ВОЗДУ́ШНЫЙ ВИНТ

Рис. 1. Схема воздушного винта.

ВОЗДУ́ШНЫЙ ВИНТ, ло­па­ст­ный дви­жи­тель, пре­об­ра­зую­щий мощ­ность дви­га­те­ля в тя­гу вин­та ЛА, не­об­хо­ди­мую для пре­одо­ле­ния со­про­тив­ле­ния при дви­же­нии. Ус­та­нав­ли­ва­ет­ся на са­мо­лё­тах, ав­то­жи­рах, вин­то­кры­лах, ди­ри­жаб­лях и др. ти­пах ЛА, а так­же на ап­па­ра­тах на возд. по­душ­ке, аэ­ро­са­нях и др. В Рос­сии соз­да­ны В. в. диа­мет­ром $D$=0,5–6,2 м с чис­лом ло­па­стей $k$=2–14. В. в. (рис. 1) со­сто­ит из ло­па­стей и втул­ки. Втул­ка слу­жит для кре­п­ле­ния ло­па­стей и пе­ре­да­чи кру­тя­ще­го мо­мен­та от ва­ла дви­га­те­ля. Осн. ра­бо­чая часть В. в. – ло­пасть, имею­щая вдоль раз­ма­ха разл. про­фи­ли в по­пе­реч­ном се­че­нии и крут­ку (пе­ре­мен­ные уг­лы ус­та­нов­ки се­че­ний ло­па­сти к плос­ко­сти вра­ще­ния). В по­лё­те воз­дух на­бе­га­ет на ка­ж­дое эле­мен­тар­ное се­че­ние ло­па­сти, рас­по­ло­жен­ное на те­ку­щем ра­диу­се $r$, под не­ко­то­рым уг­лом ата­ки со ско­ро­стью, по­лу­чае­мой в ре­зуль­та­те сло­же­ния по­сту­пат. ско­ро­сти ЛА, ок­руж­ной ско­ро­сти вра­ще­ния ло­па­стей и вы­зван­ной ра­бо­той са­мо­го В. в. до­пол­ни­тель­ной (ин­дук­тив­ной) ско­ро­сти по­то­ка. При этом на эле­мен­те ло­па­сти ши­ри­ной $Δr$ воз­ни­ка­ют подъ­ём­ная си­ла и си­ла аэ­ро­ди­на­мич. со­про­тив­ле­ния, ко­то­рые в сум­ме об­ра­зу­ют рав­но­дей­ст­вую­щую аэ­ро­ди­на­мич. си­лу. Эф­фек­тив­ность В. в. в ка­че­ст­ве дви­жи­те­ля оп­ре­де­ля­ет­ся по­лёт­ным кпд, ко­то­рый для совр. ЛА при по­лё­те с крей­сер­ской ско­ро­стью со­став­ля­ет 0,85–0,9.

По спо­со­бу ус­та­нов­ки ло­па­стей В. в. под­раз­де­ля­ют­ся на вин­ты не­из­ме­няе­мо­го (ВНШ), фик­си­ро­ван­но­го (ВФШ) и из­ме­няе­мо­го (ВИШ) ша­га. Шаг В. в. оп­ре­де­ля­ет­ся уг­лом ус­та­нов­ки ло­па­сти к плос­ко­сти вра­ще­ния вин­та на ус­лов­ном ра­диу­се 0,75$R$, где $R$ – ра­ди­ус В. в. ВНШ име­ют обыч­но две ло­па­сти, ко­то­рые не по­во­ра­чи­ва­ют­ся во­круг сво­их осей. Ло­па­сти ВФШ мо­гут быть ус­та­нов­ле­ны под не­об­хо­ди­мым уг­лом пе­ред по­лё­том, но во вре­мя ра­бо­ты они не по­во­ра­чи­ва­ют­ся. ВНШ и ВФШ ус­та­нав­ли­ва­ют­ся на лёг­ких и сверх­лёг­ких ЛА. Угол ус­та­нов­ки ло­па­стей ВИШ мож­но из­ме­нять в по­лё­те. Это не­об­хо­ди­мо для обес­пе­че­ния эф­фек­тив­ной ра­бо­ты В. в., по­сколь­ку на взлё­те и при по­лё­те c крей­сер­ской ско­ро­стью шаг ло­па­стей дол­жен быть раз­ным. ВИШ мо­гут быть флю­гер­ны­ми или флю­гер­но-ре­вер­сив­ны­ми. При ос­та­нов­ке дви­га­те­ля в по­лё­те ло­па­сти флю­гер­но­го В. в. мо­гут ус­та­нав­ли­вать­ся по на­прав­ле­нию по­то­ка для умень­ше­ния со­про­тив­ле­ния В. в. Флю­гер­но-ре­вер­сив­ный В. в. мо­жет соз­да­вать си­лу тор­мо­же­ния (от­ри­ца­тель­ную тя­гу), обес­пе­чи­ваю­щую со­кра­ще­ние дли­ны про­бе­га при по­сад­ке и ма­нев­ри­ро­ва­ние са­мо­лё­та на зем­ле.

Рис. 2. Конструкции воздушного винта: а – одиночный ВИШ самолёта Ил-114 (D=3,6 м; k=6); б – соосный ВИШ самолёта Ан-22 (D=6,2 м; k=4+4); в – ВИШ в кольце (судно на воздушной подушке)...

По кон­ст­рук­ции (рис. 2) В. в. под­раз­де­ля­ют­ся на оди­ноч­ные, со­ос­ные, двух­ряд­ные, В. в. в коль­це и вин­то­вен­ти­ля­то­ры. Оди­ноч­ный В. в. име­ет один ряд ло­па­стей (рис. 2а). Со­ос­ный В. в. со­сто­ит из двух оди­ноч­ных, рас­по­ло­жен­ных один за дру­гим на со­ос­ных ва­лах, вра­щаю­щих­ся в про­ти­во­по­лож­ных на­прав­ле­ни­ях (рис. 2б). У двух­ряд­но­го В. в., в от­ли­чие от со­ос­но­го, оди­ноч­ные вин­ты вра­ща­ют­ся в од­ном на­прав­ле­нии. В. в. в коль­це име­ет про­фи­ли­ро­ван­ное коль­цо для соз­да­ния до­пол­нит. тя­ги, эф­фек­ти­вен на ско­ро­стях до 200 км/ч (рис. 2в). Вин­то­вен­ти­ля­то­ры от­ли­ча­ют­ся боль­шим чис­лом ши­ро­ких тон­ких саб­ле­вид­ных ло­па­стей (рис. 2г), у ко­то­рых не­бла­го­при­ят­ное влия­ние сжи­мае­мо­сти воз­ду­ха, как и на стре­ло­вид­ных крыль­ях, на­блю­да­ет­ся при боль­ших ско­ро­стях по­лё­та. Это по­зво­ля­ет при ско­ро­сти 800 км/ч и бо­лее со­хра­нить вы­со­кий кпд, обес­пе­чить эко­но­мию то­п­ли­ва (по срав­не­нию с тур­бо­ре­ак­тив­ны­ми двух­кон­тур­ны­ми дви­га­те­ля­ми) и низ­кий уро­вень шу­ма.

В за­ви­си­мо­сти от раз­ме­ще­ния на ЛА раз­ли­ча­ют тя­ну­щие и тол­каю­щие В. в. Тя­ну­щий В. в. рас­по­ло­жен пе­ред дви­га­те­лем в пе­ред­ней час­ти фю­зе­ля­жа ЛА или гон­до­лы дви­га­те­ля, яв­ля­ет­ся осн. дви­жи­те­лем вин­то­вых са­мо­лё­тов. Тол­каю­щий ВВ раз­ме­щён за дви­га­те­лем в хво­сто­вой час­ти фю­зе­ля­жа ЛА или гон­до­лы дви­га­те­ля и на­хо­дит­ся в воз­му­щён­ном по­то­ке, но при этом сни­жа­ет­ся уро­вень шу­ма в ка­би­не ЛА.

Ме­то­ды аэ­ро­ди­на­мич. рас­чё­та и про­ек­ти­ро­ва­ния В. в. ос­но­ва­ны на об­шир­ных тео­ре­тич. и экс­пе­рим. ис­сле­до­ва­ни­ях. В 1892–1910 С. К. Дже­вец­кий раз­ра­бо­тал тео­рию изо­ли­ров. эле­мен­та ло­па­сти, а в 1910–11 рос. учё­ные Б. Н. Юрь­ев и Г. Х. Са­би­нин раз­ви­ли эту тео­рию. В 1912–15 Н. Е. Жу­ков­ский соз­дал вих­ре­вую тео­рию, даю­щую точ­ное фи­зич. пред­став­ле­ние о ра­бо­те В. в. Ис­сле­до­ва­ния по аэ­ро­ди­на­ми­ке и проч­но­сти В. в. про­во­дят­ся так­же в ЦАГИ. Боль­шой вклад в раз­ра­бот­ку тео­рии, ме­то­дов рас­чё­та и про­ек­ти­ро­ва­ние В. в. вне­сли С. Ш. Бас-Ду­бов, Б. П. Блях­ман, В. П. Вет­чин­кин, К. И. Жда­нов, Г. М. За­слав­ский, М. В. Кел­дыш и др.