Как сделать соосные винты

Обновлено: 08.07.2024

VMAX с соосными винтами!

Видел сегодня катерок, самодельный японский, пластиковый. Переделывается из стационара на валу под подвесник. Но это не важно. На торце уже висит "Яма" VMAX150 OX66 с соосными стальными винтами. С хозяином поговорить не удалось, а жаль, так как такой мотор я видел впервые.
У меня вопрос - чего хорошего в такой схеме? Сразу предвижу основные недостатоки (вероятные, чисто догадываюсь) - малый ресурс, уязвимость и дороговизна редуктора. А какие преимущества? Тяга больше? Скорость? Экономичность.
Кто пользовал, или слышал от знакомых о такого рода движителях, поделитесь пожалуйста информацией!

Тяговое усилие, развиваемое любым винтом, зависит от его диаметра, скорости вращения, угла атаки лопастей по отношению к плоскости вращения и от профиля поперечного сечения лопасти, создающего подъемную силу. Вот пример.

Поместим в воздушный поток иод некоторым углом атаки плоскую пластинку (рис. 1А). Набегающий поток давит на ее нижнюю поверхность с силой Р1. Одновременно на верхней поверхности из-за несимметричности обтекания воздушный поток завихряется, возникает разрежение, создающее силу Р2. Эти силы направлены в одну сторону, действуют перпендикулярно плоскости пластины и приложены в ее геометрическом центре. Они могут быть заменены одной — равнодействующей силой Р. Если же последнюю разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие, то получим соответственно подъемную силу Т (или тягу) и силу сопротивления воздуха X.

Величина интересующей нас силы Т зависит от угла атаки и скорости, с которой пластина движется в потоке.

Если рассматривать соотношение сил Т и X в зависимости от угла атаки при постоянной скорости, то окажется, что сопротивление постепенно увеличивается и достигает максимума при вертикальном положении пластины. Сила же тяги сначала растет (до наивыгоднейшего для данной скорости движения угла атаки), а затем резко уменьшается. Следовательно, для каждой скорости может быть только одни наивыгоднейший угол атаки.

Рис. 1. Силы, действующие на прямую пластинку и аэродинамический профиль при движении в воздушном потоке:

V — скорость набегающего потока, X — сила сопротивления воздуха, а — угол атаки, Р1 — сила давления, Р2 — сила разрежения, Р — равнодействующая, Т — сила тяги, нлн подъемная сила, I₂ — длина верхней части профиля, I₁ — длина нижней части.

Рис. 2. Типы воздушных винтов:

А — деревянный блочный, Б — металлический блочный, В — винт с установкой лопастей на месте с контровочной гайкой, Г — винт с разрезной втулкой и стяжными хомутами.

1 — втулка, 2 — лопасть, 3 — контргайка, 4 — стяжной хомут, 5 — болт с гайкой.

Рис. 3. Схема воздушного винта изменяемого шага с механическим управлением:

1 — промежуточная качалка, 2 — ось, 3 — скользящая муфта, 4 — тяга управления, 5 — рычаг лопасти, 6 — гайка крепления втулки, 7 — втулка винта, 8 — противовес, 9 — лопасть, 10 — шарнир тяги, 11 — приводной вал, 12 — рычаг управления изменением шага винта в кабине водителя, 13 — фиксатор рычага управления, 14 — зубчатый сектор, 15 — тяга.

А — ход муфты, Б — ход рычагов лопасти, В — ход промежуточной качалки, Г — ручка в положении малого шага, Д — ручка в положении большого шага, Е — ручка в положении реверса.

Если пластина не плоская, а выполнена в виде аэродинамического профиля (см. рис. 1Б), то в зависимости от его формы величина подъемной силы при прочих равных условиях значительно возрастает. Аэродинамический профиль более выгоден, чем прямая пластина. Скорость обтекания его верхнего и нижнего обводов различны, а следовательно, неоднозначно и давление. Поэтому такой профиль даже при нулевом угле атаки создает подъемную силу. В то же время сопротивление его меньше, чем у прямой пластины такой I толщины.

Важным параметром, определяющие назначение воздушного винта, является величина его шага (Н). Шаг определяется по углу атаки поперечного сечения лопасти, расположенного на 0,75 радиуса винта. Выражается Н расстоянием, которое проходит винт за один полный оборот. Винт образно можна сравнить с гайкой, наворачиваемой на болт. Расстояние, которое гайка проходит по резьбе за один полный оборот есть шаг. Он определяется по формуле:

где: R — радиус винта, α — угол атаки (установки) профиля.

Но болт и гайка — твердые тела. Воздушный же винт вращается в сжимаемой среде, имеющей малую плотность. При этом он проскальзывает продвигается вперед на значительно меньшее расстояние, чем его расчетный шаг.

Чем больше нагрузка на винт, больше величина скольжения и больше фактический шаг винта. Фактический шаг определяет нагрузку на приводной двигатель и влияет на экономичность.

Применение винтов изменяемого шага позволяет получить наибольший коэффициент полезного действия (КПД), а следовательно, и наибольшую тягу. Правда, только на одном, соответствующем этому шагу, расчетном режиме. Конструкторы аэросаней чаще всего изготавливают воздушные винты блочными, выполненными из цельного или склеенного деревянного бруса (рис. 2). Подобный винт можно сделать и из металла.

На практике в зависимости от дорожных условий желательно варьировать величину шага. При движении с места надо получить максимальную тягу (шаг винта при этом должен быть малым), а с увеличением скорости шаг надо увеличивать.

На рисунке изображены винты с шагом, изменяемым на месте. Такие винты получили большое распространение на самодельных аэросанях. Они могут быть двух-, трех- и четырехлопастными. Втулка и лопасти делаются отдельно. Втулка из стали или дюралюминия снабжается посадочным конусом со шпоночной канавкой для установки на приводной вал двигателя и имеет гнезда под лопасти винта. Гнезда могут быть резьбовыми (рис. 2В) или с проточенными кольцевыми канавками, если втулка разъемная (рис. 2 Г). Число гнезд соответствует количеству лопастей. Лопасти изготавливаются из дерева, пластика с усиленной комлевой частью или из металла. Если они крепятся на резьбе, то комлевая часть заканчивается резьбовым хвостовиком.

Для точной установки лопастей на нужный угол атаки на их хвостовики наносят контрольные риски, а на торцевой части каждого гнезда во втулке по транспортиру градуируют шкалу углов в нужном для данного винта диапазоне, например: от 3°—5° до 25°—30°. При сборке все лопасти устанавливаются на одинаковый угол и контрятся гайками.

Имея такой винт, водитель может в зависимости от предполагаемого режима работы аэросаней заранее установить лопасти на нужный угол атаки.

В этой схеме винт имеет металлическую втулку с гнездами, в которые на шарикоподшипниках устанавливаются попасти. На комлевой части каждой лопасти есть рычаг, соединенный тягой со скользящей по приводному валу муфтой. При перемещении муфта поворачивает тяги лопасти, переводя их с большого шага на малый. Продвигаясь дальше, муфта может установить лопасти в положение реверса, то есть создать винтом обратную тягу для торможения саней.

Скользящая муфта перемещается по валу специальным рычагом из кабины водителя. Для фиксации рычага в нужном положении имеется зубчатый сектор. От рычага тягой или тросом усилие передается на промежуточную качалку, которая и передвигает скользящую муфту но приводному валу. Обычно управление изменением шага одностороннее — перевод лопастей возможен только в одну сторону: с большого шага на малый и в положение реверса. На большой шаг винт переходит сам под действием аэродинамических сил и моментов, создаваемых противовесами, установленными на комлевых частях лопастей.

Оригинально выполнен винт АВ-6 на двухместных аэросанях К-36 конструкции Н. И. Камова (рис. 4). Его лопасти поворачиваются траверсой, расположенной внутри вала редуктора. На комлевых частях лопастей вместо рычагов установлены штыри с надетыми на них сухарями, входящими в прорези траверсы.

Рис. 4. Воздушный винт АВ-6:

1 — корпус втулки винта, 2, 6 — болт, 3, 7 — контровочная шайба, 4 — гайка, 5 — крышка, 8 — траверса, 9 — упорное кольцо реверса, 10 — шпонка, 11 — шплинт, 12 — гайка, 13 — шайба, 14 — противовес, 15 — болт противовеса, 16 — лопасть, 17 — балансировочный груз, 18 — глухая шайба, 19 — крепежная разрезная шайба, 20 — уплотнительная манжета, 21 — сепаратор, 22 — шарики, 23 — сухарь, 24 — стакан лопасти, 25 — контровочная втулка, 26 — стопорное кольцо, 27 — винт натяга, 28 — пята, 29 — дно стакана, 30 — шпонка противовеса.

Рис. 5. Схема управления воздушного винта АВ-6:

АВ-6 — металлический, двухлопастный, толкающий, правого вращения (если смотреть в направлении движения) винт. Работает от двигателя МТ-8 мощностью 38—40 л. с. через редуктор. Частота вращения 2630 об/мин, Ø1600 мм.

По типу он — центробежно-механический, реверсивный, с фиксацией лопастей на прямой передаче 8°30′, на реверсе — 19° 30′, то есть рабочий диапазон их хода — 11°. Углы поворота лопастей замеряются на радиусе 600 мм.

Конструктивно винт состоит из стальной втулки и двух дюралюминиевых лопастей. Втулка устанавливается на фланец редуктора. Для крепления лопастей во втулке сделаны два гнезда, в которые вставлены специальные стаканы. Последние поворачиваются в сепараторах с шариками. Зазоры устраняются специальным винтом натяга. Лопасти поворачиваются траверсой, передвигающейся на шпонке внутри вала редуктора. На торцах лопастных стаканов эксцентрично расположены пальцы с надетыми на них сухарями, скользящими в прорезях траверсы.

Траверса передвигается в продольном направлении тягой, соединенной со скользящей муфтой, которая, в свои очередь, соединена тягой с рычагов управления (рис. 5). На выходящих иг втулки концах стаканов с лопастями установлены противовесы — центробежные грузы. Они располагаются под углом 20° ±1° и закреплены на шпонках.

Винт работает по прямой схеме: под действием центробежных моментов, создаваемых противовесами, лопасти автоматически устанавливаются на шаг необходимый для данного режима движения. Перевод лопастей в реверсное положение осуществляется принудительно специальным рычагом, расположенным в кабине водителя Выгодный КПД винта сохраняется во всем диапазон работ.

Отредактировано ANDREY (Окт. 30, 2019 18:29:30)

Р\упр.модель подводной лодки с соосными винтами.

Технические характеристики моей модели:
Длина модели: 1350 мм.
Ширина на миделе: 160 мм.
Масштаб модели: 1:66
Диаметр винтов: 87 мм и 77 мм.
Полная масса в погруженном состоянии: 22,5 кг.
Полная сухая масса модели: 19,5кг.
Чертеж корпуса подлодки масштабом 1:2,5

1. Редуктор, 2. Задвижка воздушная, 3. Поплавковый клапан, 4. Servo управления горизонтальными рулями (носовыми и кормовыми), 5. Приемник, 6. Два Servo: первое - для управления ходовым двигателем, второе - для управление компрессором (синхронно) и приводом задвижки, 7. Воздушная дренажная трубка, (она же антенна) 8. Крышка люка 9. Фланец люка 10. Тяга курсовых рулей, 11. Электродвигатель МУ-50, 12. Servo курсовых рулей 13. Компрессор, 14. Поплавковый клапан, 15. Балластная цистерна левого борта, 15а. Балластная цистерна правого борта, 16. Кингстон балластных цистерн, 17. Свинцовый балласт, 18. Аккумуляторная батарея, 19. Силовые шпангоуты, 20. Тяга кормовых рулей глубины, 21. Соединительная труба балластной цистерны с кингстоном (забора балласта), 22. Тройник водовода балластных цистерн, 23. Оргстекло.

Корпус
Корпус склеен слоями из стеклоткани с эпоксидной смолой. Форму для корпуса делал из плотного пенопласта. Было нанесено около 4-5 слоев стеклоткани. Далее корпус был распилен вдоль горизонтально и удалена пенопластовая форма. В получившийся две половинки вклеил элементы конструкции; в верхнюю часть фланец люка изготовленный из дюраля, (толщиной 4 мм, шириной 80 мм и длинной 700 мм), в нижнюю, два силовых шпангоута (фанера 10 мм), в носу и корме. Все вклеивал с помощью эпоксидной смолы. Затем изготовил собрал и установил все элементы кормовых рулей (горизонтальных и вертикальных) и носовых (горизонтальных). Также была вклеена направляющий тоннель линии вала (на этот момент конструктивный модуль (редуктор, двигатель дейдвуд) был готов, что позволило точно и окончательно собрать и вклеить тоннель. В изготовлении винто-рулевого механизма в основном использована латунь и бронза. А именно : кормовые рули, неподвижные части изготовлены из дюраля, толщиной 5 мм. Подвижные части рулей паянные из листовой латуни толщиной 0,5 мм. Сальники: тонкостенная трубка (от антенн) наружным диаметром 11 мм , втулки бронзовые, шайбы - фторопластовые, рычаги - листовая латунь толщиной 1 мм, П-образный шарнир-наконечник - бронза 5 х 5 х 20 мм, тяги - стальная проволока 3 мм. Носовые рули паянные из листовой латуни толщиной 0,5 мм. Склейку двух половин корпуса сделал следующим образом: изнутри корпус стянул (поперек линии разреза) алюминиевыми полосками (размером 20 х 40 мм их общее количество 12 шт.) при помощи болтов. Проклеил изнутри полосками стеклоткани (размером 20 х 200 мм 15-20 штук) внахлест по всей длине. Все манипуляции по сращиванию частей корпуса лодки делал через люк (фланец), он так же предназначен для технического обслуживания механизмов лодки.

Люк
Люк предназначен для технического обслуживания механизмов лодки. Крышка двухслойная, дюралевая толщиной 2мм, а средняя часть сделана из оргстекла, толщиной 6мм, слои склеены и свинчены латунными винтами М3. При закрывании люка дюралевая плоскость перекрывает всю поверхность фланца-люка кроме средней прозрачной части. Часть сделанная из оргстекла плотно заполняет все пространства отверстия люка, в итоге получается очень жесткая конструкция, которая увеличивает жесткость корпуса подлодки.

1. Корпус подлодки, 2. Дюралевая рама люка, 3. Оргстекло, 4. Винты стягивающие оргстекло и дюралевую раму, 5. Винты закрывания люка, 6. Фланец люка, 7. Герметик-прокладка.
Для герметизации, я использовал герметичную прокладку из авиационного 2-х компонентного герметика. После затвердевания, герметик становиться очень похож на обычную резиновую прокладку, только необходимой мне формой и размером.

1. Вал руля, 2. Латунная втулка, 3. Трубка, 4. Латунная стяжная гайка, 5. Рулевой рычаг, 6. Пайка, 7. Болт наконечника тяги, 8. Крепежный элемент (в виде план-шайбы), 9. Смазка и войлочные шайбы (D7xd3xh3mm).

Cхема линии валов.
1. Фланец крепления дедвудной трубы к редуктору, 2. Подшипник, 3. Вал малого гребного винта, 4. Полый вал большого винта, 5. Основная труба дейвуда, 6. Трубка для шприцевания смазкой, 7. Направляющая труба (тоннель) крепления линии вала, 8. Латунная втулка, 9. Фторопластовая втулка, 10. Винты, 11. Корпус подлодки.

Балластная система
Балластную систему по современной классификации можно причислить к вентилируемым балластным системам.

1. Левая и правая балластные цистерны, 2. Трубка воздушной вентиляции, 3. Корпус подлодки, 4. Соединительная труба балластных цистерн с кингстоном (забора балласта), 5. Поплавковый клапан, 6. Кингстон балластных цистерн, 7. Воздушная дренажная трубка, 8. Задвижка воздушная, 9. Компрессор.

Поплавковый клапан
Поплавковые клапана предназначены для предотвращения попадания воды в компрессор. Поплавковый клапан состоит из двух стаканов (выточенных из оргстекла), склеенных вместе, в нижнем стакане, вставлена трубка (штуцер), для присоединения шланга от балластной цистерны, а в верхнем стакане сверху в центре, установлена еще одна трубка (штуцер), на которую, с внутренней части одет резиновый колпачок от медицинской пипетки. Внутри стаканов находится поплавок, (пенопластовый шарик диаметром около 10мм). При достижении максимального уровня воды шарик упирается в резиновое горлышко пипетки и перекрывает доступ воды дальше, (этому способствует так-же и вакуум при работе компрессора). Попадания шарика точно в горлышко обеспечивает внутренняя форма верхнего стакана, которая сделана в виде конуса.

1. Пенопластовый шарик, 2. Резиновая манжета, 3. нижний штуцер, 4. верхний штуцер, 5. Корпус.

Задвижка
Задвижка\кран предназначена для более точной фиксации объема воды\воздуха в балластных резервуарах.

1. Ролик привода задвижки, 2. Корпус задвижки, 3. Конусовидная задвижка, 4. Уголок для крепления концевиков, 5. Servo задвижки, 6. Тросик привода задвижки, 7. Концевик, 8. Резиновый распорный вкладыш. 9. Уплотнительная пружина, 10. Толкатель для работы концевиков, 11. Прокладки из пенорезины на кулачке для “смягчающего люфта” при включении концевиков.

Электрическая схема
Электрическая схема всех электро-механических узлов и управления лодки.

Как видите, электрическая схема не имеет ни какой сложной электроники, кроме приемника и стандартных серво-машинок.

Ходовые винты
Винты сделаны четырех лопастными, размером 87 мм и 77 мм соответственно. Изготовлены винты по общепринятой технологии, с помощью пайки в кондукторе (материал – латунь листовая, толщиной 1,5мм – на лопасти; бронза - обтекатель).

Для более наглядности, привожу различные фотографий подлодки.

Заключение
Надеюсь, что этот обзор моей модели, даст начинающим общее представление как изготавливать радиоуправляемые модели подлодок самостоятельно из доступных и давно используемых в моделизме материалов и узлов. Это и было основной целью статьи. Конструктивные и технические решения многих узлов используются и по сей день в судомоделизме.
Поскольку модель была закончена почти 14 лет назад на момент написания статьи( сейчас прошло уже 26 лет ), естественно она сейчас отстает в своих возможностях от современных моделей подлодок напичканных всевозможной импортной электроникой позволяющей им более реалистично выглядеть на запусках, но для своего времени (и имеющейся на тот момент материальной базы, и уровне доступной информации), она выглядела достаточно современно и показала себя вполне работоспособной.
Также данная статья иллюстрирует, что можно построить радиоуправляемую модель подводной лодки имея в распоряжении самые простые и обычные, в смысли доступности, материалы, и не применяя на начальном этапе дорогую и сложную электронику и аппаратуру.

Две одинаковые штуки – по одному на каждую балластную емкость, это позволит обойтись без поплавковых клапанов и массивных водоводов снизу, при этом электрическая схема и управление всплытием и погружением подлодки остаётся прежним.
Ниже привожу усовершенствованную систему погружения подлодки.

1. Балластная цистерна, 2. Задвижка воздушная, 3. Водяная помпа, 4. Корпус подлодки, 5. Оргстекло, 6. Крышка люка, 7. Воздушная дренажная трубка, 8. Кингстон балластных цистерн.

Как основа сама лодка как модель построенная по данной технологии и на сегодняшний день является вполне самодостаточной моделью её лишь стоит оснастить современными готовыми системами управления имеющимися в продаже : системами управления подводного хода на заданной глубине, системами безопасности - датчик течи, защитой от перегрузки силовых цепей, системой экстренного всплытия при выходе из строя системы управления, и т.п.

Проще говоря, соосная схема вертолёта - это когда 2 винта расположены сверху друг над другом, как у Ка-52. В плане вертолётостроения последние 80 лет в Европе, США и России конструкторы предлагали различные варианты воздушных машин, которые, как и многое по началу, выглядели сырыми. И почти сразу же появились 2 школы вертолётостроения в вопросе компенсации реактивного момента. Поскольку при вращении лопастей вращательный момент передаётся на саму машину, его компенсируют, либо добавлением заднего винта (более классическая и распространенная схема), либо соосной схемой проектирования вертолёта - это те самые знаменитые 2 винта на одному валу, одни крутится в одну сторону, другой в другую, но задачу решают обе схемы одну - устойчивое пилотирование вертолёта.

Наиболее нам знакома соосная схема по знаменитым и брутальным машинам Камова. Тут и ударные ка-50/52, морские спасательные и специальные Ка-27 и прочие. Этой соосной схемой в КБ Камова "заболели" ещё со Второй мировой и по всей видимости именно за такой компоновкой инженеры завода видели вертолётное будущее, оно и не удивительно - ведь у соосной схемы действительно есть много преимуществ, относительно более "классической".

Достоинства соосной схемы

Плотная компоновка трансмиссии и технических систем управления, поскольку вся трансмиссия располагается на одном вертикальном валу. А не тянется еще здоровенный кардан куда-то далеко в хвост через весь корпус для раскрутки заднего винта.
Более простое и устойчивое управление, причём в любых направлениях полёта и зависаниях, двигатель может работать без изменения мощности для маневрирования.
Корпус вертолёта можно сделать короче и соответственно уменьшить вероятность повреждение при обстреле с земли (основное от чего гибнут ударные вертолёты). Нет длиной хвостовой балки, улучшена выживаемость (дотянуться с земли из пулемета ДШК до основных винтов сложнее, чем срезать хвостовой винт, а это сразу гибель машины).
Соосная схема более симметричная и плотная - меньше тряски, вибрирования при полете. Выше и проще маневрирование, чуть больший КПД по грузу. Хвостовой винт не может травмировать обслуживающий персонал, поскольку нет хвостового винта, ну это так, приятная мелочь.

Американский классический путь

Хоть и в США есть самые современные разработки вертолёта Сикорский с соосной схемой, все же знаменитый и главный ударный вертолет США "Апач" выполнен с хвостовым винтом. И хотя в начале 50-х американцы проявляли интерес к соосной схеме, но все же остановились на хвостовой и играли в соосность гораздо меньше, чем СССР. Тому тоже у них есть аргументы, которые наиболее часто приводятся в других статьях:

Приводятся такие "недостатки" соосной схемы, как высокий поперечный профиль вертолёта с соосной схемой и таким образом повышенное аэродинамическое сопротивление. Также наблюдается пониженный (пусть и не слишком значительно) КПД несущих винтов при некоторых режимах полёта. Повышенная угроза перехлёста лопастей, но только при критических режимах полёта (когда и у стандартной схемы появляется такая угроза, но уменьшена современными технологиями).
Как правило, у соосных вертолётов фюзеляж короче и соответственно меньшая курсовая устойчивость при полёте прямо, чем у классической схемы с винтом на задней балке, однако это легко решается добавлением дополнительного хвостового оперения, что мы и видим на различных машинах Камова.

Но есть и другой взгляд на это решение американских конструкторов, о котором чуть ниже.

Настоящая причина?

Вверху написано то, что вы часто читали и слышали про эти вертолётные схемы, но есть взгляд на это и более углубленный - на самом деле тут главная причина отказа американцев от более сложных соосных вертолётов это иная конструкторская школа . Вы наверное слышали расхожее мнение о том, что вся советская военная техника была подобна автомату Калашникову - просто, но надежно и дешево. Ну так вот - в авиации и многих других сферах ситуация была наоборот. США делали ставку на простенькие, легкие, но массовые истребители Ф-16 и вертолёты "Апач", сравните с нашими Су-27 и Ми-24. У КБ Сухого, Камова и многих других была традиция "вылизывать" каждую машину так, что бы она была лучшей в мире и более универсальной и во-многом это получалось. Те же вертолёты Ми-24 и десант могут возить и самолеты с танками уничтожать, тяга советских оборонных конструкторов выжимать максимум из всего была очевидна.

Генштаб и конструктора понимали, что в массовом производстве сложной боевой техники тягаться со всем Западом будет сложно, поэтому в сложных системах старались делать ставку на техническое превосходство. Главное во всём этом то, что соосная схема более трудоемкая и дорогая в производстве, а также эксплуатации, поэтому американцы шли более простым путём для давления численностью. А её преимущества на первый взгляд не столь очевидны и критичны в бою, по мнению американцев, чтобы дополнительно переплачивать за некоторые добавки к устойчивости полёта и прочим тягово-скоростным характеристикам. Вертолёты Ми также сделаны по классической схеме, а вот камовцы каждым решением пытались выжать максимум из своего детища Ка-50, что у них и получилось.

Комментариям и дополнениям буду рад. Вертолёты Камова, согласитесь, помимо всех своих технических преимуществ и смелых решений, еще и красиво, классно выглядят. Действительно продуманный и эффективный технический подход к своим вертолётам, что не может не радовать. Спасибо за внимание.

Читайте также: