ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ

ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ, пропеллер, движитель, в к-ром радиально расположенные профилированные лопасти, вращаясь, отбрасывают воздух и тем самым создают силу тяги. В. в. состоит из втулки, расположенной на валу двигателя, и лопастей, имеющих вдоль размаха различные профили в поперечном сечении и переменный угол наклона профиля к плоскости вращения - крутку. В полете вследствие сложения постулат, скорости, линейной скорости вращения и вызванной работой винта дополнит, скорости потока воздух набегает на каждое элементарное сечение лопасти (рис. 1) под нек-рым углом атаки. При этом возникающая от всех сечений всех лопастей суммарная аэродинамич. сила образует силу тяги В. в. и силу сопротивления его вращению. В зависимости от величины потребляемой мощности применяются В. в. с различным числом лопастей - двух-, трёх- и четырёхлопастные, а также соосные винты (рис. 2), вращающиеся в противоположных направлениях для уменьшения потерь мощности на закручивание отбрасываемой струи воздуха. Первые В. в. имели фиксированный в полёте шаг, определяемый постоянным углом установки лопасти на условном радиусе, обычно равном 0,75 максимального. Для сохранения достаточно высокого кпд во всём диапазоне скоростей полёта и мощностей двигателя, а также для получения наименьшего лобового сопротивления В. в. при вынужденной остановке двигателя в полёте (флюгерный режим) или отрицат. тяги с целью торможения движения самолёта при посадке (реверсивный режим) стали применять В. в. изменяемого в полёте шага (ВИШ). В таких винтах лопасти поворачиваются во втулке относительно продольной оси механич., гидравлич. или электрич. механизмом, управляемым центробежным регулятором, к-рый поддерживает постоянным заданное число оборотов. Для увеличения тяги и кпд при малой постулат, скорости и большой мощности В. в. помещают в профилированное кольцо, в к-ром скорость струи в плоскости вращения больше, чем у изолированного винта, и само кольцо вследствие циркуляции скорости создаёт дополнит, тягу. Для этой же цели профилю сечения лопасти В. в. придают большую кривизну. Диаметр В. в. достигает 6-7 м. Лопасти В. в. изготавливают из дерева, дуралюмина, стали и композиционных материалов. При скоростях полёта 600-800 км/ч кпд В. в. достигает соответственно 0,9-0,8. При больших скоростях под влиянием сжимаемости воздуха кпд падает. Осн. способом снижения потерь мощности от сжимаемости воздуха является применение тонких профилей малой кривизны.

Рис. 1. Профиль лопасти воздушного винта (с векторами скоростей и сил): а - угол атаки; ф - угол установки; V - поступательная скорость винта; w_r - окружная скорость элемента лопасти; w - вызванная винтом дополнительная скорость потока у элемента лопасти; ДК - аэродинамическая сила, ДР - сила тяги и ДО - сила сопротивления вращению элемента лопасти; пунктиром показана хорда профиля.

Рис. 2. Соосный воздушный винт.

Идею В. в. предложил в 1475 Леонардо да Винчи, а применил его для создания тяги впервые в 1754 М. В. Ломоносов в модели прибора для метеорологич. исследований. К сер. 19 в. на пароходах применялись гребные винты, работающие аналогично В. в. В 20 в. В. в. стали применять на дирижаблях, самолётах, вертолётах, аэросанях, аппаратах на возд. подушке и др. Методы аэродинамич. расчёта и проектирования В. в. основаны на обширных теоретич. и эксперимент, исследованиях. В 1892-1910 рус. инженер-исследователь и изобретатель С. К. Джевецкий разработал теорию изолированного элемента лопасти, а в 1910- 1911 рус. учёные Б. Н. Юрьев и Г. X. Сабинин развили эту теорию. В 1912-15 Н. Е. Жуковский создал вихревую теорию, дающую наглядное физич. представление о работе винта и др. лопаточных устройств и устанавливающую математич. связь между силами, скоростями и геометрич. параметрами в такого рода устройствах. Значит, роль в дальнейшем развитии этой теории, её инж. приложений и исследованиях прочности В. в. принадлежит В. П. Ветчинкину и др. Теория оптимального винта с конечным числом лопастей впервые была создана нем. учёным А. Бецем (1919) и англ, учёным С. Гольдштейном (1929) и получала дальнейшее развитие в трудах сов. учёных. В 1956 сов. учёным Г. И. Майкопаром вихревая теория В. в. была распространена на несущий винт вертолёта.

Лит.: Жуковский Н. Е., Поли. собр. соч., т. 6, М.- Л., 1937: Ветчинк и н В. П., Поляков Н. Н., Теория и расчёт воздушного гребного винта, М., 1940; Майкопар Г. И., Лепилкин А. М.. Халезов Д. В., Аэродинамический расчёт винтов по лопастной теории, "Тр. Центр, аэрогидродинамического ин-та", 1940, в. 529; Александров В. Л.. Воздушные винты, М., 1951; Исследования воздушных винтов, М., 1969 (Материалы к истории ЦАГИ).

Б. П. Бляхман.