Системы управления воздушным винтом

Современные ТВД имеют воздушные винты с изменяемым углом установки лопастей во втулке, т.е. винты изменяемого шага (ВИШ). Изменением шага улучшается использование воздушного винта на режимах полета, отличающихся от расчетного. Для этого заданную частоту вращения воздушного винта поддерживают постоянной во всем эксплуатационном диапазоне скоростей и высот полета с помощью регулятора, управляющего положением лопастей. Поворот лопастей осуществляется посредством сервомотора, создающего необходимое перестановочное усилие. Если при данной мощности двигателя обороты увеличиваются по сравнению с заданными, регулятор приводит в действие сервомотор, который переводит лопасти на больший угол установки до восстановления заданных оборотов. И наоборот, в случае уменьшения оборотов регулятор облегчает воздушный винт.

Кроме основного назначения, поворот лопастей обеспечивает:

1) при запуске двигателя переводом лопастей на минимальный угол установки (0 – 2⁰), - уменьшение потребной мощности стартера;

2) при отказе или выключении двигателя в полете переводом лопастей во флюгерное положение (φ = 90⁰),- уменьшение аэродинамического сопротивления воздушного винта;

3) переводом лопастей на малые положительные или отрицательные углы установки, при которых возникает отрицательная тяга воздушного винта,- уменьшение длины пробега после посадки.

Втулка воздушного винта служит для крепления лопастей, размещения механизма поворота и дополнительных устройств, повышающих надежность и безопасность работы винта.

Для ограничения величины отрицательной тяги винта в полете и повышения надежности и безопасности его работы применяют фиксаторы шага воздушного винта, упор минимального угла установки лопастей, ограничитель степени дросселирования двигателя в полете и системы флюгирования воздушного винта.

Фиксаторы шага винта автоматически фиксируют положение лопастей, не допуская его изменения в случае появления неисправностей в регуляторе оборотов или в гидравлической системе управления воздушным винтом. Во втулках ВИШ устанавливают гидравлический, механический и центробежный фиксаторы шага.

Гидравлический фиксатор шага (ГФШ) фиксирует шаг лопастей в случае падения давления масла в системе управления (отказ в работе маслонасоса регулятора оборотов или разрыв магистрали). ГФШ фиксирует лопасти на том угле установки, при котором произошел отказ, тем самым предотвращая переход лопастей на упор минимального угла установки под действием моментов от центробежных и аэродинамических сил лопастей.

Механический фиксатор шага (МФШ) фиксирует шаг винта в случае полной разгерметизации цилиндра механизма поворота, т.е. при отсутствии масла в системе. Он не допускает также сползания поршня, находящегося на гидравлическом упоре, вследствие утечек масла из цилиндра на минимальный угол установки, при котором возникает чрезмерная отрицательная тяга.

Центробежный фиксатор шага (ЦФШ) предохраняет винт от раскрутки в случае отказа регулятора оборотов (зависания золотника регулятора в положении, вызывающем работу сервомотора на уменьшение угла установки).

Упор полетного минимального угла установки лопастей. Угол установки лопастей φ₀, при котором достигается угол атаки α₀ нулевой тяги винта, зависит от скорости полета V и оборотов винта. Чем больше V, тем больше φ₀. Чтобы не усложнять конструкцию втулки винта, применяют фиксированный упор полетного минимального угла установки лопастей φ_min.п = 25-26⁰. Он обеспечивает отсутствие отрицательной тяги до скорости V₂. Упор полетного минимального угла установки лопастей называют еще промежуточным или проходным, так как он не мешает лопастям увеличивать угол установки и препятствует уменьшению этого угла ниже φ_min.п.

Ограничитель степени дросселирования ТВД в полете не допускает полной уборки газа в полете и такого снижения подачи топлива, при котором возникает большая отрицательная тяга. Обычно он выполняется в виде проходной защелки на пульте рычага управления двигателем. Если положение защелки не автоматизировано по Тн, пилот перед посадкой узнает у руководителя полетов температуру Тн в районе посадки и устанавливает РУД в соответствующее положение.

Системы флюгирования воздушного винта. Все перечисленные выше способы ограничения отрицательной тяги не исключают возможности возникновения чрезмерно высокой отрицательной тяги, особенно в случае отказа двигателя при взлете самолета и при полете с большой скоростью. Поэтому лопасти винта, работающего с большой отрицательной тягой, необходимо поставить во флюгерное положение, когда винт не вращается или вращается с малыми оборотами и его лопасти создают наименьшее сопротивление полету самолета. В случае отказа двигателя на взлете, когда обороты ротора двигателя быстро уменьшаются, это необходимо сделать немедленно.

Система флюгирования воздушного винта обеспечивает ручное и автоматическое флюгирование. Автоматическое флюгирование лопастей подразделяется на взлетное автофлюгирование, всережимное автофлюгирование и автоматическое флюгирование при раскрутке ротора двигателя.

Взлетное автофлюгирование выполняется по команде от ИКМ в случае падения крутящего момента при работе на режимах от 0,7 номинального и выше до взлетного режима включительно. Система взлетного автофлюгирования включается только при определенных условиях:

1) если уменьшение крутящего момента (отказ двигателя) произошло при работе двигателя на взлетном или близком к нему режиме; 2) если РУД находится в положении, близком к взлетному. Соответствующие блокировки исключают срабатывание системы в случаях, когда формируется ложный сигнал о падении мощности; при приемистости (РУД переставляется вперед, а командное давление масла еще мало), при уборке РУД в полете, при случайном перемещении РУД вперед на земле.

Всережимное автофлюгирование винта выполняется по команде от измерителя отрицательной тяги при появлении чрезмерной отрицательной тяги на всех режимах от полетного малого газа до взлетного (кроме режима земного малого газа). На режиме земного малого газа отрицательная тяга используется для уменьшения пробега самолета, поэтому вводится соответствующая блокировка. В полете РУД не может быть поставлен в положение, соответствующее земному малому газу, так как имеется проходной упор на колонке РУД.

Автоматическое флюгирование лопастей винта по команде от датчика оборотов производится при раскрутке ротора двигателя до предельно допустимых оборотов. Команду получает реле ввода лопастей во флюгерное положение.

Винтовентиляторы

Винтовентилятором (ВВ) называют высоконапорный воздушный винт, специально спрофилированный для эффективной работы при больших дозвуковых скоростях полета. Винтовентилятор занимает промежуточное положение между винтом ТВД и вентилятором ТРДД по диаметру, степени повышения давления и частоте вращения. Соответственно и ТВВД занимает промежуточное место между ТВД и ТРДД, в том числе по степени двухконтурности.

Конструктивно винтовентилятор (рис.51) представляет собой многолопастной воздушный винт малого диаметра с загнутыми концами лопастей. Увеличенное по сравнению с ТВД число лопастей позволяет снизить нагрузку на каждую лопасть, а наличие «саблевидности» в совокупности с использованием тонких аэродинамических профилей существенно повышает крутящий момент в каждом сечении лопасти и минимизирует потери, связанные со сжимаемостью потока.

Рис. 51. Винтовентилятор

в) г)

Рис. 52. Схемы ТВВД:

а) с открытым ВВ; б) с закапотированным ВВ; в) с тянущим ВВ; г) с толкающим ВВ; 1- винтовентилятор; 2 – редуктор; 3 – турбокомпрессор;

4 – кольцевой обтекатель

Такой движитель однорядной или соосной схемы (когда на одном валу находятся два ВВ с противоположным направлением вращения), открытый (рис.52-а) или закапотированный кольцевым обтекателем (рис.52-б), приводится во вращение турбокомпрессо­ром через редуктор.

Разработанные ТВВД со сверхвысокой степенью двухконтурности (до 90 для открытого винтовентилятора и до 40 для закапотированного) обеспечивают высокий КПД при больших дозвуковых скоростях полета (850-900 км/ч), что позволяет существенно снизить удельный расход топлива (на 20% ниже по сравнению с ТРДД).

Тема 9. Силовые установки