Тема 8. Воздушные винты авиационных моделей

Цель. Рассчитать и изготовить воздушные винты для кордовых моделей.

Методические рекомендации. На первом занятии руководитель объясняет принцип работы воздушного винта и предлагает кружковцам простейший способ его расчета для кордовой учебно-тренировочной модели с двигателями МАРЗ-2,5. На втором занятии учащиеся изготовляют воздушные винты для кордовых моделей, построенных ранее.

Расчет воздушного винта. Чтобы обеспечить поступательное движение модели самолета, необходимо приложить к ней силу тяги. Ее создает воздушный винт, приводимый во вращение авиамодельным двигателем. Лопасти винта, вращаясь, отбрасывают поток воздуха назад - в сторону, противоположную направлению полета. Чем больше масса и скорость воздушного потока, отбрасываемого винтом, тем больше сила тяги винта.

Воздушные винты имеют различные геометрические характеристики. Важнейшими из них являются диаметр и шаг винта.

Диаметр винта D_в - это диаметр окружности, описываемой при вращении концами лопастей. Теоретический шаг винта H - это расстояние, проходимое элементом лопасти в направлении полета за 1 оборот винта, движущегося поступательно с определенной скоростью; при этом предполагается, что винт вращается в неподатливой (твердой) среде (рис. 41). Но так как винт вращается в воздухе, частицы которого проскальзывают по поверхности винта, та за 1 оборот он проходит меньшее расстояние. Фактически пройденное расстояние называется действительным шагом или поступью винта, а разница между теоретическим (расчетным) шагом и действительным - скольжением. Действительный шаг винта можно вычислить по формуле H = v/n, где v - скорость модели, м/с; n - частота вращения, с^-1.

Рис. 41. Развертка винтовой линии: А - окружность, описываемая лопастью винта; А₁ - ее развертка на плоскости; Б - винтовая линия лопасти; Б₁ - ее развертка на плоскости: Н - теоретический шаг винта

Для сравнения различных винтов введено понятие относительного шага: h = H/D_в, у кордовых пилотажных моделей относительный шаг воздушных винтов равен (0,4-0,6)D_в. Для получения полной мощности двигателя модели нужно правильно подобрать размеры винта - диаметр, шаг, ширину лопасти.

Рассмотрим упрощенный способ расчета воздушного винта для кордовой тренировочной модели с двигателем МАРЗ-2,5: скорость полета 80 км/ч (22 м/с), частота вращения винта 10000 об/мин (166 с^-1).

За 1 оборот винт пройдет расстояние H = v/n = (22/166) м = -0,13 м, т. е. шаг винта H = 130 мм.

Как показала практика, диаметр винта следует выбирать в пределах 210-220 мм, а ширину лопасти 8-12% от его диаметра. При диаметре 210 мм ширина лопасти составит 24 мм.

На миллиметровой бумаге проводят осевую линию и вычерчивают вид лопасти спереди (рис. 42); затем делят длину лопасти на несколько отрезков (например, 0,3; 0,45; 0,6; 0,75 и 0,9) и проводят перпендикуляры к осевой линии. Чем больше точек сечения лопасти, тем точнее будет выполнен винт. Параллельно осевой линии наносят еще одну линию для построения вида сбоку и делят ее на столько же сечений. От центра винта вверх откладывают размер В, найденный по формуле В = Н/2π = (130/6,28) мм = 20,7 мм.

Рис. 42. Построение шаблонов винта: а - вид сбоку; б - вид спереди

Из полученной точки проводят наклонные линии, пересекающие точки сечения лопасти, а на них измерителем переносят с вида спереди ширину соответствующих сечений лопасти. Соединяя точки, получают вид лопасти воздушного винта сбоку.

Изготовление воздушного винта. Шаблоны лопасти винта вырезают из тонкой фанеры или целлулоида. Для изготовления воздушного винта кордовой модели рекомендуется использовать заготовки из березы или бука.

На верхней стороне бруска отмечают центр и через него проводят осевую линию. Наложив верхний шаблон лопасти, обводят его по контуру остро отточенным карандашом. Ножом, а затем напильником обрабатывают брусок по намеченному контуру. Накладывают на заготовку шаблон вида сбоку, обводят его и обрабатывают по контуру ножом и напильником.

Рабочую (нижнюю) поверхность лопасти делают слегка вогнутой; вогнутость контролируют линейкой. Верхняя поверхность (спинка) должна быть выпуклой.

Во время окончательной обработки проверяют балансировку лопастей, надев винт на тонкую проволоку. Уравновешенный винт занимает горизонтальное положение, у неуравновешенного более тяжелая лопасть оказывается внизу. Винт зачищают шлифовальной шкуркой и покрывают тремя слоями нитролака.