Общий курс
воздушных
винтов

DjVu

      Полный текст книги

      ПРЕДИСЛОВИЕ
      Настоящее учебное пособие является первым общим курсом воздушных винтов для втузов, издаваемым у нас со времени выхода в свет в 1934 г. учебника проф. Б. Н. Юрьева «Воздушные винты». Книга проф. Юрьева, широко охватывающая самые разнообразные вопросы винтостроения (кроме вихревой теории), сыграла большую роль в подготовке авиационных кадров, но к настоящему времени довольно значительная часть-ее материала, естественно, устарела.
      При составлении настоящего пособия предназначенного для студентов самолетостроительных и моторостроительных факультетов, авторы руководствовались программой курса воздушных винтов ГУУЗ НКАП и практикой преподавания этой дисциплины в последнее время.
      Необходимо остановиться на методической характеристике отдельных частей курба. Первая часть (главы I — III), содержащая первоначальные сведения о винтах, теорию идеального пропеллера, подобие и характеристики винтов, изложена общепринятым в нашей литературе методом. Вторая часть (главы IV — VI), посвященная характеристикам винтомоторной группы, особенно глава V, являющаяся одной из основных в учебнике, разработана подробно и содержит ряд примеров на всевозможные случаи построения характеристик ВМГ. Учащийся должен прежде всего твердо овладеть техникой расчета и уметь пользоваться характеристиками винтов и моторов.
      Примеры мы старались подобрать по принципу наибольшей наглядности и постепенно возрастающей трудности, а не по новизне объектов. Поэтому сначала рассмотрены невысотный мотор и ВФШ, а затем уж высотный мотор и ВИШ.
      Кроме ВФШ и ВИШ-автомата, рассмотрен также вкратце оптимальный винт с переменным диаметром и редукцией, что должно способствовать более глубокому усвоению студентами вопросов о выгодности того или иного винта и преимуществах одних винтов перед другими. К каждой главе этой части приложена задача.
      Третья часть (главы VII — IX) охватывает обычный комплекс вопросов о работе винта на самолете (интерференцию и т. д.), а также учет влияния сжимаемости воздуха и скоростного наддува. Заканчивается эта часть главой IX, которая является центральной в книге, — о подборе винта к самолету. В этой же Главе дан краткий обзор перспектив и задач, стоящих перед винтострое-нием в настоящее время.
      Наконец, четвертая часть посвящена конструкциям и производству винтов. По этим вопросам в программе имеются лишь беглые указания. Но, учитывая абсолютную необходимость ознакомления учащихся с современными типами винтов, мы решили дать в последней части книги специальную главу с систематическим обзором конструкций винтов и с описанием отдельных образцов ВИШ, типичных по принципу устройства механизма изменения шага, а также краткую главу о производстве винтов. Полагаем, что эти главы будут полезны как для студента, так и для преподавателя, который сможет воспользоваться по своему выбору готовым описательным и иллюстративным материалом.
      Специальные разделы, относящиеся к проектированию винтов (вихревая теория, прочность винта и др.), в книге отсутствуют. Эти вопросы, интересующие специалистов по винтам, подробно изложены в вышедшей в 1940 г. книге В. П. Ветчинкина и Н. Н. По-ляхова «Теория и расчет воздушного гребного винта».
      В книге не помещены справочные материалы — характеристики серий винтов, чертежи и#описания конструкций и т. д., кроме тех образцов, которые понадобились при систематическом изложении в качестве примеров. Опущены также вопросы эксплоатации и винтового оборудования.
      Все обозначения даны по последнему стандарту, утвержденному НКАП.
      Книга была написана до войны. Это сказалось на соответствующем подборе образцов, примеров и задач к теоретическому материалу. — 9
      Некоторые современные конструкции, а также данные новейших винтов авторы включили в книгу уже при ее печатании.
      Большую помощь оказали нам рецензенты доктор технических наук Г. И. Кузьмин и доктор технических наук профессор А. Н. Журавченко, давшие ценные указания по улучшению содержания книги.
      В. Л. Теуш И. А. Сидоров
      Воздушной винт служит для преобразования работы мотора в силу тяги путем отбрасывания воздуха в сторону, обратную полету.
      Наряду с крыльями и мотором, винт является третьим основным агрегатом самолета, определяющим летные данные последнего. Любая совершенная форма самолета и самый мощный мотор не могут, дать надлежащего эффекта при плохо подобранном винте.
      С развитием авиации роль винта на самолете все больше возрастает и все больше требований предъявляется к нему. Еще 10 — 15 лет назад воздушный винт представлял собой обычно одну неразъемную деревянную деталь. Новейший же винт изменяемого шага, без которого было бы невозможно достижение современных скоростей и потолков, представляет собой весьма сложный механизм с гидравлическим или электрическим оборудованием и автоматизацией.
      В настоящее время имеются винты, у которых лопасти в полете могут быть повернуты ребром по потоку (так называемое «флюгерное» положение лопасти), что значительно увеличивает безопасность полета в случае остановки мотора и улучшает летные данные самолета при полете на одном Moiope. Имеются, наконец, так называемые реверсивные винты, лопасти которых могут быть повернуты на обратный шаг и таким образом давать обратную (отрицательную) тягу, т. е. тормозить скорость самолета, что может быть использовано для уменьшения скорости пикирования, а также для уменьшения длины пробега при посадке, для облегчения маневрирования самолета на земле и особенно гидросамолета на воде. Уменьшение длины разбега самолета на взлете также достигается подбором определенных параметров винта.
      Наряду с этим увеличение мощности и оборотов современных моторов и рост скоростей привели к усложнению условий работы винта. При больших окружных скоростях концов лопастей, часто превосходящих скорость звука, аэродинамика винта уже не следует ранее установленным сравнительно простым законам, а увеличение нагрузки на винт предъявило новые требования к его прочности, которым не всегда могут удовлетворить деревянные винты.
      С усложнением конструкции усложнились и технологические процессы изготовления винта.
      Проблемы, которые таким образом возникают перед винтострое-нием, разрабатываются и разрешаются в настоящее время параллельно теоретическим и экспериментальным путями.
      В инженерной практике приходится иметь дело с двумя основными задачами по винтам:
      1. Проектирование и постройка нового винта; эту работу на винтовых заводах ведут инженеры-специалисты. Конструктору самолета, как правило, проектировать винт не приходится.
      2. Подбор винта к самолету из числа испытанных по имеющимся их характеристикам. Эту задачу, которая является частью аэродинамического расчета самолета, должен уметь решать полностью каждый конструктор самолета.
      Настоящий курс содержит общие и основные сведения о винтах, методику подбора винта к самолету, обзор конструкций и производства винтов.
     
      ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
      ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОРИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВ
     
      ГЛАВА I
      ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОЗДУШНЫХ ВИНТАХ
     
      1. Описание винта
      Основной рабочей частью воздушного винта является лопасть («перо»), переходящая в комлевую часть, или комель. Для крепления винта на валу мотора служит втулка, на внутренней стороне которой имеются продольные пазы. В эти пазы входят шлицы, имеющиеся на носке коленчатого вала или вала редуктора и передающие, таким образом, винту крутящий момент мотора. Втулка закреплена на валу гайкой.
      Простой, неразъемный деревянный винт (фиг. 1) имеет металлическую втулку (фиг. 2) с двумя фланцами. Втулка прикреплена к ступице болтами, входящими в отверстия ступицы. Лопасть деревянного винта часто снабжают защитной металлической (латунной) оковкой. На современных самолетах деревянные винты применяют редко.
      Металлический винт имеет, как правило, съемные лопасти, которые крепятся комлевой частью непосредственно к втулке. У корня лопасти имеются заплечики, воспринимающие центробежные силы лопасти л
      Втулку делают разъемной в плоскости, перпендикулярной к валу, и после вставки лопастей стягивают обе ее половины хомутами.
      Лопасти можно таким образом закреплять наглухо под любым углом (фиг. 3).
      У винтов с лопастями, поворачивающимися в полете вокруг своей оси (винты изменяемого шага), лопасти не закрепляются наглухо, а сцепляются с поворотным механизмом втулки.
      Краткое описание конструкций лопастей и втулок дан в главе X.
      Формы лопастей в плане (фиг. 4) бывают довольно разнообразны и влияют как на аэродинамику винта, так и особенно на его
      Фиг. 4. Формы лопастей винтов в плане.
      прочность. Наиболее распространены овальные формы с плавным контуром. За последнее время получили распространение винты с лопастями, имеющими резкое расширение у комлевой части и почти трапециевидную форму, в плане закругленную вверху.
      В зависимости от числа лопастей винты бывают двухлопастные, трехлопастные и четырехлопастные. В виде опыта был построен
      Фиг. 5. Однолопастный винт «Everel»,
      и испытан в полете однолопастный винт (фиг. 5), но точная его характеристика неизвестна. В настоящее время главным образом
      применяют двухлопастные винты для моторов малой и средней мощности и трехлопастные — для моторов большой .мощности. В связи
      с увеличением мощности моторов намечается переход к четырех лопастным винтам.
      В зависимости от положения на самолете винтомоторной группы винт может быть тянущим, если он, как это в большинстве случаев бывает, расположен впереди мотора, и толкающим (фиг. 6), если он расположен сзади мотора.
      Винт называется правым, если он вращается по часовой стрелке при наблюдении за ним с хвоста самолета, и левым, если он вращается против часовой стрелки.
      Фиг. 7. Диаметр и радиус винта.