Аэродинамика самолета, страница 10

58, а). Из рисунка видно, чтоtgϕ =Y= K,X(2.25)где К - аэродинамическое качество профиля.Рис. 58 Центр давления крыла и изменение его положения в зависимости от угла атакиПоложение центра давления зависит от формы профиля и угла атаки. На Рис. 58, б показано, какизменяется положение центра давления в зависимости от угла атаки для профилей самолетов Як 52 и Як-55,кривая 1 -для самолета Як-55, кривая 2-для самолета Як-52.Из графика видно, что положение ЦД при изменении угла атаки у симметричного профилясамолета Як-55 остается неизменным и находится примерно на 1/4 расстояния от носка хорды.Таблица 2нагрузкаОбозначение веса (груза)Пустой самолетВзлетный весЛетчик в передней кабинеЛетчик в задней кабинеТопливо в бакахМасло в бакахGпGвзлG1G2GTGMПри изменении угла атаки изменяется распределение давления по профилю крыла, и поэтому центрдавления перемещается вдоль хорды (для несимметричного профиля самолета Як-52), как показано на Рис.59.

Например, при отрицательном угле атаки самолета Як 52, примерно равном -1°, силы давления вАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА41носовой и хвостовой частях профиля направлены в противоположные стороны и равны. Этот угол атакиназывается углом атаки нулевой подъемной силы.Рис. 59 Перемещение центра давления крыла самолета Як-52 при изменении угла атакиПри несколько большем угле атаки силы давления, направленные вверх, больше силы,направленной вниз, их равнодействующая Y будет лежать за большей силой (II), т. е. центр давленияокажется расположенным в хвостовой части профиля.

При дальнейшем увеличении угла атакиместонахождение максимальной разности давлений передвигается все ближе к носовой кромке крыла, что,естественно, вызывает перемещение ЦД по хорде к передней кромке крыла (III, IV).Наиболее переднее положение ЦД при критическом угле атаки αкр= 18° (V).АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА42СИЛОВАЯ УСТАНОВКА САМОЛЕТАНАЗНАЧЕНИЕ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ И ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОЗДУШНЫХ ВИНТАХСиловая установка предназначена для создания силы тяги, необходимой для преодолениялобового сопротивления и обеспечения поступательного движения самолета.Сила тяги создается установкой, состоящей из двигателя, движителя (винта, например) и систем,обеспечивающих работу двигательной установки (топливная система, система смазки, охлаждения и т.д.).В настоящее время в транспортной и военной авиации широкое распространение получилитурбореактивные и турбовинтовые двигатели.

В спортивной, сельскохозяйственной и различногоназначения вспомогательной авиации пока еще применяются силовые установки с поршневымиавиационными двигателями внутреннего сгорания.На самолетах Як-52 и Як-55 силовая установка состоит из поршневого двигателя М-14П ивоздушного винта изменяемого шага В530ТА-Д35.

Двигатель М-14П преобразует тепловую энергиюсгорающего топлива в энергию вращения воздушного винта.Воздушный винт - лопастный агрегат, вращаемый валом двигателя, создающий тягу в воздухе,необходимую для движения самолета.Работа воздушного винта основана на тех же принципах, что и крыло самолета.КЛАССИФИКАЦИЯ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВВинты классифицируются:по числу лопастей - двух-, трех-, четырех- и многолопастные;по материалу изготовления - деревянные, металлические;по направлению вращения (смотреть из кабины самолета по направлению полета) - левого иправого вращения;по расположению относительно двигателя - тянущие, толкающие;по форме лопастей - обычные, саблевидные, лопатообразные;по типам - фиксированные, неизменяемого и изменяемого шага.Воздушный винт состоит из ступицы, лопастей и укрепляется на валу двигателя с помощьюспециальной втулки (Рис.

60).Винт неизменяемого шага имеет лопасти, которые не могут вращаться вокруг своих осей. Лопастисо ступицей выполнены как единое целое.Винт фиксированного шага имеет лопасти, которые устанавливаются на земле перед полетом подлюбым углом к плоскости вращения и фиксируются. В полете угол установки не меняется.Винт изменяемого шага имеет лопасти, которые во время работы могут при помощигидравлического или электрического управления или автоматически вращаться вокруг своих осей иустанавливаться под нужным углом к плоскости вращения.Рис. 60 Воздушный двухлопастный винт неизменяемого шагаРис.

61 Воздушный винт В530ТА Д35По диапазону углов установки лопастей воздушные винты подразделяются:АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА43на обычные, у которых угол установки изменяется от 13 до 50°, они устанавливаются налегкомоторных самолетах;на флюгерные - угол установки меняется от 0 до 90°;на тормозные или реверсные винты, имеют изменяемый угол установки от -15 до +90°, такимвинтом создают отрицательную тягу и сокращают длину пробега самолета.К воздушным винтам предъявляются следующие требования:винт должен быть прочным и мало весить;должен обладать весовой, геометрической и аэродинамической симметрией;должен развивать необходимую тягу при различных эволюциях в полете;должен работать с наибольшим коэффициентом полезного действия.На самолетах Як-52 и Як-55 установлен обычный веслообразный деревянный двухлопастныйтянущий винт левого вращения, изменяемого шага с гидравлическим управлением В530ТА-Д35 (Рис.

61).ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИНТАЛопасти при вращении создают такие же аэродинамические силы, что и крыло. Геометрическиехарактеристики винта влияют на его аэродинамику.Рассмотрим геометрические характеристики винта.Форма лопасти в плане - наиболее распространенная симметричная и саблевидная.Рис. 62. Формы воздушного винта: а - профиль лопасти, б - формы лопастей в планеРис. 63 Диаметр, радиус, геометрический шаг воздушного винтаАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА44Рис.

64 Развертка винтовой линииСечения рабочей части лопасти имеют крыльевые профили. Профиль лопасти характеризуетсяхордой, относительной толщиной и относительной кривизной.Для большей прочности применяют лопасти с переменной толщиной - постепенным утолщением ккорню. Хорды сечений лежат не в одной плоскости, так как лопасть выполнена закрученной.

Ребро лопасти,рассекающее воздух, называется передней кромкой, а заднее - задней кромкой. Плоскость,перпендикулярная оси вращения винта, называется плоскостью вращения винта (Рис. 62).Диаметром винта называется диаметр окружности, описываемой концами лопастей при вращениивинта. Диаметр современных винтов колеблется от 2 до 5 м.

Диаметр винта В530ТА-Д35 равен 2,4 м.Геометрический шаг винта - это расстояние, которое движущийся поступательно винт долженпройти за один свой полный оборот, если бы он двигался в воздухе как в твердой среде (Рис. 63).Угол установки лопасти винта ϕ - это угол наклона сечения лопасти к плоскости вращения винта(Рис. 64).Для определения, чему равен шаг винта, представим, что винт движется в цилиндре, радиус гкоторого равен расстоянию от центра вращения винта до точки Б на лопасти винта. Тогда сечение винта вэтой точке опишет на поверхности цилиндра винтовую линию. Развернем отрезок цилиндра, равный шагувинта Н по линии БВ.

Получится прямоугольник, в котором винтовая линия превратилась в диагональ этогопрямоугольника ЦБ. Эта диагональ наклонена к плоскости вращения винта БЦ под углом ϕ. Изпрямоугольного треугольника ЦВБ находим, чему равен шаг винта:H = 2πtgϕ .(3.1)Шаг винта будет тем больше, чем больше угол установки лопасти ϕ. Винты подразделяются навинты с постоянным шагом вдоль лопасти (все сечения имеют одинаковый шаг), переменным шагом(сечения имеют разный шаг).Воздушный винт В530ТА-Д35 имеет переменный шаг вдоль лопасти, так как это выгодно саэродинамической точки зрения. Все сечения лопасти винта набегают на воздушный поток под одинаковымуглом атаки.Если все сечения лопасти винта имеют разный шаг, то за общий шаг винта считается шаг сечения,находящегося на расстоянии от центра вращения, равном 0,75R, где R-радиус винта.

Этот шаг называетсяноминальным, а угол установки этого сечения - номинальным углом установки.Геометрический шаг винта отличается от поступи винта на величину скольжения винта ввоздушной среде (см. Рис. 63).Поступь воздушного винта - это действительное расстояние, на которое движущийсяпоступательно винт продвигается в воздухе вместе с самолетом за один свой полный оборот. Если скоростьсамолета выражена в км/ч, а число оборотов винта в секунду, то поступь винта Нп можно найти по формулеHП =V.n(3.2)Поступь винта несколько меньше геометрического шага винта. Это объясняется тем, что винт какбы проскальзывает в воздухе при вращении ввиду низкого значения плотности его относительно твердойсреды.Разность между значением геометрического шага и поступью воздушного винта называетсяскольжением винта и определяется по формулеS=H-Hn.(3.3)АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА45АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЗДУШНЫХ ВИНТОВСКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ И УГОЛ АТАКИ ЭЛЕМЕНТА ЛОПАСТИ ВИНТАК аэродинамическим характеристикам воздушных винтов относятся угол атаки и тяга воздушноговинта.Углом атаки элементов лопасти винта α называется угол между хордой элемента инаправлением его истинного результирующего движения W (Рис.

65).Рис. 65 Угол установки и угол атаки лопастей: а - угол атаки элемента лопасти, б - скоростиэлемента лопастиКаждый элемент лопасти совершает сложное движение, состоящее из вращательного ипоступательного. Вращательная скорость равнаU = 2πrnC ,(3.4)где nс - обороты двигателя.Поступательная скорость-это скорость самолета V. Чем дальше элемент лопасти находится отцентра вращения воздушного винта, тем больше вращательная скорость U.При вращении винта каждый элемент лопасти будет создавать аэродинамические силы, величина инаправление которых зависят от скорости движения самолета (скорости набегающего потока) и угла атаки.Рассматривая Рис.