Подбор винта к самолету

Подбор винта к самолету подразумевает выбор серии винтов, диаметра, угла установки лопастей и угловой скорости вращения винта.

Под серией винтов фиксированного шага понимаются геометрически подобные винты, у которых переменной величиной является только угол установки лопасти. Желательно характеристики серии винтов выбирать такими, чтобы расчетная точка () приближалась к области максимальных к. п. д. Практически для двухлопастных деревянных винтов сверхлегких летательных аппаратов можно рекомендовать винты серии СДВ-1 или аналогичные английские винты:

Геометрические характеристики английских винтов:



Коэффициент мощности двухлопастного винта английской серии:



Геометрические характеристики винта СДВ-1:



Коэффициент мощности винта СДВ-1:



Винт фиксированного шага может быть оптимизирован только лишь для одного расчетного режима. Для малоскоростных самолетов (сверхлегких летательных аппаратов, мотопланеров и пр) таким режимом можно считать полет с максимальной скороподьемностью.

Итак, задача выбора параметров винта сводится к определению его диаметра, угла установки лопастей и частоты вращения, соответствующих заданной мощности двигателя и обеспечивающих наибольшее значение к. п. д. на скорости полета, соответствующей максимальной скороподьемности.

Порядок расчета

1. По поляре самолета определить значение коэффициента подьемной силы
C_{ya н.в.}, соответствующий максимальному аэродинамическому качеству.

2. Вычислить наивыгоднейшую скорость набора высоты:



3. На основании компоновочных и конструктивных соображений задать ряд значений диаметра воздушного винта и частоты его вращения (n_c = 30...100%).

4. Для каждых значений D и n_c подсчитать величины:



5. По зависимостям (взятых с графиков коэффициентов мощности или из справочной литературы, если выбраны серии винтов, отличных от представленных) определить соответствующие значения при наибольшем для данного расчетного случая коэффициента полезного действия . Результаты расчета удобно представить в виде таблицы.

6. На основании проведенных вычислений принять значения D, n_c , обеспечивающие максимальный из рассмотренных к. п. д. При этом может оказаться, что максимальное значение к. п. д. достигается при слишком большом диаметре винта. В этом случае следует ограничить диаметр (помня о том, что масса винта пропорциональна второй степени его диаметра) значением, начиная с которого увеличение диаметра не дает существенного выйгрыша в к. п. д.

Следует отметить, что предложенная методика расчета не учитывает взаимного влияния винта и самолета, эффектов сжимаемости воздуха, которые могут проявляться на концах лопастей винта большого диаметра при достаточно больших угловых скоростях вращения (более 220 м/с). Однако для винтов СЛА такой метод расчета пригоден и дает удовлетворительные результаты.

Определив наивыгоднейшую угловую скорость вращения винта и зная скорость вращения вала двигателя, при которой снимается номинальная мощность, следует определить коэффициент редукции от двигателя на винт



Наиболее простым и легким можно считать клиноременный редуктор с числом ручьев 2-3, или редуктор с зубчатым ремнем. Ременные редукторы содержат в себе и демпфер крутильных колебаний вала двигателя, позволяющий обеспечить больший ресурс воздушного винта.

Пример

Выбрать параметры воздушного винта для сверхлегкого самолета с двигателем "Привет-22"

Исходные данные:

N = 22 л. с. n_cдв = 70 об/с C_{ya н.в.} = 1,0 G_взл = 181 кг S = 10,2 м²

Винт серии СДВ-1





На основании проведенного расчета D_опт = 1,7 м при n_c = 30 об/с. Однако заметим, что начиная с D = 1,4 м к. п. д. при дальнейшем увеличении диаметра растет до 1,7 м незначительно, в то время как его масса увеличивается в 1,5 раза. Принимая во внимание, кроме того компоновочные соображения, устанавливаем
D = 1,4 м n_c = 40 об/с = 16^o
= 1,75

по материалам:
"Руководство для конструкторов летательных аппаратов самодеятельной постройки", Том 1, СибНИИА