Теория воздушного винта и резинового мотора
Как устроен винт и почему он тянетНа рис. 207 показан двухлопастной винт. Если его вращать, кап показано стрелкой, то лопасти будут перемещаться относительно воздуха. Винт, вращаясь, приводит в движение воздух, работает как вентилятор — гонит воздух вперед или назад, смотря по тому, в какую сторону его вращают.
Рис. 207. Работа элемента лопасти винта
Чтобы понять, как это происходит, разобьем мысленно лопасть на несколько элементов. Один из них на нашем рисунке очерчен жирными линиями, остальные намечены пунктиром. Такой элемент представляет собой маленькое крылышко, которое, когда мы вращаем винт на месте, движется со скоростью U и под некоторым углом атаки а (рис. 207) к направлению своего движения. При этом, как и на всякое крыло, на элемент лопасти будут действовать силы Р и Q,.
Сила Р — это сила тяги нашего элемента лопасти. Если сложить силы тяги, действующие на все элементы лопастей винта, то получим общую силу тяги винта Р.
Таким образом, можно сделать следующий вывод: чтобы винт давал силу тяги, его надо вращать и тем быстрее, чем большая тяга нам нужна.
Каким образом достигается это вращение? На рис. 207 видно, что каждый элемент лопасти встречает при своем вращении противодействие воздуха в виде сил 0* . Винт сам вращаться не может, а надо его вращать при помощи силы. И так как сила Q, тем больше, чем быстрее вращается винт, то и сила, а точнее, вращающий момент должен быть тем больше, чем больше оборотов мы хотим получить.
Необходимый вращающий момент у резиномоторной модели создается резиновым мотором.
Таким образом, вращая винт, мы получаем тягу, но должны при этом затрачивать какую-то энергию. У резиномоторной модели такой энергией будет энергия раскручивающегося резнномотора.
Как изменяется тяга винта
Надо заметить, что тяга вращающегося винта зависит от того, стоит винт или движется. Если винт движется вместе с моделью, то у него изменяется угол атаки. Это видно на рис. 208; здесь элемент лопасти движется по кругу со скоростью V и перемещается вместе с моделью вперед со скоростью V. Так как эти скорости направлены друг к другу под углом 90°, то их надо складывать по правилу параллелограмма. Сложив эти скорости, получим полную скорость W; угол между ней и хордой и будет углом атаки.
Сила Р — это сила тяги нашего элемента лопасти. Если сложить силы тяги, действующие на все элементы лопастей винта, то получим общую силу тяги винта Р.
Таким образом, можно сделать следующий вывод: чтобы винт давал силу тяги, его надо вращать и тем быстрее, чем большая тяга нам нужна.
Каким образом достигается это вращение? На рис. 207 видно, что каждый элемент лопасти встречает при своем вращении противодействие воздуха в виде сил 0* . Винт сам вращаться не может, а надо его вращать при помощи силы. И так как сила Q, тем больше, чем быстрее вращается винт, то и сила, а точнее, вращающий момент должен быть тем больше, чем больше оборотов мы хотим получить.
Необходимый вращающий момент у резиномоторной модели создается резиновым мотором.
Таким образом, вращая винт, мы получаем тягу, но должны при этом затрачивать какую-то энергию. У резиномоторной модели такой энергией будет энергия раскручивающегося резнномотора.
Как изменяется тяга винта
Надо заметить, что тяга вращающегося винта зависит от того, стоит винт или движется. Если винт движется вместе с моделью, то у него изменяется угол атаки. Это видно на рис. 208; здесь элемент лопасти движется по кругу со скоростью V и перемещается вместе с моделью вперед со скоростью V. Так как эти скорости направлены друг к другу под углом 90°, то их надо складывать по правилу параллелограмма. Сложив эти скорости, получим полную скорость W; угол между ней и хордой и будет углом атаки.
Рис. 208. Влияние движения на величину силы тяги
Из рис. 208 видно, что чем больше скорость полета модели V, тем меньше будет при одной и той же окружной скорости угол атаки , а это приводит к уменьшению силы тяги винта Р.
Как работает резиномотор, какой момент он может развить и т. д.? Чтобы разобраться в этом, рассмотрим элементарную теорию резиномотора. Поскольку в дальнейшем будет показано, что и при закручивании резиномотора мы растягиваем отдельные его нити, то прежде всего рассмотрим характеристики растягиваемой резины.
Характеристики резины при растяжении
Возьмем полоску резины любого сечения длиной в 50 мм. Закрепив эту полоску (рис. 209) одним концом в кронштейне А, даем ей свободно висеть. При этом конец Б полоски окажется против какого-то деления шкалы линейки (деления s мм), показав тем самым, какую длину имеет резина в свободном состоянии. Обозначим эту длину буквой L.
Из рис. 208 видно, что чем больше скорость полета модели V, тем меньше будет при одной и той же окружной скорости угол атаки , а это приводит к уменьшению силы тяги винта Р.
Как работает резиномотор, какой момент он может развить и т. д.? Чтобы разобраться в этом, рассмотрим элементарную теорию резиномотора. Поскольку в дальнейшем будет показано, что и при закручивании резиномотора мы растягиваем отдельные его нити, то прежде всего рассмотрим характеристики растягиваемой резины.
Характеристики резины при растяжении
Возьмем полоску резины любого сечения длиной в 50 мм. Закрепив эту полоску (рис. 209) одним концом в кронштейне А, даем ей свободно висеть. При этом конец Б полоски окажется против какого-то деления шкалы линейки (деления s мм), показав тем самым, какую длину имеет резина в свободном состоянии. Обозначим эту длину буквой L.
Если теперь к резине привесить грузик, то длина ее изменится, увеличившись на какую-то величину Л, которую назовем приращением длины.
Если теперь разделить приращение длины на первоначальную длину, то получим так называемое относительное удлинение. Таким образом,
Если мы последовательно будем увеличивать нагрузку, то длина резиновой полоски будет увеличиваться все больше и больше, пока при каком-то грузе резина не разорвется. Интересно заметить, что непосредственно перед разрывом резина почти перестает вытягиваться. Какова же причина этого явления?
Рассматривая резину в микроскоп, можно убедиться, что она состоит из волокон, спутанных между собой; начиная растягивать резину, мы заставляем волокна выпрямляться, причем длина полоски растет довольно сильно по мере увеличения нагрузки. Наступит, наконец, такой момент, когда все волокна выпрямятся (насколько позволяло им строение вещества резины) и резина почти перестанет вытягиваться. Продолжая увеличивать нагрузку, мы будем разрывать отдельные, более напряженные (или слабые) волокна, за счет чего длина и будет очень медленно расти, пока, наконец, не перервутся сразу все остальные волокна.
Полоска резины может увеличивать свою длину довольно сильно: в 9—10 и более раз, причем различные сорта резины натягиваются по-разному.
Но относительное удлинение само по себе мало говорит о свойствах резины. Одна и та же полоска при разных грузах растягивается по-разному, а полоски равного сечения растягиваются одинаково только в том случае, если грузы одинаковы.
Рассматривая резину в микроскоп, можно убедиться, что она состоит из волокон, спутанных между собой; начиная растягивать резину, мы заставляем волокна выпрямляться, причем длина полоски растет довольно сильно по мере увеличения нагрузки. Наступит, наконец, такой момент, когда все волокна выпрямятся (насколько позволяло им строение вещества резины) и резина почти перестанет вытягиваться. Продолжая увеличивать нагрузку, мы будем разрывать отдельные, более напряженные (или слабые) волокна, за счет чего длина и будет очень медленно расти, пока, наконец, не перервутся сразу все остальные волокна.
Полоска резины может увеличивать свою длину довольно сильно: в 9—10 и более раз, причем различные сорта резины натягиваются по-разному.
Но относительное удлинение само по себе мало говорит о свойствах резины. Одна и та же полоска при разных грузах растягивается по-разному, а полоски равного сечения растягиваются одинаково только в том случае, если грузы одинаковы.
Удлинение в этом случае будет обязательно равно 3, так как сорт резины тот же и напряжения одинаковы.
Попробуем построить характеристику нашей резины. Предположим, что в результате испытаний какой-то резины мы подучили следующие данные:
По этим данным нетрудно построить график, показанный на рис. 210. Почему же получаются две различные кривые вместо ожидаемой одной?
При растяжении резины мы прикладываем определенные усилия и получаем соответствующие удлинения, в результате у нас получается первая (сплошная) кривая. Если мы не дадим резине разорваться, а, прекратив растяжение и уменьшая нагрузку, дадим возможность резине сокращаться, то заметим любопытное обстоятельство: для того чтобы уменьшить относительное удлинение до четырех, надо будет довести напряжение до 7 кг/см2, в то время как для получения такого же относительного удлинения при растяжении приходилось доводить напряжение до 13 кг/см2.
Чем же это объясняется?
При сокращении каждое волокно стремится вновь вернуться в прежнее свое состояние, но ему мешают сделать это другие, примыкающие к нему волокна. Взаимное трение волокон приводит к тому, что сокращение задерживается за счет внутренних сил трения, которые, как мы уже знаем, равны 6 кг/см2 (13 — 7 = 6 кг/см2). Если1 подождать некоторое время, то резина еще немного сократится.
Освободив резину совсем от нагрузки, мы получим длину большую, чем в начале испытания, причем это остаточное (или остающееся) удлинение может доходить для некоторых сортов резины до 13—15%. Если же дать резине «отдохнуть», то остаточные удлинения немного уменьшаются.
Работа резины в скручиваемом мотке
Составим резиномотор из нескольких отдельных нитей (полос) Если такой резиномотор закручивать, то, несмотря на остающееся постоянным расстояние между крючками (рис. 211), резина вытягивается, так как отдельные резинки навиваются спиралью; резина натягивается тем сильнее, чем больше число оборотов, на которое закручен резилсмотор. Можно закрутить резиномотор так, что он лопнет; это произойдет тогда, когда резиновые полосы, из которых состоит резино-мотор, вытянутся в предельное для этого сорта резины число раз. Интересно, что в резиномоторе, кроме внутреннего трения между волокнами, существует довольно сильное трение и между полосами; поэтому нельзя практически получить того числа оборотов, которое должно было бы получиться по расчетам. Вот, например, формула, которой пользуется при расчетах резиномотора Г. В. Миклашевский:
Рис. 211. Работа резины в скручиваемом мотке
Эта формула достаточно точна.
Обычно резиномоторы смазывают глицерином для уменьшения трения между полосками (что повышает и долговечность мотора); если же резиномотор не смазывать, результаты несомненно будут другие.
Так как резина при раскручивании передает свою энергию винту, то мерой для сравнения резиномоторов является ирутящий момент, создаваемый резиной. Винт при вращении должен (при посредстве силы, передаваемой рез ином отором) преодолеть момент сил сопротивления винта (рис. 212). Каждому, «то закручивал винт модели пальцем, знакомо все увеличивающееся давление на палец по мере увеличения завода резиномотора. Нетрудно догадаться, что крутящий момент резиномотора после того, как модель ушла в воздух, уменьшается по мере раскручивания резимомотора, вследствие чего падает и число оборотов винта, вначале достигающее 1500 и более оборотов а минуту.
Рис. 212. Работа резиномотора на модели
В зависимости от того, какой диаметр имеет винт, резино-мотор раскручивается медленно или быстро. При вращении винта момент сил сопротивления вращению должен равняться крутящему моменту резиномотора. Из этого следует, что маленький винт должен (при одном и том же резиномоторе) вращаться быстрее, так как плечо сил сопротивления у него меньше, а потому и крутящий момент при одинаковом числе оборотов меньше, чем' у несколько большего винта.
Из сказанного о резиномоторе ясно, что чем сильнее его закручивать, т. е. чем больше будет его завод, тем больший крутящий момент он развивает и тем быстрее будет вращаться винт.
Именно поэтому и получается, что в начале полета, когда резиномотор закручен сильно, винт вращается с большой скоростью (с большим числом оборотов в секунду). А так как при вращении винт отталкивает воздух, то, действуя через винт на модель, воздух старается повернуть модель в обратную вращению винта сторону. Это явление называется реакцией винта. Реакция в начале полета (при сильно закрученном моторе) самая большая. Поэтому модель, взлетая, кренится и описывает кривую линию, иногда очень крутую.
Особое внимание надо обратить на то, что закрученный резиномотор не только скручивает фюзеляж, но и сжимает его с довольно большой силой. Это и заставляет делать фюзеляжи резиномоторных моделей более жесткими и прочными, чем фюзеляжи моделей планеров.
В зависимости от того, какой диаметр имеет винт, резино-мотор раскручивается медленно или быстро. При вращении винта момент сил сопротивления вращению должен равняться крутящему моменту резиномотора. Из этого следует, что маленький винт должен (при одном и том же резиномоторе) вращаться быстрее, так как плечо сил сопротивления у него меньше, а потому и крутящий момент при одинаковом числе оборотов меньше, чем' у несколько большего винта.
Из сказанного о резиномоторе ясно, что чем сильнее его закручивать, т. е. чем больше будет его завод, тем больший крутящий момент он развивает и тем быстрее будет вращаться винт.
Именно поэтому и получается, что в начале полета, когда резиномотор закручен сильно, винт вращается с большой скоростью (с большим числом оборотов в секунду). А так как при вращении винт отталкивает воздух, то, действуя через винт на модель, воздух старается повернуть модель в обратную вращению винта сторону. Это явление называется реакцией винта. Реакция в начале полета (при сильно закрученном моторе) самая большая. Поэтому модель, взлетая, кренится и описывает кривую линию, иногда очень крутую.
Особое внимание надо обратить на то, что закрученный резиномотор не только скручивает фюзеляж, но и сжимает его с довольно большой силой. Это и заставляет делать фюзеляжи резиномоторных моделей более жесткими и прочными, чем фюзеляжи моделей планеров.
Зачем разбавлять краску водой видео
Комментариев нет:
Отправить комментарий