Пропеллер: что-то меня крутит...

[Yo-Yo]

Это будет такой фрагментарный очерк, призванный навести, наконец, порядок в легендах о работе пропеллеров. И не говорите потом, что не читали.

 

Математики совсем не будет никакой, все на пальцах.

 

Итак, пропеллер - это такие маленькие крылышки, которые так же создают подъемную силу и сопротивление, как и большое крыло. И как и у крыла, у лопасти пропеллера есть т.н. угол атаки. И так же, как и у крыла этот угол зависит не только от геометрического угла установки лопасти, но и от скорости и направления набегающего потока. А еще, как и у крыла у него есть скос потока или индуктивнай скорость. Поскольку линейная скорость у элементов пропеллера зависит от радиуса, на котором находится, угол установки лопасти плавно уменьшается к концевой части.

 

Ну да ладно... это присказка, дальше будет сама сказка.

 

Если рассмотреть винт с фиксированным шагом, то при росте скорости УА лопасти падает из-за набегающего потока, соответственно падает и тяга, если и дальше увеличивать скорость, то винт переходит сначала в режим тормоза при котором он уже создает отрицательную тягу, но все равно требует от мотора мощность на вращение, а затем - в режим ветрянки, когда уже сам начинает вращать вал. Это обычно все уже так или иначе где-то прочитали...

Винт фиксированного шага плох тем, что работает в узком диапазоне скоростей. Можно подобрать шаг так, чтобы обеспечить наибыстрейший взлет - но тогда самолет в наборе недоберет вертикальной скорости, не говоря уж о максимальной скорости. Можно подобрать винт под скорость набора высоты, заодно улучшится макс. скорость - ухудшится разбег.

Придумали тогда винт изменяемого шага, шагом которого непосредственно управлял летчик - с ним, конечно, веселей стало... но для летчика, особенно истребителя стало больше головной боли. Перегрузить мотор или раскрутить его стало гораздо проще: появился еще один влияющий на это фактор - шаг винта.

 

И пришлось конструкторам в пожарном порядке где-то на рубеже 30-х и 40-х годов приделывать к механизмам, регулирующим шаг винта, автоматику, поддерживающую заданные летчиком обороты. Паровую машину Стефенсона помните - грузики на палочке? Ну это вот оно.

 

К сожалению в русскую терминологию это недолгое в чистом виде существование ВИШ внесло еще одну несуразность - летчики и все остальные рукоятку УСТАНОВКИ ОБОРОТОВ ВИНТА (PROP RPM) по старинке называли ШАГОМ ВИНТА, винт летчики ЗАТЯЖЕЛЯЛИ и ОБЛЕГЧАЛИ, хотя на самом деле они просто присваивали себе заслуги автомата РЕГУЛЯТОРА ПОСТОЯННЫХ ОБОРОТОВ, который за них все это делал, даже когда рукоятка PROP RPM была неподвижна.

 

Возвращаясь к Стефенсону, посмотрим, как это получается у Гамильтона. В коке винта по оси вала движется сервопоршень по обем сторонам которого нагнетается масло - с одной стороны масло низкого давления из системы смазки двигателя, а с другой - то же масло прошедшее через насос, повышающий давление и через регулирующий золотник, связанный с тем самыми грузиками.

 

Больше обороты вала - грузики под действием центробежной силы расходятся дальше, преодолевая сопротивление пружины (а затяжку этой пружины как раз и регулирует рукоятка PROP RPM) и золотник, связанный с этими грузиками приоткрывает проход масла во вторую полость гидроцилиндра. Поршень движется, через специальный механизм поворачиая лопасти на бОЛьший шаг. Нагрузка на валу растет, обороты возвращаются к заданным.

 

Ну и при увеличении нагрузки на винт автомат аналогичным способом облегчает его, перекрывая доступ масла в полость высокого давления. Пропеллер устанавливается на малый шаг под действием давления масла и центробежных сил, действующих на лопасть.

 

ВАЖНО: пропеллер Мустанга при отсутствии давления масла в обеих половинах цилиндра устанавливается НА МАЛЫЙ ШАГ.

 

Ну и теперь - как этим грамотно пользоваться.

 

Работа двигателя на максимальных оборотах сильно изнашивает его, даже если используется пониженное давление наддува, поэтому всегда, когда это возможно, стремятся устанавливать пониженные обороты двигателя, при этом существуют определенные пары обороты/наддув. Пары эти выбираются из условия возможности получения заданного наддува на нужной высоте на первой или второй скорости нагнетателя. Соответствующие диаграммы приводятся в мануалах, однако, если понять принцип, можно подобрать и самому.

 

Особый случай - отказ двигателя. Винт на авторотации работает как воздушный тормоз, поэтому, если РПО работоспособен, необходимо сразу же перевести винт на минимальные обороты. В этом случае самолет пролетит по горизонтали дистанцию где-то в 9-10 большую высоты. Если винт оставить на максимальных оборотах, эта дистанция сократится где-то раза в полтора.

Однако хуже всего будет, если винт остановится из-за заклинившего или с трудом проворачиваемого двигателя. В этом случае почти квадратный метр площади лопастей, развернутых практически перпендикулярно к потоку ухудшат дистанцию планирования примерно в два раза.

 

Остановить в полете винт на выключенном двигателе практически нереально, однако если заморозить масло и снизить скорость - скорее всего остановится. На горячем двигателе - только в штопоре или если потерять скорость на колоколе.

Раскрутить остановленный двигатель уже не получится, какую скорость ни развивай.

[Eponsky_bot]

 

 

 

Работа двигателя на максимальных оборотах сильно изнашивает его, даже если используется пониженное давление наддува,

 

насколько быстро? можно ли будет прочувствовать небрежное управление уже непосредственно в текущем полете.

[Yo-Yo]

насколько быстро? можно ли будет прочувствовать небрежное управление уже непосредственно в текущем полете.

 

Да, планируется сделать последствия перегрузки двигателя, т.е. уменьшения оборотов при большом наддуве. А вот эксплуатация на больших оборотах и низком наддуве может и не привести к фатальным последствиям в одном полете.

Edited April 6, 2012 by Yo-Yo

[Mode]

Yo-Yo, спасибо за интересные статьи, хоть есть что почитать по теме, и появляется интерес к проекту.

[Guest =YeS=CMF]

Не понимаю зачем этот самолет в ДКС, но читаю с огромным интересом все что пишет Yo-Yo (и остальные ЕДэшники) и обязательно приобрету диск! ;)

[FAB999]

А какой на Мерлене стоял регулятор оборотов ? В каких рамках (вилка) он обеспечивал поддержание заданных оборотов ?

Или все было очень круто и РО обеспечивал сохранение заданных оборотов от МГ до 100% (при любых положениях РУД, РУШ и скоростях)!

 

ЗЫ

Мне не знакома схема управления оборотами и наддувом двигателя П51го !

Про наши в основном в курсе

[Imbecile]

В коке винта по оси вала движется сервопоршень по обем сторонам которого нагнетается масло - с одной стороны масло низкого давления из системы смазки двигателя, а с другой - то же масло прошедшее через насос, повышающий давление и через регулирующий золотник, связанный с тем самыми грузиками.

Т.е. на вращающемся валу замкнутая масляная система?

[Yo-Yo]

Т.е. на вращающемся валу замкнутая масляная система?

 

да

[Yo-Yo]

А какой на Мерлене стоял регулятор оборотов ? В каких рамках (вилка) он обеспечивал поддержание заданных оборотов ?

Или все было очень круто и РО обеспечивал сохранение заданных оборотов от МГ до 100% (при любых положениях РУД, РУШ и скоростях)!

 

ЗЫ

Мне не знакома схема управления оборотами и наддувом двигателя П51го !

Про наши в основном в курсе

Hamilton и стоял.

Регулятор близок к идеальному. У винта диапазон 23-65 градусов, поэтому проблем с равновесным режимом нет. Могут быть только кратковременные забросы при даче газа. ПРи изменении скорости быстродействия вполне хватало. Понятно, что 3000, к примеру, на МГ на малых скоростях удерживаться не может.

 

Кстати, РПО - это уже не к Мерлину относится, а к американскому винту.

Edited April 9, 2012 by Yo-Yo

[GAZ-67]

А про винт есть такая же красивая книжка, как про Мерлин?

[Yo-Yo]

А про винт есть такая же красивая книжка, как про Мерлин?

 

Про винт отдельно нет, но есть Erection and Maintanance Manual на основные модификации. И его можно поискать, он где-то лежит.

[GAZ-67]

Эрекционный мануал тоже сгодится!

 

На фото парни называли себя "эрэкшен пати"

Edited April 9, 2012 by GAZ-67

[FAB999]

Hamilton и стоял.

Регулятор близок к идеальному. У винта диапазон 23-65 градусов, поэтому проблем с равновесным режимом нет. Могут быть только кратковременные забросы при даче газа. ПРи изменении скорости быстродействия вполне хватало. Понятно, что 3000, к примеру, на МГ на малых скоростях удерживаться не может.

 

Кстати, РПО - это уже не к Мерлину относится, а к американскому винту.

 

 

То что поддерживать 3000 об/мин на МГ нельзя это само собой разумеющееся, а вот в пикировании на скорости в 700 км/ч поставив РУД то есть управление наддувом на МГ отработает РО сохранение режима или так же как у многих наших нужно будет затяжелить винт дабы не получить скоротечной раскрутки !?

 

ЗЫ повторюсь я не знаю схемы управления двигателем на П51, сорри !

[Yo-Yo]

То что поддерживать 3000 об/мин на МГ нельзя это само собой разумеющееся, а вот в пикировании на скорости в 700 км/ч поставив РУД то есть управление наддувом на МГ отработает РО сохранение режима или так же как у многих наших нужно будет затяжелить винт дабы не получить скоротечной раскрутки !?

 

ЗЫ повторюсь я не знаю схемы управления двигателем на П51, сорри !

 

А поточнее, как этой раскрутки добиться? Т.е. когда на МГ - в начале пикирования, до пикирования или как?

[FAB999]

Малый наддув подразумевает малый шаг так как этот режим взлета и посадки где и необходим малый шаг и максимальные обороты с мощностью двигателя. А на пикировании когда мы разгоняемся и подходим к максимальным скоростям мы убираем наддув на МГ типа замедлить разгон ,а обороты при этом остаются близки к максимальным и дабы нам не получить раскрутку мы в ручную переводим шаг винта на большей угол так как автоматика не совсем понимает что это происходит, режим МГ ,а обороты как на максимале !?

Или все же автомат шага (если он имеется на П51) обеспечивал понижение оборотов в избегании выхода на такой режим работы двигателя !?

Edited April 10, 2012 by FAB999

[Yo-Yo]

Малый наддув подразумевает малый шаг так как этот режим взлета и посадки где и необходим малый шаг и максимальные обороты с мощностью двигателя. А на пикировании когда мы разгоняемся и подходим к максимальным скоростям мы убираем наддув на МГ типа замедлить разгон ,а обороты при этом остаются близки к максимальным и дабы нам не получить раскрутку мы в ручную переводим шаг винта на большей угол так как автоматика не совсем понимает что это происходит, режим МГ ,а обороты как на максимале !?

Или все же автомат шага (если он имеется на П51) обеспечивал понижение оборотов в избегании выхода на такой режим работы двигателя !?

 

Как-то нелогично описано.

Во-первых, малый наддув не может ничего подразумевать. Тем более шаг (видимо правильнее было бы опять сказать "обороты"). Малый наддув подразумевает только одно - малую мощность двигателя, а обороты, на которые установлен РПО, могут быть самые разные.

К слову, некоторые опытные пилоты как раз рекомендуют на посадке не ставить РПО на максимальные обороты. Почему - сами поймете :), если попробуете уходить на второй круг, особенно, если уже коснулись на малой скорости.

 

 

 

Итак - если в пикировании с ростом скорости на полном газу винт удерживает заданные обороты, то это значит, что шаг винта обеспечивает создание тяги и поглощение той мощности, что создает двигатель на валу. Т.е. момент сопротивления вращению винта уравновешен моментом, создаваемым двигателем. Если теперь убрать газ, то при этом шаге винт не то что обороты увеличить попытается, а наоборот - начнет их уменьшать, потому что баланс моментов на валу станет отрицательным (момент от двигателя из большого положительного станет отрицательным), а РПО начнет в спешном порядке уменьшать шаг, чтобы сохранить заданные обороты. Т.е. ни о какой раскрутке вообще речи не пойдет.

Раскрутка винта в пикировании может произойти по двум причинам - недостаточный диапазон изменения шага винта в бОльшую сторону (с этим у Hamilton все в порядке - 65 градусов, достаточно, чтобы снимать полную мощность двигателя на любой высоте и скорости) - в этом случае превышение оборотов будет постоянным или если быстродействия РПО оказывается меньше, чем темп набора скорости в пикировании - будет более или менее длительный заброс.

Забросы у Мустанга есть, если резко давать газ.

Самый, пожалуй, сложный случай для РПО - это если вход в пикирование был на МГ и с малой скорости, когда винт уходит на минимальный шаг, а затем полный газ быстро дается в процессе быстрого роста скорости. Вот тут уже заброс может быть даже больше кратковременно допустимого.

Edited April 11, 2012 by Yo-Yo

[FAB999]

Для чего придумали ВИШ ,для того что бы иметь максимальный КПД винта на разных скоростях и снимать с двигателя максимальную мощность, как правило на больших нежели взлетно-посадачные скорости.

На режиме МГ когда наддув минимален у нас минимальна и подача топлива и мощности низкие для того что бы вообще винт вращался шаг должен быть минимальным. Это нормально для режимов взлета и посадки когда скорости малы. А вот на максимальных скоростях да еще и на пикировании когда для снижения оборотов не достаточно убрать наддув необходимо затяжелять винт в ручную что бы, не получить автоматического сохранения оборотов для которого РО уменьшает шаг, что на скоростях близких к максимальным приведет к раскрутки винта и двигателя, набегающим потоком!

 

И пикирование на малом шаге с самого начала разве не имеет раскрутки винта с набором скорости с повышением оборотов !?

 

Я просто хочу понять как инженеры позаботились о том что МГ на земле при скорости 0 и МГ на скорости 700 км/ч это не один и тот же режим, автомат шага должен четко знать какая скорость относительно потока ,но он вряд ли это знает он ориентируется на скорость вращения вала и за счет муфт при снятии или увеличении нагрузки меняет шаг !?

 

ЗЫ

Видимо я не в теме по Мустангу нужно ознакомиться а далее разговаривать.

 

ЗЫ 2

И не знаю на счет весьма опытных пилотов но до меня всегда доводили что на посадке необходимо иметь запас по тяге для чего винт должен быть всегда облегчен !

[GUMAR]

необходимо затяжелять винт в ручную

Вот твоя ошибка. Ты задаешь обороты, а РПО уже сам шагом орудует.

К сожалению в русскую терминологию это недолгое в чистом виде существование ВИШ внесло еще одну несуразность - летчики и все остальные рукоятку УСТАНОВКИ ОБОРОТОВ ВИНТА (PROP RPM) по старинке называли ШАГОМ ВИНТА, винт летчики ЗАТЯЖЕЛЯЛИ и ОБЛЕГЧАЛИ, хотя на самом деле они просто присваивали себе заслуги автомата РЕГУЛЯТОРА ПОСТОЯННЫХ ОБОРОТОВ, который за них все это делал, даже когда рукоятка PROP RPM была неподвижна.

[FAB999]

:)

Так то оно так но на малом шаге обороты 100% только при стоящем руде (наддуве) на максимале, а на малом газу же всего 25-30% !? При затяжелении винта скажем до 80% сохраняется та же тенденция ,потому как на наших двигателях с двумя ручками управления двигателем, РО при МГ всегда переводит винт на малый шаг! К примеру посмотри доки по М-14П и про работу Р-2 !

 

Лично я ни когда не встречался с тем что бы разогнать на пикировании Як52 до максимальных скоростей, ограничения и нормы техники пилотирования не превышал ,дабы не поломать ероплан.

Но для боевых истребителей такие режимы характерны и в их случае автоматика конечно же должна обеспечивать полноценную работоспособность агрегатов.

 

ЗЫ в общем то нормальной литературы по М-14П, АШ-62ИР и даже АШ-82Ф/Н имеется ,а вот найти неплохую русскоязычную литературу по Мерлинам и Аллисонам пока не смог!

[GUMAR]

:)

Так то оно так но на малом шаге обороты 100% только при стоящем руде (наддуве) на максимале, а на малом газу же всего 25-30% !? При затяжелении винта скажем до 80% сохраняется та же тенденция ,потому как на наших двигателях с двумя ручками управления двигателем, РО при МГ всегда переводит винт на малый шаг! К примеру посмотри доки по М-14П и про работу Р-2 !

Вот и ты разобрался:) Просто мощности не хватает винт крутить. И всё таки ты не винт затежеляешь, а задаешь обороты, которые регулятор поддерживает изменяя шаг. Хоть Як-3, хоть Як-52, хоть Мустанг, хоть вертолет, принцип поддержания постоянных оборотов один и тотже.

:)

Лично я ни когда не встречался с тем что бы разогнать на пикировании Як52 до максимальных скоростей, ограничения и нормы техники пилотирования не превышал ,дабы не поломать ероплан.

ЗЫ в общем то нормальной литературы по М-14П, АШ-62ИР и даже АШ-82Ф/Н имеется ,а вот найти неплохую русскоязычную литературу по Мерлинам и Аллисонам пока не смог!

На русском и нет. Возможно кто-то, что-то переведет...

[Yo-Yo]

На режиме МГ когда наддув минимален у нас минимальна и подача топлива и мощности низкие для того что бы вообще винт вращался шаг должен быть минимальным. Это нормально для режимов взлета и посадки когда скорости малы. А вот на максимальных скоростях да еще и на пикировании когда для снижения оборотов не достаточно убрать наддув необходимо затяжелять винт в ручную что бы, не получить автоматического сохранения оборотов для которого РО уменьшает шаг, что на скоростях близких к максимальным приведет к раскрутки винта и двигателя, набегающим потоком!

 

Эти рекомендации говорят о том, что качество регулирования данного РПО НИЗКОЕ. Т.е. если у винта диапазон изменения шага позволяет иметь шаг, достаточный для сохранения оборотов, у РПО не хватает возможности его поставить (т.е. для того, чтобы вывести винт на требуемый шаг за требуемое время) произойдет раскрутка.

Если же разгон самолета в пикировании имеет темп, который позволяет РПО успеть отрабатывать необходимый для сохранения оборотов шаг - раскрутки в пикировании не будет.

 

Т.е. инженеры позаботились, чтобы максимальный расход масла в регулятор позволял изменять шаг, быстрее, чем изменяется скорость самолета в пикировании.

 

И пикирование на малом шаге с самого начала разве не имеет раскрутки винта с набором скорости с повышением оборотов !?

 

Я просто хочу понять как инженеры позаботились о том что МГ на земле при скорости 0 и МГ на скорости 700 км/ч это не один и тот же режим, автомат шага должен четко знать какая скорость относительно потока ,но он вряд ли это знает он ориентируется на скорость вращения вала и за счет муфт при снятии или увеличении нагрузки меняет шаг !?

 

ЗЫ

Видимо я не в теме по Мустангу нужно ознакомиться а далее разговаривать.

 

ЗЫ 2

И не знаю на счет весьма опытных пилотов но до меня всегда доводили что на посадке необходимо иметь запас по тяге для чего винт должен быть всегда облегчен !

 

Это правильно. Но у Мустанга ее может оказаться слишком много...

Edited April 16, 2012 by Yo-Yo

[Yo-Yo]

Вот и ты разобрался:) Просто мощности не хватает винт крутить. И всё таки ты не винт затежеляешь, а задаешь обороты, которые регулятор поддерживает изменяя шаг. Хоть Як-3, хоть Як-52, хоть Мустанг, хоть вертолет, принцип поддержания постоянных оборотов один и тотже.

 

 

Вертолет как раз все с точностью до наоборот.

[GUMAR]

Вертолет как раз все с точностью до наоборот.

:doh: Точно! Там же не шаг, а топливо...

[FAB999]

...

 

... Но у Мустанга ее может оказаться слишком много...

 

Хех тяги может оказаться слишком много вот уж не думал :) да сколько бы не было мало не будет главное правильно распорядиться ;)

[Yo-Yo]

Хех тяги может оказаться слишком много вот уж не думал :) да сколько бы не было мало не будет главное правильно распорядиться ;)

 

Один новоиспеченный владелец Мустанга несколько переборщил, решив уйти на второй круг. Результат можно предсказать?