больше рх.

Из второго закона механики известно, что масса получает ускорение лишь тогда, когда на нее действует какая- либо сила. Причем эта сила равна произведению массы на ускорение и направлена в сторону ускорения (в нашем случае вниз).

Что это за сила? С одной стороны, очевидно, что эта сила есть результат воздействия винта на воздух. С другой стороны, это? силе согласно третьему закону механики должно соответствовать равное по величине и противоположное по направлению воздействие воздуха на винт. Последнее есть не что иное, как сила тяги винта.

Однако если мы посмотрим на динамометр, измеряющий фактическую тягу винта, мы установим, что наш подсчет несколько неточен. В действительности тяга будет меньше, так как мы считали работу винта идеальной и не принимали в расчет потери энергии на трение и на закручивание струи воздуха за винтом.

Фактически частички воздуха подходят к винту, имея не только индуктивную скорость в осевом направлении, перпендикулярную к плоскости вращения, но и скорость закручивания. Поэтому при подсчете индуктивных скоростей подсасывания их и отбрасывания и2 учитывается также закручивание воздуха при вращении несущего винта.

В формуле тяги коэффициенту подъемной силы су подобен коэффициент тяги; скорости полета соответствует окружная скорость концов лопастей винта, имеющего радиус г и угловую скорость, площади крыла 5 соответствует площадь диска, ометаемого винтом, лг2. Коэффициент определяется по кривой продувки данного винта на различных углах атаки.

Величину безразмерного коэффициента тяги для конкретного, уже созданного винта, работающего на данном режиме, можно подсчитать, разделив тягу Т винта, выраженную в килограммах, на произведение других параметров винта, которое также имеет размерность силы тяги кг.

Мы установили, что если подъемная сила самолета создается за счет отбрасывания вниз воздуха крылом, то подъемная сила вертолета создается путем отбрасывания вниз воздуха несущим винтом.

Когда вертолет имеет поступательную скорость, то, естественно, объем отбрасываемого вниз воздуха увеличивается.

В силу этого при затрате одной и той же мощности несущий винт вертолета, имеющего поступательную скорость, развивает большую тягу, чем винт висящего вертолета.

И, наоборот, для создания одной и той же тяги На винт вертолета, имеющего поступательную скорость, надо передавать меньшую мощность, чем на винт висящего вертолета.

Уменьшение потребной мощности с ростом скорости происходит только до определенного значения скорости, при которой увеличение сопротивления воздуха движению вертолета не только поглощает выигрыш в мощности, но даже требует последнюю увеличивать.

Узлы и агрегаты техники

Соосная компоновка винтов вертолёта: плюсы и минусы

Безусловным достоинством рулевой схемы является конструктивная простота, сравнительно невысокие затраты на обслуживание и ремонтные работы. Но лишаясь хвостового винта, вертолет теряет управление и падает.

Соосная схема винтов распространена меньше, но ее применение позволяет сделать вертолет более живучим и, соответственно, более приспособленным к выполнению боевых задач. Интересно, что использование соосной схемы – результат работы советских и российских конструкторов.

Первый отечественный вертолет с соосной схемой был представлен в 1948 году. Это был Ка-8 «Иркутянин», выпущенный конструкторским бюро Камова всего в трех экземплярах. Затем выпустили Ка-10 и Ка-15. Последний вертолет стал первым продуктом КБ Камова, поступившим в серийное производство. Так в Советском Союзе начался серийный выпуск вертолетов с соосной схемой винтов.

В отличие от классической одновинтовой схемы, реализовать на практике соосную схему куда сложнее. Эксперты называют ее одним из самых выдающихся достижений отечественного вертолетостроения. Но сложность в конструировании и исполнении компенсируется несомненными преимуществами соосной схемы.

Во-первых, соосные вертолеты обладают меньшими габаритами, высокой компактностью, что увеличивает угловые скорости и делает машину более маневренной. В частности, такой вертолет способен выполнять фигуры «воронка», «косая петля», которые не могут выполнять вертолеты классической схемы с рулевым винтом.

Во-вторых, вертолеты соосной схемы обладают большей боевой живучестью за счет отсутствия хвостового винта с его редуктором и приводами. При этом вертолету проще маневрировать вблизи земли или иной поверхности, на которую он может сесть.

В-третьих, у вертолетов соосной схемы выше коэффициент весовой нагрузки, то есть соотношение полезной нагрузки и общей полетной массы.

Такие характеристики соосных вертолетов обусловили специфику их применения. Вертолеты соосной схемы куда более эффективны в качестве вертолетов палубной авиации, их можно использовать в высокогорных районах с их сложными метеорологическими условиями. Так, Ка-50 активно использовали во время боевых действий на Северном Кавказе.

В то же время, у вертолетов соосной схемы, при всех их неоспоримых достоинствах, есть и определенные минусы. Самый существенный минус для их серийного производства – высокая стоимость. По оценке экспертов, Ми-28 уступает соосному Ка-52 практически по всем характеристикам, но стоимость последнего значительно выше, причем речь идет о миллионах долларов.

Также эксперты отмечают сложность системы управления соосным вертолетом, риск значительных вибраций, недостаточную путевую устойчивость, опасность столкновения вращающихся в противоположных направлениях лопастей.

В настоящее время главным современным ударным боевым вертолетом соосной схемы является Ка-52 «Аллигатор». Эти боевые машины были успешно проверены в Сирии, хорошо показав себя в необычном для России климате. Вертолеты Ка-52 находятся в составе как армейской авиации, так и палубной авиации ВМФ России.

Воздушный винт В-530ТА-Д35

Руководство по летной эксплуатации самолета Як-52

Автоматический воздушный винт В-530 выпускают с двумя различными по диаметру типами лопастей:

• В-530-ДИ-для установки на самолет Як-12Р с двигателем АИ-14Р;
• В-530-Д35-для установки на самолет Як-18А с двигателем АИ-14Р.
• В-530ТА-Д35-для установки на самолет Як-52 с двигателем М-14П.

Совместно с регулятором постоянного числа оборотов Р-2 (или Р-7Е) винт автоматически поддерживает заданное число оборотов двигателя на всех режимах полета самолета. Автоматическая работа винта основана на гидроцентробежном принципе по прямой схеме действия при одноканальной подводке масла в цилиндровую группу винта.

Перевод лопастей в сторону малого шага производится под действием момента, создаваемого давлением масла, поступающего в цилиндр винта от маслонасоса регулятора Р-2. Перевод лопастей в сторону большого шага производится под действием момента, создаваемого центробежными силами противовесов. При падении давления масла, поступающего от регулятора к винту, лопасти винта под действием центробежных сил противовесов переходят на упор большого шага, что обеспечивает продолжение полета.

При эксплуатации винта в условиях низких температур на цилиндр винта устанавливают отеплитель.

Основные технические данные

Тип винта	В-530-Д11 тянущий автоматический винт изменяемого в полете шага	В-530-Д35 тянущий автоматический винт изменяемого в полете шага
2. На какой самолет устанавливается	Як-12Р, Вильга-35А	Як-18А, Як-52, Су-26
3. С каким двигателем	АИ-14Р	АИ-14Р, М-14П
4. Редукция двигателя	0,79	0,79
5. Направление вращения винта	Левое	Левое
6 Диаметр винта	2,75 м	2,4 м
7. Число лопастей	2	2
8 Форма лопасти	Веслообразная	Веслообразная
9. Относительная толщина лопасти на r = 0,9	0,065	0,08
10. Максимальная ширина лопасти	240 мм.	240 мм.
11. Профиль дужки лопасти	«Ф»	«Ф»
12. Минимальный угол установки лопасти на r =1000 мм	8°30′	120
13. Максимальный угол установки на r=1000 мм	250 ±10	28030′ ±10
14 Диапазон поворота лопастей	16°30’±1°	16°30’±1°
15. Принцип действия винта	Гидроцентробежный	Гидроцентробежный
16. Схема действия	Прямая	Прямая
17 Регулятор постоянных оборотов	Р-2 или Р-7Е	Р-2 или Р-7Е
18 Угол установки противовеса	20°	20°
19. Вес винта с деталями, не входящими в собранный винт	41 кг. ± 2%	39 кг. ± 2%

Принципиальная схема действия

Автоматические воздушные винты изменяемого в полете шага В-530-Д11 и В-530-ДА гидравлические, работают по прямой схеме действия совместно с регулятором постоянных оборотов Р-2 или Р-7Е

На всех режимах полета винт поддерживает заданное летчиком постоянное число оборотов, обеспечивая полную мощность двигателя на заданном режиме полета.

В винтах В 530-Д11 и В-530-Д35, работающих по прямой схема действия, поворот лопастей в сторону увеличения шага происходит под действием моментов, создаваемых центробежными силами противовесов, а в сторону уменьшения шага — под действием моментов, создаваемых давлением масла на поршень цилиндровой группы винта Давление масла, подаваемое маслонасосом регулятора постоянного числа оборотов, преодолевает момент центробежных сил противовесов и поворачивает лопасти на уменьшение шага

Противовесы, установленные на переходные стаканы, создают при вращении винта момент, который на всех режимах работы двигателя стремится поворачивать лопасти на увеличение шага

Совместная работа винта и регулятора обеспечивает автоматическое изменение шага винта, поддерживая этим заданное постоянное число оборотов двигателя независимо от режимов полета и работы двигателя

Заданная величина постоянного числа оборотов, которые должны поддерживать винт совместно с регулятором, осуществляется соответствующей настройкой регулятора. Настройка регулятора производится поворотом, находящегося в кабине летчика штурвала управления винтом. Штурвал управления винтом связан с регулятором.

Схема работы винта и регулятора

Автоматическое изменение шага винта

Автоматическое изменение шага винта происходит при отклонении оборотов двигателя в ту или другую сторону от заданных равновесных оборотов. На Рис. 1 показано положение регулятора при постоянном числе оборотов, соответствующее установившемуся режиму, т.е. случаю, когда поступательная скорость самолета и мощность двигателя не меняются.

Рис. 1 Схема действия механизма винта (равновесные обороты).

1-поршень,2-цилиндр,3-поводок,4-проушины поводка: 5-палец стакана, 6-оси центробежных грузиков, 7-пружина,8-репка,9-зубчатое колесо, 10-центробежные грузики; 11-канал выхода масла через редукционный клапан, 12-корпус регулятора; 13-канал подвода масла от двигателя; 14-маслонасос регулятора, 15-золотник:16-канал подвода масла к цилиндру; 17-стакан,18-лопасть,19-противовес,20-сухарь

Число оборотов, при которых наступает равновесие между давлением пружины и усилием от грузиков регулятора, зависит от натяжения пружины Вращающиеся грузики 10 регулятора под действием развиваемой ими центробежной силы стремятся поднять вверх золотник 15, а пружина 7 стремится опустить золотник вниз. В случае установившегося режима работы сила пружины равна центробежной силе, развиваемой грузиками, и золотник 15 находится в среднем положении, перекрывая своим буртиком канал 16, ведущий к цилиндру винта. Масло в цилиндре оказывается закрытым и шаг винта не меняется. В этом случае масло из нагнетающей системы поступает по каналу 18 в насос регулятора, который прокачивает масло в канал 11. Так как при этом масло не расходуется на поворачивание лопастей винта, то насос прокачивает масло обратно на вход в насос через редукционный клапан.

Рис. 2 Схема действия механизма винта (переход винта с большого шага на малый).

Пружина редукционного клапана отрегулирована на поддержание определенного давления масла. Если по какой-либо причине число оборотов двигателя уменьшится на некоторую величину, то сила, развиваемая грузиками, станет меньше силы натяжения пружины, золотник 15 под действием избыточной силы опустится вниз (Рис. 2) и откроет доступ масла в канал 16. Масло по каналу 16 начнет поступать в цилиндр винта, создавая давление на поршень 1, и под действием давления масла на поршень лопасти винта будут поворачиваться в сторону уменьшения шага, увеличивая число оборотов двигателя. Как только число оборотов двигателя достигнет заданного, золотник 15 под действием центробежных сил грузиков поднимется вверх и перекроет буртиком канал 16, т.е. займет положение, изображенное на Рис. 1.

Дальнейшее изменение угла установки лопастей винта прекратится и двигатель будет работать на постоянном числе оборотов, пока летчик не изменит режим. При увеличении числа оборотов двигателя по сравнению с числом оборотов двигателя установившегося режима центробежная сила грузиков возрастет и под действием избыточной силы сожмет пружину, вследствие чего золотник регулятора поднимется вверх (Рис. 3), полость цилиндра через канал 16 сообщится с картером двигателя и давление масла в цилиндре упадет Лопасти винта под действием момента, развиваемого центробежными силами противовесов, начнут поворачиваться в сторону большого шага Увеличение угла установки лопастей будет происходить до тех пор, пока число оборотов двигателя не упадет до заданного, тогда золотник 15 опустится вниз и закроет буртиком канал 16, слив масла из цилиндра прекратится и дальнейшее увеличение шага лопастей винта остановится

Рис. 3 Схема действия механизма винта (переход винта с малого шага на большой)

Таким образом, при нормальной работе винта и регулятора заданное летчиком число оборотов должно сохраняться При изменении режима полета или мощности двигателя число оборотов двигателя может отклониться от заданного на 150-200 об/мин, но в течение 3-4 сек. возвратится к заданному.

Принудительное переключение шага лопастей винта

Принудительное переключение лопастей винта с малого шага на большой

Летчик с помощью штурвала управления через зубчатое колесо 9, рейку 8 и пружину 7 перемещает золотник 15 в крайнее верхнее положение (см. Рис. 3). В этом случае буртик золотника перекрывает канал подачи масла из регулятора и открывает выход масла из цилиндра в картер двигателя. Давление масла в полости цилиндра прекращается.

Момент от центробежных сил противовесов поворачивает лопасти в сторону большого шага, а эксцентрично расположенные на переходных стаканах пальцы 5 через сухари, находящиеся между проушинами поводка, перемещают поводок вдоль ступицы влево. Сочлененный с поводком поршень, вытесняя масло из полости цилиндра, перемещается в том же направлении.

Движение поводка и поршня, а следовательно, и поворот лопастей прекращается в тот момент, когда регулировочное кольцо поршня упрется в верхнюю часть цилиндра.

Принудительное переключение винта с большого шага на малый

Летчик из кабины при помощи штурвала управления перемещает золотник 15 вниз (см. Рис. 2). В этом случае масло из насоса регулятора по каналу 16 поступает в цилиндр винта, создавая давление на поршень. Поршень, опираясь на поводок 3, перемещает его вдоль ступицы вправо. Поводок через сухари, расположенные между его проушинами 4, давит на эксцентрично расположенные пальцы 5 переходных стаканов и, преодолевая момент, создаваемый центробежными силами противовесов, поворачивает лопасти в сторону малого шага. Движение поршня с поводком, а следовательно, и поворот лопастей в сторону уменьшения шага прекратится, когда поводок упрется в бурт корпуса втулки.

Конструкция винта

Воздушные винты В-530-Д11 и В-530-Д35 состоят из узла втулки, узла крепления лопасти, цилиндровой группы, лопастей и деталей для установки винта на носок вала двигателя.

Лопасти 35 на резьбе ввертываются в переходной стакан 32 втулки винта и затягиваются противовесом. Переходной стакан под действием давления масла на поршень цилиндровой группы или моментов от центробежных сил противовесов имеет возможность поворачиваться в корпусе в пределах установленного диапазона. Для уменьшения трения при повороте к обеим сторонам буртика переходного стакана установлены упорные роликоподшипники 33 и текстолитовый радиальный подшипник 30, впрессованный в гайку 31 корпуса.

Действующие на лопасть центробежные и аэродинамические силы через переходной стакан, упорные подшипники и гайку корпуса передаются на корпус 19. С корпусом при помощи шести болтов и двух штифтов сочленена ступица 20, вдоль которой перемещается поводок 22. Торец поводка соприкасается с торцом поршня 4. Осевое перемещение поршня, вызванное увеличением давления масла в полости цилиндра 5, передается поводку, в проушинах которого установлены сухари 36. В отверстии сухарей установлены эксцентрично расположенные пальцы переходных стаканов. Поэтому при движении поводка от давления на него поршня переходные стаканы, а вместе с ними и лопасти поворачиваются на малый шаг.

Для увеличения угла установки лопастей (увеличение шага) необходимо перекрыть канал подачи масла от насоса регулятора оборотов в цилиндр винта, обеспечив слив в картер двигателя, тогда центробежные силы противовесов повернут лопасти на большой шаг, а эксцентрично расположенные пальцы переходных стаканов переместят поводок. Вдоль оси ступицы, поводок в свою очередь начнет давить на поршень, который, вытесняя масло из полости цилиндра, будет перемещаться в ту же сторону.

Узел втулки

Узел втулки (Рис. 4) служит для закрепления всех узлов и деталей винта, а также для установки и крепления винта на носке вала двигателя.

Корпус

Корпус втулки винта В-530 (Рис. 5) изготовлен отъемным от ступицы. Ступица с корпусом соединена шестью болтами и двумя фиксирующими штифтами; в эксплуатации разъединению не подлежат.

Для закрепления узлов стаканов с лопастями в корпусе имеется два лопастных гнезда (рукава) с резьбой, в которую ввертывается гайка корпуса. Имеющаяся перед резьбой проточка 2 служит посадочным местом для гайки корпуса. К буртику 3 устанавливается кольцо упорного роликоподшипника.

На цилиндрической поверхности корпуса имеется фланец 4, к которому крепится ступица. Фланец корпуса имеет восемь отверстий, из которых два отверстия 5, расположенных на продольной оси корпуса, предназначены для установки штифтов, фиксирующих положение шпоночных пазов на ступице относительно лопастных гнезд, при сочленении ступицы с корпусом. В остальные шесть отверстий устанавливаются болты крепления ступицы к корпусу. С другой стороны корпус имеет буртик с шестью пазами 6. В эти пазы при установке цилиндровой группы на винт входят выступы цилиндра. Вошедшие в пазы выступы цилиндра должны опереться на буртик центрирующей проточки, после чего цилиндр разворачивается на ЗУ в любую сторону. В паз 7, имеющий прямые углы, устанавливается специальная шпонка, предохраняющая цилиндр от проворачивания в эксплуатации. В отверстие 8 ввертывается винт,

Рис. 4 Корпус втулки (узел).

1-корпус;2-поводок;3-шпонка;4-винт шпонки; 5-винт контровочный; 6-штифт;7-болт;8-ступица.

Рис. 5 Корпус.

1-резьба;2-посадочное место гайки корпуса, 3-буртик; 4- фланец; 5-отверстая для штифтов; 6-дааэы под выступы цилиндра; 7-пав для шпонки, 8-отверстие для винта, 9-скгверстам! для крепления контровочной пластины.

предохраняющий шпонку от выпадания. В четыре отверстия 9 с резьбой, расположенные на поясках лопастных гнезд, ввертываются винты, закрепляющие контровочные пластины гайки корпуса.

Поводок

Поводок (Рис. 6) — полый цилиндр, на наружной поверхности которого имеются две проушины / для сухарей и две площадки 2 с отверстиями. На каждой площадке имеются по три отверстия: в большие отверстия 4 вставляются шпонки, а в отверстия 5 меньшего размера — винты, крепящие шпонки. Отверстия 3 (на щечках проушин поводка) являются технологическими отверстиями, необходимыми только при обработке поводка.

Для уменьшения трения при перемещении поводка на ступице в его внутреннюю поверхность запрессовывается текстолитовый вкладыш 6. Для предохранения текстолитового вкладыша от выпадания при эксплуатации стенка повадка протачивается и завальцовывается.

Рис. 6 Поводок.

1-проушина;2-площадка;3-технологическое отверстие; 4-отверстия для шпонки; 5-отверстия для винтов крепления шпонки; 6-вкладыш.

Ступица

Ступица втулки винта (Рис. 7) имеет цилиндрическую поверхность с фланцем на одном ее конце. Фланец ступицы имеет восемь отверстий для болтов и фиксирующих штифтов, посредством которых ступица сочленяется с корпусом. Два отверстия, расположенные по вертикальной оси, предназначены для установки штифтов, фиксирующих положение шпоночных пазов ступицы относительно лопастных гнезд корпуса, в остальные шесть отверстий устанавливаются болты при сочленении ступицы с корпусом. Отверстия 7, расположенные по окружности фланца перпендикулярно отверстиям для штифтов, предназначены для контровочных винтов, предохраняющих штифты от выпадания. На цилиндрической поверхности ступицы имеются два паза 6 для шпонок, предохраняющих поводок от проворачивания. Торец цилиндрической поверхности ступицы имеет пять профрезерованных пазов 2, один из которых должен совпасть с выступом контровочной пластины при установке винта на носок вала двигателя.

Внутренняя поверхность ступицы имеет шлицы, предохраняющие винт от проворачивания на носке вала при работе двигателя. Для центровки винта на носке вала двигателя в полости ступицы сделаны конусные гнезда; гнездо 8 служит для посадки ступицы на задний конус, а гнездо 5 для переднего конуса.

В проточенную канавку 4 устанавливается кольцо-съемник, а в канавку 3-кольцо, предохраняющее контровочную пластину от выпадания.

Рис. 7 Ступица.

1-отверстия для штифтов; 2-паз;3-канавка для установки предохранительного кольца; 4-канавка для установки кольца съемника; 5-гнездо для переднего конуса; 6-паз для шпонки; 7-отверстия для контровочного винта; 8-гнездо для заднего конуса.

Узел крепления лопасти (рис.

Стакан переходной

Установка и крепление лопастей во втулке винта производится при помощи стальных стаканов.

Конструкция стаканов и способ резьбового крепления лопастей в них обеспечивают возможность в полевых аэродромных условиях быстро и с достаточной точностью изменять установочный угол лопастей или заменять поврежденные лопасти новыми. Для крепления лопастей во внутренней поверхности переходного стакана (Рис. 9) имеется специальная резьба 5, соответствующая резьбе на стакане лопасти. На наружной поверхности переходного стакана сделана проточка 3 для установки противовеса и отверстие 2 для установки штифта, фиксирующего установку противовеса под требуемый угол. Три паза, имеющиеся на стакане, дают возможность деформации и более надежному обжатию лопастного стакана при затяжке гайки болта хомута.

Рис. 8 Крепление лопасти (узел).

1-узел гайки корпуса; 2-стакан переходной, 3-сепаратор с роликами, 4-узел противовеса

На торце стакана нанесена шкала, служащая для первоначальной установки угла лопастей. Цена одного деления шкалы равна 1°. Торцовые поверхности буртика 4 цементированы, термообработаны на высокую твердость и выполняют роль колец роликоподшипников. На эксцентрично расположенный палец 6 надевается бронзовый сухарь, который входит в проушины поводка.

Узел гайки корпуса (рис. 10)

Гайка корпуса на наружной поверхности имеет резьбу б, на которой она ввертывается в корпус. Во внутреннюю поверхность гайки впрессован текстолитовый радиальный подшипник 3, в текстолитовом подшипнике проточена канавка 4 для установки манжеты, предохраняющей смазку от выбрасывания из втулки.

Рис. 9 Стакан переходной.

1-паз;2-отверстие для штифта; 3- проточка для установки противовеса; 4-буртик;5-резьба;6-палец.

Рис. 10 Гайка корпуса (узел).

1-гайка корпуса; 2-кольцо гайки; 3-радиальный подшипник (текстолитовый); 4-ианавка для манжеты; 5-отверстие для винтов крепления балансировочного груза; 6-резьба;7-торец гайки корпуса.

Для предохранения от выпадания манжеты и впрессованного текстолитового подшипника в гайку корпуса ввертывается специальное кольцо 2. Торец 7 гайки корпуса цементирован и термообработан на высокую твердость и заменяет собой кольцо упорного роликоподшипника. Отверстия 5 с резьбой в кольце гайки предназначены для винтов крепления балансировочных пластин, которыми устраняется статическая неуравновешенность винта при его балансировке. При статической балансировке собранного винта балансировочные пластины устанавливаются на торце кольца гайки облегченной стороны втулки и закрепляются винтами. Винты контрятся проволокой попарно.

Балансировочными пластинами устраняется дисбаланс как вертикальный, так и горизонтальный, при этом количество устанавливаемых на торец кольца гайки балансировочных пластин не ограничивается при условии, чтобы длина винтов крепления балансировочных пластин обеспечивала надежное их крепление и не создавалось помех перемещению противовесов.

Узел цилиндра (рис. 11)

Цилиндр (Рис. 12) изготовляется из дуралюмина и крепится к корпусу втулки винта выступами 3, которые входят в фрезерованные пазы корпуса. Посаженный до упора в пазы корпуса цилиндр разворачивается в любую сторону вокруг своей оси на 30° при помощи воротка, вставляемого в отверстие 2.

1-цилиндр;2-кольцо регулировочное; 3-манжета;4-поршень; 5- манжета

Рис. 12 Цилиндр

1-резьба хвостовика; 2- отверстия для воротка; 3- выступ замка.

Для предохранения от проворачивания в эксплуатации цилиндр контрится специальной шпонкой, вставляемой в один из пазов корпуса. На цилиндре имеется хвостовик 1 с резьбой, предназначенный для крепления отеплителя при эксплуатации винта в зимних условиях.

Рис. 13 Поршень.

1-проточка для манжеты; 2-отверстие для шплинта; 3-проточка для манжеты; 4-отверстие для штуцера маслопровода.

Герметичность рабочей полости узла цилиндра обеспечивается манжетами, изготовленными из маслобензиностойкой резины. Поршень (Рис. 13) изготовляется так же, как и цилиндр, из дуралюмина. Поршень воспринимает давление масла в цилиндре и передает усилие давления на поводок для поворота лопастей в сторону малого шага. При переходе лопастей в сторону большого шага от центробежных сил противовесов поршень воспринимает давление от поводка и, вытесняя масло из полости цилиндра, перемещается в сторону стенки цилиндра. Поршень по наружному диаметру имеет проточку для установки манжеты, обеспечивающей герметичность между стенкой цилиндра и буртиком поршня. Отверстия 2, имеющиеся в поршне, предназначены для контровки регулировочного кольца, устанавливаемого как ограничитель большого шага лопастей винта. Регулировочные

кольца изготовляют разной толщины и, следовательно, заменой колец можно изменять максимальный угол установки лопастей. Увеличение кольца по толщине на 1 мм увеличит обороты двигателя приблизительно на 100 об/мин и наоборот.

В центровое отверстие 4 поршня входит штуцер маслопровода, манжета, устанавливаемая в проточку 3, обеспечивает герметичность между стенками отверстия и штуцером маслопровода.

Узел лопасти

Воздушные винты В-530-Д11 и В-530-Д35 изготовляют с деревянными лопастями (Рис. 14), состоящими из двух частей: металлического стакана и деревянного пера. Деревянное перо лопасти выполнено из сосновых досок, а комель лопасти, входящий в металлический стакан, из досок дельта-древесины (Рис. 15), способной выдержать растягивающие и изгибающие нагрузки, возникающие при работе винта на двигателе.

Сосновые доски подбирают и склеивают из планок шириной 20- 70 мм, после чего стыкуют по длине с досками дельта-древесины

длинным усовым соединением. Длина усового соединения по отношению к толщине склеиваемых досок равна 1 20 Склейка сосновых планок в доски и усовое соединение производится смоляным клеем ВИАМ БЗ

Для увеличения прочности прикомлевой части пера лопасти и площади склейки усового соединения дельта древесины с сосной часть дельта древесины выходит из металлического стакана в перо лопасти Комель лопасти имеет специальную коническую резьбу, на которой она завертывается в металлический стакан с особой затвердевающей массой, предназначенной для уплотнения резьбового со единения и устранения зазоров

Рис. 14 Лопасть

1-стакан 2- перо деревянное.

Рис. 15 Комель лопасти

1-дельта древесина, 2-сосна3-резиновое уплотни тельное кольцо, 4-стакан5-болт,6-шайба торцовая, 7- штифт

Рис. 16 Покрытие лопасти

1-оковка, 2- лакокрасочное покрытие; 3- целлулоидное покрытие, 4- льняное полотно, 5-фанеровка;6-сосна, 7-дельта-древесина; 8- стакан.

Лопасть ввертывают в металлический стакан после заливки в него специальной массы, излишки которой вытесняются при завертывании лопасти через канавки, прорезанные на комле лопасти. Для предохранения затвердевающей массы от выкрашивания и попадания внутрь масла, воды и пр. со стороны пера лопасти между буртом стакана и комлем лопасти прокладывают резиновое уплотнительное кольцо 3 Для предохранения уплотнительного кольца от выпадания бурт стакана лопасти завальцовывают

Стакан лопасти снаружи имеет резьбу в соответствии с резьбой переходного стакана На стакане выбита стрелка для установки лопастей под определенными углами при сборке винта

При установке лопасти в переходной стакан выбитая на лопастном стакане стрелка должна совпасть со средним делением шкалы на торце переходного стакана.

В лопасти винтов установлены торцовые шайбы, закрепленные четырьмя болтами, предназначенные для уменьшения качки лопасти в металлическом стакане, возникающей при низких температурах воздуха вследствие различных коэффициентов линейного расширения металла и дельта-древесины. Для предохранения от проворачивания торцовую шайбу контрят штифтами.

Для увеличения прочности и жесткости пера лопасти ее обработанную поверхность оклеивают двумя слоями березовой авиационной фанеры. Фанеру приклеивают к лопасти под углом 45° к оси лопасти при помощи специальных прессов, обеспечивающих плотное прилегание фанеры к лопасти.

Для предохранения от воздействия атмосферных условий на фанерованную лопасть наносят ряд последовательно накладываемых покрытий общей толщиной 0,8-1,5 мм.

Покрытие лопасти (Рис. 16) состоит из:

1. льняного полотна рединка марки АЛКР;
2. целлулоидной пленки толщиной 0,8-1 мм;
3. слоя нитрошпаклевки и цветной нитрокраски.

Льняное полотно приклеивают к лопасти целлулоидным клеем и притирают деревянным молотком.

Целлулоид употребляют листовой технический толщиной 0,8-1 мм, предварительно размягченный в 50% смеси ацетона с растворителем РДВ. Целлулоид накладывают на лопасть в размягченном состоянии и, чтобы он проник в поры древесины, его несколько часов обжимают в резиновых мешках под действием атмосферного давления (вакуум-процесс).

Твердое целлулоидное покрытие наносят также при помощи кисти. В этом случае целлулоидный клей наносят на оклеенную полотном лопасть кистью 6-8 раз до получения надлежащей толщины покрытия с промежуточными выдержками для сушки клея.

Для нанесения твердого целлулоидного покрытия кистью приготовляют целлулоидный клей из мелких обрезков технического целлулоида. Мелкие обрезки (отходы) целлулоида помещают в закрытый сосуд и заливают 50% ной смесью ацетона с растворителем РДВ. Эту массу выдерживают 24 часа, после чего растворенную массу размешивают и наносят кистью на лопасть.

Рис. 17 Лопасть

Переднюю кромку лопасти, более всего подвергающуюся повреждению, оковывают листовой латунью толщиной 0,6-0,8 мм, разрезанной на отдельные секции.

Оковку к лопасти крепят медными заклепками и шурупами, после чего их головки опаивают припоем ПОС-40 и зачищают напильником и наждачной шкуркой. Далее лопасти окрашивают нитрокраской в черный, а их концы в желтый или белый цвет.

С рабочей стороны лопасти наносят желтую или белую полоску для определения положения контрольного сечения. Чертеж лопасти с геометрическими размерами указан на Рис. 17.

Детали для установки винта на носок вала двигателя

При установке винта на носок вала двигателя винт центрируют на конусах 1 и 2 (Рис. 18) и затягивают гайкой 3. Затяжная гайка имеет шестигранник под ключ и два буртика. На один буртик устанавливают состоящий из двух половинок и имеющий внутреннюю протоку, соответствующую буртику затяжной гайки, передний конус.

Рис. 18 Детали для установки винта на носок вала двигателя.

1 — конус задний, 2-конус передний, 3-гайка затяжная. 4 — кольцо съемник, 5-пластиьа контровочная, 6-кольцо контровочное, 7-прокладка переходника: 8- переходник, 9-прокладка маслопровода; 10-маслопровод,11-шайба контровочная

Второй буртик затяжной гайки при снятии винта с носка вала двигателя выполняет роль съемника. При отвертывании гайки второй ее буртик, опираясь на кольцо-съемник 4, находящееся в канавке ступицы, снимает ступицу с заднего конуса. Для предотвращения заедания в резьбе поверхности затяжной гайки омеднены. Затяжную гайку контрят контровочной пластиной 5, имеющей двенадцать внутренних граней. Шестью гранями контровочная пластина садится на шестигранник затяжной гайки, а имеющийся наружный выступ входит в один из пяти пазов ступицы. От выпадания контровочная пластина предохраняется контровочным кольцом о, находящимся в канавке ступицы. Для соединения маслопровода двигателя с рабочей полостью цилиндра винта в носок вала устанавливают штуцер маслопровода, сообщающийся через отверстие в поршне с полостью цилиндра.

Носок вала двигателя имеет два канала для ’подачи масла к винту, а винту В-530 требуется один канал, поэтому второй канал в носке вала двигателя должен быть перекрыт. Для перекрытия канала в носок вала устанавливается специальный переходник 8, имеющий одно отверстие, после чего в носок вала ввертывается штуцер маслопровода 10. Для обеспечения герметичности между штуцером маслопровода и переходником, а также переходником и торцом носка вала устанавливаются паронитовые прокладки 7 и 9.

Штуцер маслопровода контрится контровочной шайбой 11, которая шестигранным отверстием устанавливается на шестигранник штуцера, а имеющимися отверстиями в буртиках контрится двумя шплинтами с затяжной гайкой

Двухместный учебно-тренировочный спортивный самолёт Як-52