Винт с изменяемым шагом


Для устранения недостатков воздушных винтов неизменяемого и фиксированного шага применяется воздушный винт изменяемого шага (ВИШ). Основоположником теории ВИШ является Ветчинкин. К ВИШ предъявляются следующие требования:

— ВИШ должен устанавливать на всех режимах полета наивыгоднейшие углы атаки лопастей;

— снимать с двигателя номинальную мощность на всем рабочем диапазоне скоростей и высот;

— сохранять максимальное значение коэффициента полезного действия на возможно большем диапазоне скоростей.

Лопасти ВИШ либо управляются специальным механизмом, либо устанавливаются в нужное положение под влиянием сил, действующих на воздушный винт. В первом случае это гидравлические и электрические воздушные винты, во втором — аэродинамические.

Гидравлический винт — воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится давлением масла, подаваемого в механизм, находящийся во втулке винта.


Электрический винт — воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится электродвигателем, соединенным с лопастями механической передачей.

Аэромеханический винт — воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится автоматически — аэродинамическими и центробежными силами.

Наибольшее распространение получили гидравлические ВИШ. Автоматическое устройство в винтах изменяемого шага предназначено для сохранения постоянными заданных оборотов воздушного винта (двигателя) путем синхронного изменения угла наклона лопастей при изменении режима полета (скорости, высоты) и называется регулятором постоянства оборотов (РПО).

Винт с изменяемым шагом

Рисунок 4.10 Работа воздушного винта изменяемого

шага при разных скоростях полета

РПО совместно с механизмом поворота лопастей изменяет шаг винта (угол наклона лопастей) таким образом, чтобы обороты, заданные летчиком с помощью рычага управления ВИШ, при изменении режима полета оставались неизменными (заданными).


На 4.10 показана схема работы ВИШ.

-При изменении скорости полета от взлетной до максимальной в горизонтальном полете угол установки лопастей возрастает от своего минимального значения мин до максимального макс (большого шага). Благодаря этому углы атаки лопасти изменяются мало и сохраняются близкими к наивыгоднейшим.

-Работа ВИШ на взлете характерна тем, что на взлете используется вся мощность двигателя – развивается наибольшая тяга. Это возможно при условии, что двигатель развивает максимальные обороты, а каждая часть лопасти винта развивает наибольшую тягу, имея наименьшее сопротивление вращению. Для этого необходимо, чтобы каждый элемент лопасти воздушного винта работал на углах атаки, близких к критическому, но без срыва воздушного потока( Рисунок 44.10,а). Угол атаки лопасти соответствует величине максимальной подъемной силы.

Сопротивление вращению достигает в этом случае величины, при которой мощность, расходуемая на вращение винта, и эффективная мощность двигателя сравниваются и обороты будут неизменными.

-С увеличением скорости полета угол атаки лопастей воздушного винта уменьшается (Рисунок 44.10, б). Уменьшается сопротивление вращению и воздушный винт «облегчается». Обороты двигателя должны возрастать, но РПО удерживает их постоянными за счет изменения угла атаки лопастей. По мере увеличения скорости полета лопасти разворачиваются на больший угол ср.


-При выполнении полета на максимальной скорости ВИШ также должен обеспечивать максимальное значение тяги. При полете на максимальной скорости угол наклона лопастей имеет предельное значение φмакс (Рисунок 44.11, в).

-Следовательно, при изменении скорости полета происходит изменение угла атаки лопасти. При уменьшении скорости полета угол атаки увеличивается — винт «затяжеляется», при увеличении скорости полета угол атаки уменьшается – винт «облегчается». РПО автоматически переводит лопасти винта на соответствующие углы установки.

-При увеличении высоты полета мощность двигателя уменьшается и РПО уменьшает угол наклона лопастей, чтобы облегчить работу двигателя, и наоборот. Следовательно, РПО удерживает обороты двигателя с изменением высоты полета постоянными.

-При заходе на посадку воздушный винт устанавливается на малый шаг, что соответствует оборотам взлетного режима. Это дает возможность летчику при выполнении возможных маневров на глиссаде посадки получить взлетную мощность двигателя при увеличении оборотов до максимальных.

В современной авиации ВИШ имеют следующие разновидности: флюгерные, реверсивные, соосные, туннельные (Рисунок4.11).


Винт с изменяемым шагом

Рисунок4.11 Разновидности ВИШ

Флюгерным ( Рисунок4.11,б) называется ВИШ, лопасти которого могут устанавливаться в направлении полета. Сопротивление зафлюгированного винта значительно меньше, чем самовращающегося.

Флюгерные винты применяются очень широко на самолетах гражданской авиации.

Реверсивным (Рисунок4.11,а) считается ВИШ, лопасти которого могут устанавливаться на малые или отрицательные Винт с изменяемым шагоми создают при этомотрицательную тягу. Применение реверсивных винтов зна­чительно сокращает длину пробега.

Соосные винты(Рисунок4.11,в) состоят из двух ВИШ, расположенных друг за другом, вращающихся в разные стороны вокруг общей геометрической оси. Соосный винт имеет высокий к. п. д., так как отсутствуют потери энергии на закрутку потока за винтами, уравновешиваются реактивный и гироскопический моменты.

Туннельным (Рисунок4.11,г) называется винт, помещенный в профилиро­ванное кольцо – туннель. Эти винты имеют более высокий к. п. д. за счет уменьшения потерь энергии на отбрасывание струи.


За счет применения винтов изменяемого шага значительно улучшаются летные характеристики самолетов и повышается их экономичность. Вертикальная скорость при подъеме увеличивается на 20 – 30%, потолок самолета повышается на 10 – 15%, дальность и продолжительность полета увеличиваются на 15–20%, длина и время разбега сокращаются на 30 – 40%, а полезная нагрузка увеличивается на 10 – 15%.

Вывод: При проектировании силовой установки летательного аппарата обращается внимание на обеспечение следующих основных показателей: малый вес, необходимые тяга и мощность, экономичность на всех режимах полета.

Занятие №10

studfiles.net

Для устранения недостатков воздушных винтов неизменяемого шага и фиксированного применяется воздушный винт изменяемого шага (ВИШ). Основоположником теории ВИШ является Ветчинкин.

ТРЕБОВАНИЯ К ВИШ:

ВИШ должен устанавливать на всех режимах полета наивыгоднейшие углы атаки лопастей;

снимать с двигателя номинальную мощность на всем рабочем диапазоне скоростей и высот;

сохранять максимальное значение коэффициента полезного действия на возможно большем диапазоне скоростей.

Лопасти ВИШ либо управляются специальным механизмом, либо устанавливаются в нужное положение под влиянием сил, действующих на воздушный винт. В первом случае это гидравлические и электрические воздушные винты, во втором — аэродинамические.


Гидравлический винт — воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится давлением масла подаваемого в механизм, находящийся во втулке винта.

Электрический винт — воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится электродвигателем, соединенным с лопастями механической передачей.

Аэромеханический винт — воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится автоматически — аэродинамическими и центробежными силами.

Наибольшее распространение получили гидравлические ВИШ. Автоматическое устройство в винтах изменяемого шага предназначено для сохранения постоянными заданных оборотов воздушного винта (двигателя) путем синхронного изменения угла наклона лопастей при изменении режима полета (скорости, высоты) и называется регулятором постоянства оборотов (РПО).

 

Винт с изменяемым шагом

Рис. 14 Работа воздушного винта изменяемого шага В530ТА-Д35 при разных скоростях полета

РПО совместно с механизмом поворота лопастей изменяет шаг винта (угол наклона лопастей) таким образом, чтобы обороты, заданные летчиком с помощью рычага управления ВИШ, при изменении режима полета оставались неизменными (заданными).


При этом следует помнить, что обороты будут сохраняться до тех пор, пока эффективная мощность на валу двигателя Ne будет больше мощности, потребной для вращения воздушного винта при установке лопастей на самый малый угол наклона (малый шаг).

На Рис. 14 показана схема работы ВИШ.

При изменении скорости полета от взлетной до максимальной в горизонтальном полете угол установки лопастей j возрастает от своего минимального значения jмин до максимального jмакс (большой шаг). Благодаря этому углы атаки лопасти изменяются мало и сохраняются близкими к наивыгоднейшим.

Работа ВИШ на взлете характерна тем, что на взлете используется вся мощность двигателя — развивается наибольшая тяга. Это возможно при условии, что двигатель развивает максимальные обороты, а каждая часть лопасти винта развивает наибольшую тягу, имея наименьшее сопротивление вращению.

Для этого необходимо, чтобы каждый элемент лопасти воздушного винта работал на углах атаки, близких к критическому, но без срыва воздушного потока. На Рис. 14, а видно, что угол атаки лопасти перед взлетом (V=0)за счет перетекания воздуха со скоростью DV немного отличается от угла наклона лопасти на величину фмин. Угол атаки лопасти соответствует величине максимальной подъемной силы.


Сопротивление вращению достигает в этом случае величины, при которой мощность, расходуемая на вращение винта, и эффективная мощность двигателя сравниваются и обороты будут неизменными. С увеличением скорости угол атаки лопастей воздушного винта уменьшается (Рис. 14, б). Уменьшается сопротивление вращению и воздушный винт как бы облегчается. Обороты двигателя должны возрастать, но РПО удерживает их за счет изменения угла атаки лопастей постоянными. По мере увеличения скорости полета лопасти разворачиваются на больший угол jср.

При выполнении полета на максимальной скорости ВИШ также должен обеспечивать максимальное значение тяги. При полете на максимальной скорости угол наклона лопастей имеет предельное значение рмакс (Рис. 14, в). Следовательно, при изменении скорости полета происходит изменение угла атаки лопасти, при уменьшении скорости полета угол атаки увеличивается — винт затяжеляется, при увеличении скорости полета угол атаки уменьшается — винт облегчается. РПО автоматически переводит лопасти винта на соответствующие углы.

При увеличении высоты полета мощность двигателя уменьшается и РПО уменьшает угол наклона лопастей, чтобы облегчить работу двигателя, и наоборот. Следовательно, РПО удерживает обороты двигателя с изменением высоты полета постоянными.

При заходе на посадку воздушный винт устанавливается на малый шаг, что соответствует оборотам взлетного режима. Это дает возможность летчику при выполнении всевозможных маневров на глиссаде посадки получить взлетную мощность двигателя при увеличении оборотов до максимальных.

megaobuchalka.ru


Винт с изменяемым шагом

Шведская компания ProPulse устанавливает новые стандарты гибкости в оптимальной настройке лодочных подвесных моторов и двигателей с кормовым приводом, предлагая пользователю гребные винты регулируемого шага. Всего за несколько минут можно оптимизировать возможности судна для любых условий его загрузки и области эксплуатации (например, для буксировки воднолыжников, перевозки лёгких и тяжёлых грузов и т.д.).

Регулируя шаг винта, можно повысить скорость движения, уменьшить потребление топлива и улучшить общую управляемость лодки или катера, а в случае повреждения лопасти её можно на месте заменить. Разумеется, запасная лопасть при замене винта должна быть под руками – чудес не бывает…

Основная идея конструкторов из шведской компании Propulse AB состояла в том, что нужно построить лодочный винт регулируемого шага, причём с лопастями, которые можно было также заменять в случае повреждения, сведя на нет необходимость замены винта. Здесь термин «регулировать» не означал бы «управлять эффективностью винта», но означал возможность менять его шаг в зависимости от условий эксплуатации судна. Таким образом, спустя время и появились гребные винты ProPulse.


Четырёх лопастный лодочный винт ProPulse с возможностью замены лопастей имеет и другие достоинства. Если повреждены одна или две лопасти, то их можно просто снять. Если сломана одна лопасть, то можно снять две так, чтобы оставшиеся лопасти были расположены напротив друг друга. В итоге такой гребной винт будет сбалансирован, и можно будет на нем дойти до ближайшей гавани без опасности повреждения всего мотора из-за биений на гребном валу. Разумеется, вибрации несколько возрастут, но это все-таки лучше, чем провести остаток дней в одиночестве на воде, ожидая помощь.

Заменить винт или отрегулировать угол лопастей гребного винта невозможно, если не поднять его из воды. Любой, кому приходилось освобождать лодочный винт от лесы или рыбацких сетей, знает, что ни винт, ни инструмент не обладают даже минимальной плавучестью, так что неизбежно утонут.

Винт с изменяемым шагомГребной винт регулируемого шага ProPulse выполнен из современных композитных пластиков, которые на деле представляет собой нейлон, упрочнённый стекловолокном. Такой материал широко используется в автомобильной и аэрокосмической промышленности. Он приблизительно на 40% легче, чем алюминий. В то же время, выдерживаемые таким материалом нагрузки несколько больше и составляют 4,5KN против 3KN для большинства алюминиевых сплавов. Такой лодочный винт имеет четыре лопасти, угол установки которых может быть изменён таким образом, чтобы увеличить шаг от 12 до 16 дюймов.

Таким образом, при увеличении загрузки лодки шаг гребного винта ProPulse можно отрегулировать для облегчения выхода на глиссирование. Возможность регулирования шага лодочного винта также может быть важна, например, на рыбалке, когда нужна скорость троллинга меньше той, что выдаёт обычный гребной винт.

Финские эксперты провели тест винта регулируемого шага ProPulse на лодке «Buster L» с 50-сильным четырёхтактным подвесным «Эвинрудом». Сравнение проводилось с обычным алюминиевым гребным винтом с шагом 14 дюймов. Хотя погодные условия и сила ветра слегка менялись в ходе испытаний, разница в потреблении топлива и скорости хода была достаточно существенной и, по мнению участников тестов, фиксировалась чётко.

С обычным винтом лодка развила максимальную скорость в 30 узлов при рекомендованных для этого мотора максимальных оборотах 6000 об./мин. Почти аналогичные результаты были получены и с винтом регулируемого шага ProPulse, шаг которого был также установлен на 14 дюймов. Замеренная разница составила всего 0,3 узла, т.е. около 1%. Во время движения эта разница становится несущественной и скрадывается сменой погодных условий. При меньших оборотах были получены такие же результаты.

Потребление топлива не изменилось в пределах точности измерений, да и поводов измениться не было. Гребной винт регулируемого шага ProPulse прекрасно прошёл первое испытание. При этом по своим рабочим характеристикам он не отличался ни в лучшую, ни в худшую сторону от стандартного алюминиевого винта. На ходу существенной разницы также не было замечено. Во время движения задним ходом и торможения этот лодочный винт показал весьма неплохие характеристики. Хотя в целом ощущение было таким, что на ходу новый винт лучше обычного.

Когда эксперты уменьшили шаг гребного винта ProPulse до 12 дюймов, то стали проявляться отчётливые различия. Мотор хорошо держал обороты, и звук его работы стал ровным и «певучим», причём даже при превышении оптимального значения на 600 об./мин. Обороты, требуемые для выхода на глиссирование, возросли примерно на 500 об./мин., скорость холостого хода упала на 0,3 узла или на 15%. Максимальная скорость снизилась на 2,5 узла. Как оказалось, этот винт способен даже тяжело гружёной лодке придать ровный и быстрый ход.

Вполне ожидаемые результаты были получены, когда лопасти гребного винта регулируемого шага ProPulse были выставлены на значение максимального шага 16 дюймов. Что удивило, так это сохранение максимальной скорости на уровне, соответствующем шагу 14 дюймов, однако максимальные обороты при этом упали примерно на 500 об./мин.

Средние обороты лодочного мотора также уменьшилась примерно на 500 об./мин. Это значит, что ход лодки стал более экономичным. Хотя эксперты разгоняли лодку до 22,8 узлов с обычным гребным винтом при потреблении топлива в 0,5 л на морскую милю, с винтом «ProPulse» при шаге 16 дюймов была достигнута скорость в 23,9 узла при потреблении топлива 0,48 л на морскую милю. Подобные же результаты были получены и на других скоростях. Можно отметить, что преимущество новой технологии все-таки невелико, но если принимать во внимание стоимость топлива, то ощутимо.

О чем нужно помнить?
Гребные винты регулируемого шага ProPulse сегодня доступны для практически любых подвесных и стационарных лодочных моторов с кормовыми приводами мощностью от 20 до 300 л.с. Однако для мощностей двигателей в 10-15 сил винтов ProPulse -нет вообще, а для моделей в 20-30 сил их предлагается производителем все-таки не так много.

Для замены лопастей винта с регулируемым шагом необходимо снять их в мастерской или в спокойном месте на берегу. Регулировка положения лопасти не займёт много времени. Для этого осевую гайку следует ослабить на пару оборотов, что высвободит узлы гребного винта. Даже новичок сменит повреждённую лопасть за пятнадцать минут.

Суждение о правильности приобретения гребного винта регулируемого шага ProPulse требует определённости. Поэтому, если Вам требуется часто выравнивать неравномерно загруженную лодку, то покупка вряд ли будет оправдана. Если же Вам приходится ходить по каменистым отмелям, где винты имеют свойство часто ломаются, то винты со сменными лопастями ProPulse станут идеальным решением.

В других обычных условиях эксплуатации винт ProPulse ничем не отличается от обычного гребного винта.

Ниже, приведены результаты сравнительных замеров скорости, полученные финскими экспертами:

Обороты ProPulse 12 дюймов ProPulse 14 дюймов ProPulse 16 дюймов Обычный винт 14 дюймов
750 1,7 1,9 2,2 2,0
1000 2,2 2,5 2,6 2,8
1500 3,2 3,6 4,0 3,7
2000 4,2 4,8 5,0 4,8
2500 5,2 5,5 5,6 5,6
3000 5,8 6,0 6,5 6,0
3500 6,3 7,8 14,2 7,8
4000 8,7 15,8 19,4 15,7
4500 16,8 20,1 23,9 19,6
5000 20,3 22,6 26,3 22,8
5500 21,9 25,4

29,9

 

25,2
6000 24,7 29,7   30,0
6500 27,5      

Замеры были выполнены на лодке, нагруженной двумя людьми и измерительным оборудованием общим весом около 200 кг.

Результаты сравнительных испытаний (винты 14 дюймов)

Обороты Скорость, узлы Расход топлива, л/час
  ProPulse Обычный ProPulse Обычный
750 1,9 2,0 0,6 0,5
1000 2,5 2,8 0,5 0,7
1500 3,6 3,7 1,3 1,4
2000 4,8 4,8 1,9 2,1
2500 5,5 5,6 3,0 3,0
3000 6,0 6,0 4,4 5,3
3500 7,8 7,8 7,2 7,4
4000 15,8 15,7 8,4 7,9
4500 20,1 19,6 10,2 9,5
5000 22,6 22,8 12,2, 11,6
5500 25,4 25,2 13,7 13,4
6000 29,7 30,0 17,6 18,2

Замеры выполнены на лодке, нагруженной двумя людьми и измерительным оборудованием общим весом около 200 кг. Представленные результаты получены на указанной комбинации лодки и мотора. На других лодках с другими моторами результаты могут быть иными, причём как лучше, так и хуже.

В тесте принимали участие эксперты финского журнала Kippari: Веся Леппя (Vesa Leppa), Юха Виртанен (Juha Virtanen) и др.

Вопросы эксплуатации:

Из какого материала сделан винт регулируемого шага ProPulse?
Это высокопрочный композитный полимер, из которого делают также силовые элементы гоночных автомобилей. Более того, из таких же композитных полимеров изготавливают моторные головки некоторых двигателей. Такой материал приблизительно на 40% легче, чем алюминий. В то же время, выдерживаемые им нагрузки несколько больше – 4,5KN против 3KN для большинства алюминиевых сплавов.

Так как гребной винт ProPulse на 40% легче алюминиевого винта такого же размера, его использование уменьшает нагрузку на трансмиссию и редуктор двигателя, продлевая срок его службы.

В отличие от лодочных винтов, изготовленных из алюминия, материал винтов с изменяемым шагом ProPulse не чувствителен к коррозии или к кавитации. Покрытие его даже спустя долгие годы эксплуатации будет выглядеть как новое.

Как можно оценить качество изготовления по сравнению с другими винтами?
Конструкция гребного винта ProPulse создана с помощью новейших методов гидродинамических исследований. Максимальную точность обводов изделия обеспечило применение технологии трёхмерного автоматизированного проектирования.

Огромное внимание уделяется конструкторами испытаниям изделия на прочность и эффективность. Лодочные винты ProPulse – настоящие шведские изделия, качество которых тщательно контролируется, что подчёркивает трёхлетняя гарантия работоспособности втулки.

Какая польза в винтах регулируемого (изменяемого) шага?
Шаг гребного винта ProPulse можно изменить самостоятельно с учётом потребностей конкретного режима работы лодочного мотора (например, для буксировки воднолыжника, для перевозки лёгких или, напротив, тяжёлых грузов). Установка рационального шага лодочного винта снизит потребление топлива, одновременно увеличивая скорость движения и прочие характеристики.

Сколько ступеней изменения шага можно задать винту?
Модели 4901 и 4902: 5 ступеней шага от 12 до 16 дюймов.
Модели 6901 и 6902: 5 ступеней шага от 12 до 16 дюймов.
Модели 8901 и 8902: 5 ступеней шага от 16 до 20 дюймов.
Модели 9901 и 9902: 7 ступеней шага от 15 до 21 дюйма.

Как правильно определить нужный шаг винта?
На полной мощности лодочный мотор должен работать на указанных изготовителем оборотах (см. «Руководство пользователя» к своему мотору). Не следует заставлять мотор работать на оборотах выше или ниже рекомендованного диапазона. Если максимальные обороты слишком велики или слишком малы, то следует отрегулировать шаг гребного винта:
•  Чтобы увеличить частоту мотора на 200 об./мин. следует уменьшить шаг на одну ступень.
•  Чтобы уменьшить частоту мотора на 200 об./мин. следует увеличить шаг на одну ступень.

Как можно изменить шаг гребного винта Pro Pulse?
Нужно ослабить болты примерно на 4 оборота, так что крепёжное кольцо можно будет приподнять примерно на 2 мм. Выбранный шаг можно установить поворотом двух противостоящих лопастей, контролируя при этом размер шага. Для фиксации шага гребного винта следует затянуть болты в обратном направлении.

На всех винтах три лопасти, почему на ProPulse их четыре?
Четырёх лопастный лодочный винт легче сбалансировать и направлять его движение в воде. У него меньше скольжение, он плавней в работе, с ним лодка имеет хорошую динамику и точнее проходит повороты, да и вообще легче управляется, а также быстрее выходит на глиссирование на меньших оборотах.Винт с изменяемым шагом
Какая польза в сменных лопастях?
Если лодочный винт ProPulse повреждён, то нет необходимости в замене винта. Сменить лопасти на запасные можно очень легко и безотлагательно, если они имеются на борту. Это дешевле, чем ремонтировать или приобретать новый винт целиком. Кроме того, это будет качественнее, чем винт после ремонта.

Если повреждены две лопасти, то их можно просто снять. Если сломана одна лопасть, можно снять две так, чтобы оставшиеся лопасти были расположены напротив друг друга. В итоге гребной винт будет сбалансирован и можно будет на нем дойти до ближайшей гавани без опасности повреждения всего мотора из-за биений на гребном валу. Разумеется, вибрации несколько возрастут, но это все-таки лучше, чем провести остаток дней в одиночестве, ожидая помощь.

А если судно налетит на мель, и полетят все четыре лопасти?
Конструкция лопастей гребного винта регулируемого шага ProPulse такова, что они обламываются, если лодка вылетит всем корпусом на мель. Это сделано для того, чтобы защитить мотор и трансмиссию от повреждений (обычно обламываются одна или две лопасти). Если то же самое случится с алюминиевым винтом, сломаются все три лопасти, да и втулка не уцелеет.

Есть ли разница в размерах между 3-х и 4-лопастными гребными винтами?
В общем случае, меняя 3-лопастной лодочный винт на 4-лопастной, шаг гребного винта следует уменьшать на 1 дюйм. Например, 3-лопастной винт с шагом 17 дюймов заменять следует 4-лопастным винтом с шагом 16 дюймов.

В каких странах продаются лодочные винты ProPulse?
Дилеры компании работают, как правило, в странах, где существуют водоёмы, в которых велика вероятность повреждения винта или редуктора лодочного мотора, поэтому широкую популярность получили эти винты среди водномоторников Скандинавии и Австралии.

В 2008 году всю линейку продукции компании Pro Pulse стал предлагать дистрибутор в США, компания Ocean Marketing, находящаяся в г. Брэнфорд (Branford), штат Коннектикут. Начиная с 2009 года компания Badger является авторизованным дистрибутором производителя Propulse AB на территории России.

Как осуществляется регулирование шага лопастей гребного винта ProPulse?

1) Торцевым ключом ослабить болты (поз. 7) примерно на 4 оборота;

2) Приподнять кольцо (поз. 4), чтобы развести кольцо и тыльную часть втулки (поз. 3) примерно на 2 мм так, чтобы вывести из зацепления зубцы;

3) Установить желаемый шаг по градуированной шкале (поз. 10). Сделать это легче всего, если гребной винт будет расположен кольцом вверх. Затем захватить две противостоящих лопасти и повернуть их для достижения требуемого шага.

Среднее положение соответствует шагу, выбитому на хвостовике лопасти. Шаг увеличивается при смещении на единичную риску положительной части шкалы и уменьшается при смещении на единичную риску минусовой части шкалы.

Следует иметь в виду, что лопасти следует поворачивать синхронно.

4) Нажать кольцо вниз так, чтобы зубцы вошли в зацепление в рейке;

5) Затянуть болты в обратном порядке туго, но не прикладывая при этом излишнего усилия. Никогда не следует надевать удлинитель на торцевой ключ.

Как осуществляется замена лопастей гребного винта ProPulse?

1) Вывинтить и снять все четыре болта (поз. 7) с винта;

2) Снять кольцо (поз. 4) и тыльную часть втулки (поз. 3), чтобы высвободить лопасти, после чего извлечь и заменить повреждённую лопасть;

3) Собрать тыльную часть втулки (поз. 3) и кольцо (поз. 4);

4) Установить лопасти в пазах. Кулачки лопастей должны войти в пазы кольца. Не следует прикладывать излишнюю силу;

5) Совместить посадочное кольцо (поз. 1) и переднюю часть втулки (поз. 2);

6) Завести болты в отверстия и затянуть их так, чтобы осталось примерно 4 оборота;

7) Установить шаг, как описано в «Регулировке шага винта»;

8) Затянуть болты туго, но без излишнего усилия.

Таким образом, всего за несколько минут, владелец судна может изменить ходовые характеристики своей лодки, адаптируя её для любых условий эксплуатации (буксировки воднолыжников, перевозки лёгких и тяжёлых грузов, и т.д.). Регулируя шаг гребного винта, он также может повысить скорость движения, уменьшить потребление топлива и улучшить общую управляемость лодки.

По материалам сайта производителя
Перевод Павла Дмитриева

www.badger.ru

Величина интересующей нас силы Т зависит от угла атаки и скорости, с которой пластина движется в потоке.

Если рассматривать соотношение сил Т и X в зависимости от угла атаки при постоянной скорости, то окажется, что сопротивление постепенно увеличивается и достигает максимума при вертикальном положении пластины. Сила же тяги сначала растет (до наивыгоднейшего для данной скорости движения угла атаки), а затем резко уменьшается. Следовательно, для каждой скорости может быть только одни наивыгоднейший угол атаки.

Рис. 1. Силы, действующие на прямую пластинку и аэродинамический профиль при движении в воздушном потоке

Рис. 1. Силы, действующие на прямую пластинку и аэродинамический профиль при движении в воздушном потоке:

V — скорость набегающего потока, X — сила сопротивления воздуха, а — угол атаки, Р1 — сила давления, Р2 — сила разрежения, Р — равнодействующая, Т — сила тяги, нлн подъемная сила, I2 — длина верхней части профиля, I1 — длина нижней части.

Рис. 2. Типы воздушных винтов

Рис. 2. Типы воздушных винтов:

А — деревянный блочный, Б — металлический блочный, В — винт с установкой лопастей на месте с контровочной гайкой, Г — винт с разрезной втулкой и стяжными хомутами.

1 — втулка, 2 — лопасть, 3 — контргайка, 4 — стяжной хомут, 5 — болт с гайкой.

Рис. 3. Схема воздушного винта изменяемого шага с механическим управлением

Рис. 3. Схема воздушного винта изменяемого шага с механическим управлением:

1 — промежуточная качалка, 2 — ось, 3 — скользящая муфта, 4 — тяга управления, 5 — рычаг лопасти, 6 — гайка крепления втулки, 7 — втулка винта, 8 — противовес, 9 — лопасть, 10 — шарнир тяги, 11 — приводной вал, 12 — рычаг управления изменением шага винта в кабине водителя, 13 — фиксатор рычага управления, 14 — зубчатый сектор, 15 — тяга.

А — ход муфты, Б — ход рычагов лопасти, В — ход промежуточной качалки, Г — ручка в положении малого шага, Д — ручка в положении большого шага, Е — ручка в положении реверса.

Если пластина не плоская, а выполнена в виде аэродинамического профиля (см. рис. 1Б), то в зависимости от его формы величина подъемной силы при прочих равных условиях значительно возрастает. Аэродинамический профиль более выгоден, чем прямая пластина. Скорость обтекания его верхнего и нижнего обводов различны, а следовательно, неоднозначно и давление. Поэтому такой профиль даже при нулевом угле атаки создает подъемную силу. В то же время сопротивление его меньше, чем у прямой пластины такой I толщины.

Важным параметром, определяющие назначение воздушного винта, является величина его шага (Н). Шаг определяется по углу атаки поперечного сечения лопасти, расположенного на 0,75 радиуса винта. Выражается Н расстоянием, которое проходит винт за один полный оборот. Винт образно можна сравнить с гайкой, наворачиваемой на болт. Расстояние, которое гайка проходит по резьбе за один полный оборот есть шаг. Он определяется по формуле:

Н = 1,5 ПR tgα,

где: R — радиус винта, α — угол атаки (установки) профиля.

Но болт и гайка — твердые тела. Воздушный же винт вращается в сжимаемой среде, имеющей малую плотность. При этом он проскальзывает продвигается вперед на значительно меньшее расстояние, чем его расчетный шаг.

Чем больше нагрузка на винт, больше величина скольжения и больше фактический шаг винта. Фактический шаг определяет нагрузку на приводной двигатель и влияет на экономичность.

Применение винтов изменяемого шага позволяет получить наибольший коэффициент полезного действия (КПД), а следовательно, и наибольшую тягу. Правда, только на одном, соответствующем этому шагу, расчетном режиме. Конструкторы аэросаней чаще всего изготавливают воздушные винты блочными, выполненными из цельного или склеенного деревянного бруса (рис. 2). Подобный винт можно сделать и из металла.

На практике в зависимости от дорожных условий желательно варьировать величину шага. При движении с места надо получить максимальную тягу (шаг винта при этом должен быть малым), а с увеличением скорости шаг надо увеличивать.

На рисунке изображены винты с шагом, изменяемым на месте. Такие винты получили большое распространение на самодельных аэросанях. Они могут быть двух-, трех- и четырехлопастными. Втулка и лопасти делаются отдельно. Втулка из стали или дюралюминия снабжается посадочным конусом со шпоночной канавкой для установки на приводной вал двигателя и имеет гнезда под лопасти винта. Гнезда могут быть резьбовыми (рис. 2В) или с проточенными кольцевыми канавками, если втулка разъемная (рис. 2 Г). Число гнезд соответствует количеству лопастей. Лопасти изготавливаются из дерева, пластика с усиленной комлевой частью или из металла. Если они крепятся на резьбе, то комлевая часть заканчивается резьбовым хвостовиком.

Для точной установки лопастей на нужный угол атаки на их хвостовики наносят контрольные риски, а на торцевой части каждого гнезда во втулке по транспортиру градуируют шкалу углов в нужном для данного винта диапазоне, например: от 3°—5° до 25°—30°. При сборке все лопасти устанавливаются на одинаковый угол и контрятся гайками.

modelist-konstruktor.com

 

Изобретение относится к судостроению, а именно к судовым движителям, не содержащим управляемые принудительные приводы изменения шага винта и которые можно использовать на подвесных, а также стационарных моторах на маломерных судах. Гребной винт содержит поворотные лопасти с поводками на комлях, закрепленные в подвижно сидящей на втулке выходного вала ступице, сопряженной с этой втулкой посредством шлицевого соединения. Втулка имеет пазы, в которые входят поводки поворотных лопастей, возвратную пружину, ограничивающую величину перемещения ступицы на втулке вала и тем самым величину поворота лопастей, и регулировочную гайку, обеспечивающую величину предварительной затяжки возвратной пружины. Изобретение позволяет снизить расход топлива и улучшить характеристики движения судна. 2 ил.

Изобретение относится к судовым двигателям и может быть применено, когда отсутствует управляемый принудительный привод изменения шага винта, в частности на подвесных, а также стационарных моторах на маломерных судах.

Известны гребные винты с автоматическим изменением шага, в которых для поворота лопастей винта используется крутящий момент, получаемый смещением центра давления на лопасть относительно оси поворота лопасти.

Наиболее близким аналогом изобретения является известный гребной винт с автоматическим регулированием шага (1), который содержит разъемную ступицу с установленными в ней на подшипниках поворотными лопастями, оборудованными рычагами на комлях и профильной частью со смещением центра давления от оси поворота лопасти на 1/10 диаметра винта, втулку со штифтами, с которыми взаимодействуют рычаги, и возвратную пружину.

Изменение величины шага винта происходит за счет появления крутящего момента на лопасти вследствие смещения центра давления относительно оси поворота. При этом наибольшая величина поворота (максимальный крутящийся момент) имеет место в начальный момент движения судна, что обеспечивает уменьшение шага винта до минимума. Рычаги на комлях, взаимодействуя со штифтами и втулкой, сжимают пружину.

При увеличении скорости движения судна и снижении величины крутящего момента пружина возвращает в исходное положение втулку, при этом происходит уменьшение величины шага винта.

Недостатками указанного изобретения являются необходимость специального профилирования лопастей с обеспечением заданного смещения центра давления относительно центра вращения, что в свою очередь вызывает возникновение дополнительных динамических нагрузок на элементы лопасти.

Известен гребной винт с автоматическим регулированием (изменением) шага (2), аналогичный по принципу работы, описанному выше и отличающийся по кинематике, а именно: рычаги, смонтированные на комлях поворотных лопастей, взаимодействуют через толкатели с индивидуальными пружинами для каждой лопасти, в схему введен общий регулировочный узел, состоящий из ходовой гайки и регулировочного болта.

Известен гребной винт с автоматическим регулированием шага (3), аналогичный по принципу работы, описанному выше (его модификация), того же автора и отличающийся наличием резьбы на комлях лопастей и в гнездах ступицы, что обеспечивает изменение наружного диаметра винта при поворотах вокруг своих осей лопастей.

Недостатками этих устройств являются:

необходимость специального профилирования лопастей с обеспечением заданного смещения центра давления относительно центра вращения, что, в свою очередь, вызывает возникновение дополнительных динамических нагрузок на элементы лопасти, отсутствие индивидуального предварительного регулирования характеристики упругих возвратных элементов, пружин для каждой лопасти, для компенсации производственных отклонений параметров от номинала этих пружин и самих лопастей, что вызовет динамическую разношагицу.

Известен гребной винт регулируемого шага (4), содержащий ступицу с обтекателем, регулировочный элемент, включающий в себя упругий элемент, размещенный в ступице, втулку, соосную с гребным винтом, поворотные лопасти с рычагами, отличающийся от описанных выше тем, что упругий элемент составлен из кольцевых секторов, взаимодействующих с кольцевыми выступами ступицы.

Недостатком указанной конструкции является:

необходимость специального профилирования лопастей с обеспечением заданного смещения центра давления относительно оси поворота лопаток, отсутствие индивидуального (и общего) предварительного регулирования характеристики упругих элементов, для их унификации с целью компенсации отклонений от номинала, неизбежных в производстве.

Целью изобретения является обеспечение наилучших эксплуатационных характеристик гребного винта и устранение недостатков известных схем, для чего автоматическое изменение его шага обеспечивается с использованием переменной величины тяги винта вместо крутящего момента на отдельные лопасти.

На фиг.1 представлен продольный, а на фиг.2 поперечный разрез гребного винта.

Разъемный обтекатель ступицы винта состоит из передней-4 и задней-6 половин, стянутых с помощью шпилек-11 и гаек-12. Обтекатель выполнен из легких сплавов отдельно. В нем смонтирована разъемная ступица из передней-3 и задней-5 половин, стянутых вместе с обтекателем и выполненных из конструкционных сталей.

В ступице смонтированы три лопасти-7 с напрессованными на их комли подшипниками скольжения-10, с подводками-8, выполненными в виде запрессованных штифтов. На выходном валу-13 установлена предохранительная латунная или бронзовая шпонка-14, входящая в пазы втулки-9 и передающая крутящий момент от выходного вала к ступице. Втулка-9 имеет три паза, в которые входят поводки-8, шлицевое соединение со ступицей-5 и резьбу, на которую навернута регулировочная гайка-2 с проточкой под уплотнительное кольцо-17. Втулка-9 имеет также проточки под уплотнительные кольца-16 и 18. Между разъемной ступицей-3, 5 и втулкой-9 установлена возвратная пружина-1. Смонтированный в сборочный узел, гребной винт закреплен на выходном валу гайкой — обтекателем-15.

При изготовлении и сборке гребного винта, с помощью регулировочной гайки-2 и тарированного ключа производится предварительная затяжка через разъемные обтекатель и ступицу возвратной пружины-1, для идентификации характеристик собираемых в серии гребных винтов.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально собранный гребной винт имеет максимальный шаг.

Как известно, наибольшую тягу гребной винт мотора развивает при нулевой скорости судна, при этом ступица-3, 5 под действием наибольшей силы тяги гребного винта перемещается по шлицам относительно втулки-9 сжимая возвратную пружину-1, а эксцентричные поводки-8 преобразуют это относительное движение в разворот лопастей, обеспечивая изменение шага винта в сторону его уменьшения, вплоть до минимального, что соответствует началу движения судна. С возрастанием его скорости тяга гребного винта уменьшается, возвратная пружина-1, преодолевая уменьшающуюся силу тяги гребного винта, перемещает ступицу-3, 5 в направление исходного положения, тем самым происходит разворот лопастей в сторону увеличения шага.

Таким образом, каждому режиму движения судна обеспечивается оптимальный шаг гребного винта.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №713767, М кл.2 В63Н3/00, 1980 г. — прототип.

2. Авторское свидетельство СССР №1549850А1, В63Н3/00, 1990 г.

3. Авторское свидетельство СССР №1761592А2, В63Н3/00, 1992 г.

4. Авторское свидетельство СССР №1172827А, В63Н3/00, 1985 г.

Формула изобретения

Гребной винт с автоматическим регулированием шага, содержащий поворотные лопасти с поводками на комлях, закрепленные в подвижно сидящей на втулке выходного вала ступице, сопряженной с этой втулкой посредством шлицевого соединения, причем втулка имеет пазы, в которые входят поводки поворотных лопастей, возвратную пружину, ограничивающую величину перемещения ступицы на втулке вала и тем самым величину поворота лопастей, и регулировочную гайку, обеспечивающую величину предварительной затяжки возвратной пружины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

 

Винт регулируемого шага, винт переменного шага, винт изменяемого шага (ВРШ, ВИШ) – винтовой движитель, угол атаки лопастей которого не задан при производстве, а может изменяться непосредственно в процессе эксплуатации.

ВРШ состоит из ступицы, лопастей и механизма, осуществляющего поворот и фиксацию лопастей.

Данный тип винтов сложнее, тяжелее и дороже винтов фиксированного шага, однако он широко используется в кораблестроении и авиации. Изменяемый шаг винта позволяет поддерживать эффективность движителя близкой к оптимальной вне зависимости от скорости движения носителя в потоке. Также он позволяет реализовать реверс движителя без изменения направления его вращения – за счет поворота лопастей в нужном направлении (так, чтобы упор движителя был направлен против движения объекта).

Конструктивно ВРШ можно разделить на три части: механизм поворота лопастей, механизм изменения шага и систему дистанцион­ного управления.

Механизм поворота лопастей находится в ступице гребного винта и является основной частью винта с поворотными лопастями (ВПЛ). Для поворота лопастей получили распространение механизмы кривошипно-шатунный и кулисный. Более простым и надежным считается кулис­ный механизм, который состоит из меньшего количества деталей и соответственно имеет меньшие габаритные размеры. Основными деталями винта (рис. 51) являются корпус ступицы 5, закрытый обте­кателем 1, поворотные лопасти 3, кулисный механизм, состоящий из ползуна 4, сухаря 6 и пальцевой шайбы 2. Кулисный механизм преоб­разует при изменении шага винта возвратно-поступательное движение ползуна в поворотное движение лопастей.

На рис. 52 показан ВРШ с кулисным механизмом и гидроприводом. Корпус ступицы 23, выполненный из латуни или бронзы, имеет три

Винт с изменяемым шагом

Рис. 51. Винт с поворотными лопастями

радиальные расточки под углом 120°, в которых монтируются подшип­ники скольжения лопастей. Подшипник состоит из шайб лопасти 4, упорной 5 и пальцевой 2. Шайбы стянуты вместе длинными болтами с гайками, утопленными в комле лопасти 3. В ступице расположен кулисный механизм, состоящий из ползуна 24 и сухарей /, связанных

Винт с изменяемым шагом

Рис. 52. ВРШ с кулисным механизмом и гидроприводом

через пальцевые шайбы с комлем лопасти 3. Ползун перемещается в шлицевой втулке 25 и опорном подшипнике 22, который центрируется в корпусе ступицы; при этом шлицевая втулка препятствует повороту ползуна. В ползуне имеется три паза, в которые входят сухари, через них возвратно-поступательное движение ползуна передается на паль­цевую втулку. Механизм поворота лопасти закрыт обтекателем 26.

Механизм изменения шага является гидравлическим силовым агрегатом, обеспечивающим поворот лопастей путем создания необхо­димого усилия. Силовым органом служит гидроцилиндр 7 с поршнем 19, перемещающимся под воздействием давления масла, поступающего из гидравлической системы. Поршень гидроцилиндра закреплен на полом валу 6, внутри которого перемещается штанга 21. Гидроцилиндр с кормы крепится к гребному валу 20, с носа — к валу 18, к которому подключена неподвижная маслобукса 16, необходимая для подвода и отвода силового масла. Масло подается по каналам 8 и 17, при этом другой канал сообщается со сливом. Трущаяся поверхность маслобук-сы покрыта баббитом и смазывается маслом, просачивающимся из ее рабочих полостей.

Дистанционное управление ВРШ осуществляется перемещением золотника 9 в любую сторону. При этом масло от насоса 10 между двумя полями золотника поступает через маслобуксу в канал 8 или 1в, перемещает силовой поршень 19, вал 6, ползун 24, который через сухарь 1 поворачивает лопасти 3. Масло с противоположной стороны силового поршня стекает в цистерну 12. При перемещении ползуна перемещается штанга 21 и соответственно крестовина 13, расположен­ная в цилиндре 11. Крестовина через тяги 14 перемещает кольцо 15 обратной связи и возвращает золотник 9 в среднее положение, фикси­руя лопасть в заданном положении.

 

cyberpedia.su

Для устранения недостатков воздушных винтов неизменяемого шага и фиксированного применяется воздушный винт изменяемого шага (ВИШ). Основоположником теории ВИШ является Ветчинкин.

ТРЕБОВАНИЯ К ВИШ:

ВИШ должен устанавливать на всех режимах полета наивыгоднейшие углы атаки лопастей;

снимать с двигателя номинальную мощность на всем рабочем диапазоне скоростей и высот;

сохранять максимальное значение коэффициента полезного действия на возможно большем диапазоне скоростей.

Лопасти ВИШ либо управляются специальным механизмом, либо устанавливаются в нужное положение под влиянием сил, действующих на воздушный винт. В первом случае это гидравлические и электрические воздушные винты, во втором — аэродинамические.

Гидравлический винт — воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится давлением масла подаваемого в механизм, находящийся во втулке винта.

Электрический винт — воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится электродвигателем, соединенным с лопастями механической передачей (ТЛ-2000).

Аэромеханический винт — воздушный винт, у которого изменение угла установки лопастей производится автоматически — аэродинамическими и центробежными силами.

 

 

Винт с изменяемым шагом

Рис. 9 Работа воздушного винта изменяемого шага при разных скоростях полета

РПО совместно с механизмом поворота лопастей изменяет шаг винта (угол наклона лопастей) таким образом, чтобы обороты, заданные летчиком с помощью рычага управления ВИШ, при изменении режима полета оставались неизменными (заданными).

При этом следует помнить, что обороты будут сохраняться до тех пор, пока эффективная мощность на валу двигателя Ne будет больше мощности, потребной для вращения воздушного винта при установке лопастей на самый малый угол наклона (малый шаг).

На Рис. 9 показана схема работы ВИШ.

При изменении скорости полета от взлетной до максимальной в горизонтальном полете угол установки лопастей возрастает от своего минимального значения мин до максимального макс (большой шаг). Благодаря этому углы атаки лопасти изменяются мало и сохраняются близкими к наивыгоднейшим.

Работа ВИШ на взлете характерна тем, что на взлете используется вся мощность двигателя — развивается наибольшая тяга. Это возможно при условии, что двигатель развивает максимальные обороты, а каждая часть лопасти винта развивает наибольшую тягу, имея наименьшее сопротивление вращению.

Для этого необходимо, чтобы каждый элемент лопасти воздушного винта работал на углах атаки, близких к критическому, но без срыва воздушного потока. На Рис. 9, а видно, что угол атаки лопасти перед взлетом (V=0)за счет перетекания воздуха со скоростью V немного отличается от угла наклона лопасти на величину фмин. Угол атаки лопасти соответствует величине максимальной подъемной силы.

Сопротивление вращению достигает в этом случае величины, при которой мощность, расходуемая на вращение винта, и эффективная мощность двигателя сравниваются и обороты будут неизменными. С увеличением скорости угол атаки лопастей воздушного винта уменьшается (Рис. 9, б). Уменьшается сопротивление вращению и воздушный винт как бы облегчается. Обороты двигателя должны возрастать, но РПО удерживает их за счет изменения угла атаки лопастей постоянными. По мере увеличения скорости полета лопасти разворачиваются на больший угол ср.

При выполнении полета на максимальной скорости ВИШ также должен обеспечивать максимальное значение тяги. При полете на максимальной скорости угол наклона лопастей имеет предельное значение рмакс (Рис. 9, в). Следовательно, при изменении скорости полета происходит изменение угла атаки лопасти, при уменьшении скорости полета угол атаки увеличивается — винт затяжеляется, при увеличении скорости полета угол атаки уменьшается — винт облегчается. РПО автоматически переводит лопасти винта на соответствующие углы.

При увеличении высоты полета мощность двигателя уменьшается и РПО уменьшает угол наклона лопастей, чтобы облегчить работу двигателя, и наоборот. Следовательно, РПО удерживает обороты двигателя с изменением высоты полета постоянными.

При заходе на посадку воздушный винт устанавливается на малый шаг, что соответствует оборотам взлетного режима. Это дает возможность летчику при выполнении всевозможных маневров на глиссаде посадки получить взлетную мощность двигателя при увеличении оборотов до максимальных.

 

helpiks.org


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.