Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Винт с регулируемым шагом или пропеллером с регулируемым шагом (CPP) - это тип гребного винта с лопастями, которые можно вращать вокруг своей длинной оси для изменения шага лопастей . Реверсивные гребные винты - те, в которых шаг может быть установлен на отрицательные значения - могут также создавать обратную тягу для торможения или движения назад без необходимости изменения направления вращения вала.

Самолет [ править ]

Один из шестилопастных гребных винтов Dowty Rotol R391 C-130J Super Hercules из композитных материалов с регулируемым и изменяемым шагом.
Винт изменяемого шага Hamilton Standard на модели 1943 года Stinson V77 Reliant

В самолетах с воздушным винтом используются гребные винты с регулируемым шагом лопастей, чтобы адаптировать гребной винт к различным уровням тяги и скорости воздуха, чтобы лопасти гребного винта не сваливались, что снижает эффективность силовой установки. Двигатель может работать в наиболее экономичном диапазоне частот вращения, особенно в крейсерском режиме . За исключением перехода на задний ход для торможения после приземления, шаг обычно регулируется автоматически без вмешательства пилота. Пропеллер с контроллером, который регулирует шаг лопастей таким образом, чтобы скорость вращения всегда оставалась неизменной, называется гребным винтом с постоянной скоростью . Воздушный винт с регулируемым шагом может иметь почти постоянный КПД в широком диапазоне скоростей полета. [1]

Развитие [ править ]

Ряд первых пионеров авиации, в том числе А. В. Роу и Луи Бреге , использовали пропеллеры, которые можно было регулировать только на земле [2] - это также произошло в конце Первой мировой войны с одним примером испытательного стенда, R.30 / 16 дюймов , из малосерийного (56 экземпляров в 1917 и 1918 годах) немецкого «гигантского» четырехмоторного тяжелого бомбардировщика Zeppelin-Staaken R.VI. [3] В 1919 году Л. Е. Бейнс запатентовал первый автоматический винт с регулируемым шагом.

Французская авиастроительная компания Levasseur представила винт переменного шага на Парижском авиашоу 1921 года. Фирма утверждала, что французское правительство проверило устройство в течение десяти часов и что оно может изменять шаг при любых оборотах двигателя. [4]

Доктор Генри Селби Хеле-Шоу и Т. Е. Бичем запатентовали пропеллер с регулируемым шагом с гидравлическим приводом (на основе насоса с регулируемым ходом) в 1924 году и представили доклад по этому вопросу перед Королевским авиационным обществом в 1928 году; его полезность была встречена скептицизмом. [5] Винт был разработан Gloster Aircraft Company как пропеллер Gloster Hele-Shaw Beacham с переменным шагом и был продемонстрирован на Gloster Grebe , где он использовался для поддержания почти постоянной скорости вращения. [6]

Первый практический винт регулируемого шага для самолетов был представлен [ кем? ] в 1932 году. [7] Французская фирма Ratier стала пионером в создании гребных винтов с изменяемым шагом различной конструкции, начиная с 1928 года и опираясь на специальную спиралевидную аппарель на шарикоподшипниках в основании лопастей для облегчения эксплуатации.

Было опробовано несколько конструкций, в том числе небольшой баллон со сжатым воздухом в ступице гребного винта, обеспечивающий необходимую силу, чтобы противостоять пружине, которая приводила бы лопасти от мелкого шага (взлет) до крупного шага (горизонтальный крейсерский режим). При подходящей воздушной скорости диск на передней части вертушки будет в достаточной степени давить на воздушный выпускной клапан баллона, чтобы сбросить давление и позволить пружине привести гребной винт в крупный шаг. Эти «пневматические» пропеллеры были установлены на самолет DH88 Comet , победитель знаменитой гонки Мак-Робертсона 1934 года на длинные дистанции и победитель национальных воздушных гонок Caudron C.460 1936 года , пилотируемый Мишелем Детройа  [ фр ]. Использование этих пневматических гребных винтов требовало предварительной настройки гребного винта на мелкий шаг перед взлетом. Это было сделано путем нагнетания давления в мочевой пузырь с помощью велосипедного насоса, отсюда и по сей день причудливое прозвище Gonfleurs d'hélices (проп-надувные мальчики), которым пользуются авиамеханики во Франции. [8]

Обычный тип гребного винта регулируемого шага имеет гидравлический привод; Фрэнк У. Колдуэлл из подразделения Hamilton Standard Division компании United Aircraft Company первоначально разработал эту конструкцию, которая привела к присуждению Collier Trophy 1933 года. [9] De Havilland впоследствии выкупила права на производство винтов Hamilton в Великобритании, в то время как Rolls-Royce и Bristol Engines основали британскую компанию Rotol в 1937 году для производства собственных разработок. Французская компания Pierre Levasseur and Smith Engineering Co. в США также разработала гребные винты с регулируемым шагом. Wiley Post (1898-1935) использовал пропеллеры Смита в некоторых своих полетах.

Другой распространенный тип был первоначально разработан Уоллесом Тернбуллом и усовершенствован корпорацией Curtiss-Wright . [10] Этот механизм с электрическим приводом, впервые испытанный 6 июня 1927 года в Кэмп-Борден, Онтарио, Канада, получил патент в 1929 году ( патент США 1828348 ). Некоторые пилоты во время Второй мировой войны (1939-1945) поддерживали его, потому что даже когда двигатель больше не работал, винт можно было опереть . На гребных винтах с гидравлическим приводом флюгирование должно было произойти до потери гидравлического давления в двигателе.

По мере того как экспериментальные самолеты и легкие легкие стали более совершенными, это стало обычным явлением [ когда? ] для таких легких самолетов должны быть установлены воздушные винты с изменяемым шагом, как с земли, так и с изменяемым в полете воздушные винты. Гидравлическое управление слишком дорого и громоздко; вместо этого в легких самолетах используются пропеллеры, которые активируются механически или электрически.

Корабли [ править ]

Судовой винт изменяемого шага

Винт регулируемого шага (CPP) может быть эффективным для всего диапазона скоростей вращения и условий нагрузки, поскольку его шаг будет изменяться для поглощения максимальной мощности, которую двигатель способен производить. При полной загрузке судну потребуется больше силовой установки, чем в пустом. Изменяя лопасти гребного винта до оптимального шага, можно получить более высокий КПД, тем самым экономя топливо. Судно с VPP может быстрее ускоряться с места и замедляться гораздо эффективнее, что делает остановку более быстрой и безопасной. CPP может также улучшить маневренность судна, направляя более сильный поток воды на руль направления. [11]

Однако гребной винт с фиксированным изменяемым шагом (FVPP) дешевле и надежнее, чем CPP. Кроме того, FVPP обычно более эффективен, чем CPP для одной конкретной скорости вращения и условий нагрузки. Соответственно, суда, которые обычно работают со стандартной скоростью (например, большие балкеры, танкеры и контейнеровозы ), будут иметь FVPP, оптимизированную для этой скорости. В другом крайнем случае , канал narrowboat будет иметь FVPP по двум причинам: скорость ограничена до 4 миль в час (чтобы защитить банк канала), а потребности воздушного винта , чтобы быть устойчивым (при столкновении с водой препятствий).

Суда со средне- или высокоскоростными дизельными или бензиновыми двигателями используют редуктор для снижения выходной частоты вращения двигателя до оптимальной частоты вращения гребного винта, хотя большие низкооборотные дизели, чья крейсерская частота вращения находится в диапазоне от 80 до 120, обычно имеют прямой привод с прямым приводом. -реверсивные двигатели. В то время как судну, оборудованному FVPP, требуется либо реверсивный механизм, либо реверсивный двигатель для реверсирования, судну CPP может не потребоваться. На большом корабле CPP требуется гидравлическая система для управления положением лопастей. По сравнению с FPP, CPP более эффективен в обратном направлении, поскольку передние кромки лопастей остаются такими же и в обратном направлении, так что гидродинамическая форма поперечного сечения оптимальна для движения вперед и удовлетворительна для операций в обратном направлении.

В середине 1970-х на верфи Uljanik в Югославии было произведено четыре VLCC с CPP - танкер и три нефтеналивных судна, каждый из которых был оснащен двумя дизельными двигателями B&W мощностью 20000 л.с. Из-за высокой стоимости строительства ни одно из этих судов никогда не приносило прибыли за время эксплуатации. Для этих судов более подходящими были бы винты с фиксированным изменяемым шагом. [12]

Гребные винты регулируемого шага обычно используются на портовых или океанских буксирах, земснарядах , круизных лайнерах , паромах , грузовых судах и более крупных рыболовных судах. До разработки CPP на некоторых судах в зависимости от задачи чередовались гребные винты с «скоростным колесом» и «силовым колесом». [ необходима цитата ] Текущие конструкции VPP могут выдерживать максимальную мощность 44000 кВт (60 000 л.с.).

Парусные лодки [ править ]

Парусник или Motorsailer , когда на парус предприняли путешествие в одиночку выиграют от снижения лобового сопротивления, а так же , как авиационного пропеллера, морской VPP может быть «пернатых» , чтобы дать наименьшее сопротивление воды при плавании без использования энергии. VPP особенно полезен при моторном парусном спорте (т. Е. Плавании как с мотором, так и под парусом), так как VPP может быть увеличен для включения компонента ветра. Если бы винт оставался в «нормальном» режиме, он был бы слишком хорош, и двигатель не внесет полезного вклада; но за счет увеличения размера винта двигатель обеспечивает полезную тягу, в результате чего увеличивается скорость, но при этом снижается расход топлива из-за парусной составляющей. сопротивление.

См. Также [ править ]

  • Пропеллер с постоянной скоростью

Ссылки [ править ]

  1. ^ Lutze (5 мая 2011). «Горизонтальные летные характеристики» (PDF) . Департамент аэрокосмической и океанической инженерии, Технологический институт Вирджинии . п. 8. Архивировано из оригинального (PDF) 20 июля 2011 года . Проверено 6 января 2011 .
  2. ^ Пропеллеры в архив 2013-02-10 в Вайбак Machine Flight International 9 января 1909
  3. ^ Хаддоу, GW; Грош, Питер (1988). Немецкие гиганты - Немецкие R-Planes 1914-1918 (3-е изд.). Лондон: Putnam & Company Ltd., стр. 242–259. ISBN 0-85177-812-7.
  4. ^ "Пьер Левассер" . Полет. 17 ноября 1921 г. с. последний абзац на странице 761. Архивировано 3 ноября 2012 года . Проверено 9 сентября 2012 .
  5. ^ "Коробка передач самолета" . Полет. 14 августа 1941 г. с. 86. Архивировано 5 ноября 2012 года . Проверено 9 сентября 2012 .
  6. ^ "Глостер Хеле-Шоу Бичем Пропеллер переменного шага" . Полет. 11 октября 1928 г. С. 14–15. Архивировано 8 февраля 2015 года . Проверено 9 сентября 2012 .
  7. ^ " " Переключение передач "для самолетов с регулируемой опорой" , Popular Mechanics , Hearst Magazines, стр. 951, декабрь 1932 г. , получено 9 ноября 2020 г.
  8. ^ Decombeix, PM. "La Maison Ratier: les hélices Ratier métalliques". www.ratier.org . Архивировано 12 ноября 2017 года . Проверено 4 апреля 2018 года .
  9. ^ "Аэронавтика: Премия № 3" . Время . 4 июня 1934 года. Архивировано 4 ноября 2012 года . Проверено 9 сентября 2012 .
  10. ^ "Винт с переменным шагом Тернбулла" . Полет. 13 мая 1932 г. С. 419–420. Архивировано 6 марта 2016 года . Проверено 5 марта 2013 .
  11. ^ Кастен, Майкл. "Винты с регулируемым шагом" . www.kastenmarine.com . Архивировано 23 марта 2018 года . Проверено 4 апреля 2018 года .
  12. ^ "Винт регулируемого шага - Мой Первый JUGEM!" . Мой первый JUGEM! . Архивировано 14 июня 2018 года . Проверено 4 апреля 2018 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • 1941 год в разрезе, изображающий работу воздушного винта с регулируемым шагом на бомбардировщике B-24.
  • Современное обсуждение достоинств гребных винтов переменного шага в журнале Flight за 1935 г.
  • УПРАВЛЯЕМЫЕ БЕЗОПАСНЫЕ ВИНТЫ объяснены в полете 2 мая 1935 г. и 9 мая 1935 г.