Сделай Сам (Знание) 2004-04, страница 48

плоскости АА' и площади проекции S плоскости АА' на плоскость ВВ', расположенной перпендикулярно плоскости вращения Y и параллельно продольной оси винта (на чертеже это точка пересечения О осей X и Y). После набора определенного числа оборотов сила F' будет равна силе Р, и винт будет вращаться с постоянной скоростью при данной скорости ветра V. Наступит динамическое равновесие. При изменении скорости воздушного потока V изменится и величина силы F'. Это приведет к изменению скорости вращения воздушного винта. Сильнее ветер - быстрее вращение.

Мы рассмотрели поведение лопасти юз-душного винта на холостом ходу, без нагрузки. Стоит только передать вращение винта генератору, как появится момент сопротивления моменту врашения. Число оборотов винта упадет до нового равновесия.

Из рис. 2 видно, что возникающая бесполезная сила F" гораздо больше нужной нам силы F'. Кажется, стоит увеличить угол установки ср, как это показано на рис. 3, и полезная сила F', а значит, и крутящий момент увеличатся. Да, это так и есть. На рис. 3 это отчетливо видно. И совсем, казалось бы, идеально установить угол ср = 45°. Как видно из рис. 4, в этом случае отраженный воздушный поток V' направлен в плоскости вращения, а реактивная сила F направлена в нужном нам направлении.

Но! В этих случаях сразу возникают два весьма существенных «но». Первое — резко увеличивается плоскость проекции винта, следовательно, и сила противодействия P. S" » S' » S; Р" > Р' > Р. Второе — возникают турбулентные завихрения за плоскостью, как это показано на рис. 4, создается зона разряжения воздуха Q' и зона повышенного давления Q. Все эти явления вызывают появление дополнительных противодействующих сил, которые не только начисто «съедают» полученный полезный прирост силы F', но и ухудшают работу винта в целом. Винт начинает «месить» воздух, работать неравномерно, рывками, скорость вращения падает, момент вращения уменьшается.

Путем теоретических расчетов, экспериментальных работ и многолетней практики определено, что наилучший угол установки лопасти ф = 11—12°, как это показано на рис. 5.

В приведенных выше рассуждениях не учтены многое факторы: тут и влияние ше

роховатости поверхности винта, сопротивление трения оси вращения винта и другое.

Основные геометрические характеристики воздушного винта

Воздушный винт (ветроколесо) состоит из двух и более совершенно одинаковых лопастей, закрепленных на ступице неподвижно или подвижно относительно продольных осей лопастей. В первом случае винт может бьггь изготовлен из одного куска дерева или иметь возможность поворота лопастей относительно продольной оси для установки угла ф с последующим жестким креплением. Во втором случае лопасти могут изменять этот угол при помощи автоматических регуляторов для поддержания (стабилизации) оборотов на заданном уровне.

а) Диаметр винта D — диаметр окружности, описываемой концами лопастей.

б) Шаг винта Н — расстояние, пройденное винтом за один оборот при условном ввинчивании его в воздух, как в твердое тело:

Н = тс Dtg ф.

в) Угол установки лопасти ф был подробно рассмотрен выше.

г) Покрытие лопасти винта ASj, — отношение площади проекции одной лопасти на плоскость вращения к площади диска диаметром D:

4S

д) Покрытие винта - AS_e = К^^л2.

В приведенных формулах к = 3,14; R = 0,5 D — радиус винта; К — количество лопастей винта.

е) Форма лопасти винта в плане. Примеры форм показаны на рис. 6. Форма может быть прямоугольная, «самолетная», трапецеидальная прямая, трапецеидальная обратная. Наиболее простая в изготовлении — прямоугольная. Наиболее сложная «самолетная». Преимуществ «самолетная» форма не имеет, кроме лучшего эстетического восприятия. Трапецеидальная прямая крепится в ступице большим основанием. Такие лопасти механически самые прочные. Трапецеидальная обратная крепится к ступице меньшим основанием. Такие лопасти изготавливаются обычно из металла. Из дерева их делать не рекомендуется, так как механиче-

46