Типи гвинтів

Updated at: 2025-12-01 10:41
propulsion
Типи авіаційних гвинтів відрізняються тим, як встановлюється та регулюється кут лопатей, що безпосередньо впливає на тягу, ефективність двигуна та навантаження на пілота. Розуміння основних конструкцій гвинтів, що використовуються в загальній авіації, допомагає студентам-пілотам правильно керувати двигунами та уникати поширених проблем з продуктивністю та безпекою.<\/b>
Типи гвинтів 1. Визначення типів пропелерів 2. Призначення різних типів пропелерів 3. Використання типів гвинтів в авіації 3.1 Гвинти з фіксованим кутом установки 3.2 Регульовані на землі гвинти 3.3 Пропелери зі змінним кроком і постійною швидкістю 3.4 Пропелери з відведенням лопатей та реверсивним кроком 4. Оперативні аспекти для студентів-пілотів 4.1 Керування потужністю з фіксованим кроком гвинтів 4.2 Керування потужністю з пропелерами постійної швидкості 4.3 Обмеження двигуна та моніторинг 4.4 Прогрес навчання 5. Приклади типів гвинтів у поширених навчальних літаках Резюме

1. Визначення типів пропелерів

В авіації гвинт — це обертове крило, яке перетворює потужність двигуна в тягу, прискорюючи масу повітря назад. «Типи гвинтів» стосуються різних конструкцій і систем керування, які використовуються для встановлення кута лопаті гвинта (кроку) та, в деяких випадках, кількості лопатей і матеріалів конструкції.
Для студентів-пілотів найважливішою відмінністю є спосіб керування кутом установки гвинта:
  • Гвинт із фіксованим кутом установки: кут лопатей не можна змінити під час польоту.
  • Гвинт із регулюванням на землі: кут лопатей можна відрегулювати лише на землі.
  • Гвинт із змінним кутом установки: кут лопатей можна змінювати під час польоту.
  • Гвинт із постійною частотою обертання: тип гвинта зі змінним кутом, який автоматично підтримує вибрану частоту обертання (оберти за хвилину, RPM).

2. Призначення різних типів пропелерів

Основна мета використання різних типів гвинтів полягає в тому, щоб узгодити характеристики двигуна та гвинта з експлуатаційними потребами літака. Різні завдання (навчання, польоти в глушині, високошвидкісний крейсерський політ, аеробатика) виграють від різних компромісів між простотою, характеристиками набору висоти, крейсерською швидкістю, паливною ефективністю та вартістю.
Кут установки гвинта впливає на те, скільки повітря кожен сегмент лопаті переміщує за оберт. Малий кут (низький кут лопаті) дозволяє двигуну швидко досягати високих обертів за хвилину (RPM), покращуючи зліт і набір висоти, але обмежуючи крейсерську швидкість і ефективність. Великий кут (високий кут лопаті) знижує RPM при заданій повітряній швидкості, що може покращити ефективність крейсерського польоту та економію палива, але може збільшити довжину злітної смуги і зменшити швидкість набору висоти.
Різні типи гвинтів дозволяють пілоту або системі регулювання вибирати або автоматично керувати цим компромісом:
  • Фіксований крок: простий, дешевий, без контролю пілота за кроком; продуктивність оптимізована або для набору висоти, або для круїзу, але не для обох.
  • Регульований на землі: дозволяє обслуговуючому персоналу оптимізувати крок для типової місії без регулювання під час польоту.
  • Змінний крок (керований пілотом): пілот може вибирати кут лопатей під час польоту для різних фаз (зліт, набір висоти, круїз, зниження).
  • Постійна швидкість: автоматично підтримує вибрані оберти двигуна, регулюючи кут лопатей, забезпечуючи майже оптимальну продуктивність у широкому діапазоні швидкостей і налаштувань потужності.

3. Використання типів гвинтів в авіації

3.1 Гвинти з фіксованим кутом установки

Пропелер із фіксованим кутом установки лопатей має лопаті, встановлені під одним, незмінним кутом. Пропелер зазвичай виготовляється з дерева або металу, а кут установки вибирається виробником відповідно до типового використання літака. Студенти-пілоти часто тренуються на літаках із пропелерами фіксованого кроку через їх простоту та низькі експлуатаційні витрати.
Зазвичай виділяють дві широкі категорії фіксованого кроку:
  • Пропелер для набору висоти: відносно дрібний крок, що забезпечує вищі статичні оберти та кращу продуктивність при зльоті та наборі висоти за рахунок крейсерської швидкості.
  • Крейсерський пропелер: відносно грубий крок, що дає нижчі оберти на крейсерській швидкості та вищу швидкість польоту, але довший розгін при зльоті та знижений набір висоти.
У фіксованій установці куту лопатей гвинта пілот керує лише газом, який змінює потужність двигуна та оберти двигуна одночасно. Ричагу керування гвинтом немає. Обороти двигуна є прямим показником потужності (залежно від швидкості повітря та щільності атмосфери), тому налаштування потужності зазвичай описують лише в термінах обертів, наприклад «2400 об/хв у крейсерському режимі.»

3.2 Регульовані на землі гвинти

Пропелер з регулюванням на землі дозволяє змінювати кут нахилу лопатей на землі обслуговуючим персоналом, але не під час польоту. Регулювання зазвичай здійснюється шляхом послаблення затискачів лопатей, повороту лопатей до виміряного кута та повторного затягування відповідно до інструкцій виробника.
Цей тип поширений у легких спортивних літаках та деяких експериментальних літаках. Він забезпечує гнучкість для оптимізації продуктивності відповідно до місцевих умов або профілів місій без складності та вартості системи з регульованим або постійним числом обертів у польоті. Для пілота щоденна експлуатація схожа на роботу з фіксованим гвинтом: у польоті залишається лише керування дросельною заслінкою.

3.3 Пропелери зі змінним кроком і постійною швидкістю

Пропелер змінного кроку дозволяє змінювати кут лопаті під час польоту. У більшості сертифікованих літаків загальної авіації це реалізовано як пропелер з постійною частотою обертання. Система постійної частоти обертання використовує регулятор пропелера, який є гідравлічним пристроєм, що автоматично регулює кут лопаті для підтримання вибраних обертів двигуна, встановлених пілотом за допомогою важеля керування пропелером.
Пілот має два окремі органи керування двигуном:
  • Дросель (керування тиском у колекторі): встановлює потужність двигуна (вимірюється як тиск у колекторі в дюймах ртутного стовпа на поршневих двигунах із постійними гвинтами).
  • Керування гвинтом: встановлює бажані оберти двигуна; регулятор змінює кут лопатей, щоб підтримувати ці оберти при зміні умов польоту.
Типові випадки використання включають:
  • Зліт і набір висоти: пропелер встановлений на високу частоту обертання (дрібний крок) для максимальної потужності та найкращого прискорення.
  • Крейсерський політ: пропелер встановлений на нижчу частоту обертання (грубий крок) для ефективності, зниження шуму та меншого зносу двигуна, при цьому необхідна потужність підтримується дроселем.
  • Спуск: частоту обертання пропелера можна регулювати для керування охолодженням двигуна та аеродинамічним опором.

3.4 Пропелери з відведенням лопатей та реверсивним кроком

Деякі багатомоторні літаки та турбогвинтові літаки використовують регульовані гвинти. Регулювання означає повертання лопатей так, щоб вони були майже паралельні потоку повітря, мінімізуючи опір у разі відмови двигуна. Це допомагає зберегти керованість і продуктивність після відключення двигуна.
Турбовінтові та деякі спеціалізовані поршневі літаки також можуть використовувати налаштування зворотного кроку або бета-діапазону. У режимі реверсу кут лопаті встановлюється так, щоб тяга була спрямована вперед, що допомагає скоротити довжину пробігу при посадці та покращити маневрування на землі. Ці функції зазвичай не зустрічаються на базових навчальних літаках, але є важливими в комерційних та просунутих операціях.

4. Оперативні аспекти для студентів-пілотів

4.1 Керування потужністю з фіксованим кроком гвинтів

З гвинтом з фіксованим кутом установки лопатей пілот керує потужністю за допомогою положення дросельної заслінки та контролює оберти двигуна (RPM). Оскільки кут лопатей фіксований, оберти реагують як на дросель, так і на швидкість повітря. Наприклад, при заданому положенні дроселя оберти зростають при наборі висоти і зменшуються при наборі висоти через змінне навантаження на гвинт.
Типові операційні практики включають:
  1. Використовуйте повний газ для зльоту, якщо розрахунки продуктивності або процедури зменшення шуму не вказують інше.
  2. Контролюйте оберти двигуна (RPM) під час розгону перед зльотом, щоб підтвердити, що вони досягають очікуваного значення згідно з експлуатаційним посібником літака (AFM) або посібником пілота (POH).
  3. Зменшіть газ до рекомендованої потужності підйому, як тільки буде досягнута безпечна висота, якщо це зазначено.
  4. Встановіть потужність крейсерського польоту, використовуючи комбінацію обертів двигуна та суміші відповідно до таблиць продуктивності.
  5. Уникайте тривалої роботи в діапазонах обертів, позначених на тахометрі як обмежені.

4.2 Керування потужністю з пропелерами постійної швидкості

При гвинті з постійною швидкістю управління потужністю включає як тиск у колекторі, так і оберти двигуна (RPM). Дросельна заслінка в основному змінює тиск у колекторі (крутний момент двигуна), а керування гвинтом встановлює бажані оберти. Регулятор автоматично коригує кут лопатей, щоб оберти залишалися постійними при зміні умов польоту.
Поширене правило, яке викладають студентам-пілотам, полягає в тому, що при збільшенні потужності спочатку збільшують оберти двигуна (RPM), а потім тиск у колекторі; при зменшенні потужності спочатку знижують тиск у колекторі, а потім оберти. Це допомагає уникнути комбінацій, які можуть перевантажити двигун, особливо високого тиску у колекторі при дуже низьких обертах.
Типова послідовність набору висоти та крейсерського польоту на навчальному літаку з пропелером постійної швидкості може бути такою:
  1. Зліт: встановіть керування пропелером повністю вперед (максимальні оберти) і збільшіть газ до тиску колектора для зльоту.
  2. Початковий набір висоти: підтримуйте потужність зльоту до безпечної висоти, рекомендованої в AFM/POH.
  3. Потужність набору висоти: зменшіть тиск колектора до значення набору, потім зменшіть оберти до встановленого значення, якщо це передбачено.
  4. Потужність крейсерського польоту: вийдіть на горизонтальний політ, дайте швидкості збільшитись, потім зменшіть тиск колектора до значення крейсерського польоту і відрегулюйте оберти до рекомендованого налаштування.
  5. Зниження: зменшіть тиск колектора для зниження, регулюючи оберти за потребою, щоб залишатися в межах допустимого і керувати охолодженням двигуна.

4.3 Обмеження двигуна та моніторинг

Незалежно від типу гвинта, пілот повинен дотримуватися обмежень двигуна, зазначених у AFM/POH. До них входять максимальні безперервні оберти двигуна, обмеження тиску у впускному колекторі (якщо застосовно), температура головки циліндра (CHT) та температура вихлопних газів (EGT). Деякі двигуни мають обмежені діапазони обертів для уникнення резонансу та вібрації; вони зазвичай позначені на тахометрі жовтими дугами або червоними смугами.
Основні моменти для студентів-пілотів включають:
  • Перевірте максимальні статичні оберти двигуна при зльоті з фіксованим кроком гвинта; значні відхилення можуть свідчити про проблеми з двигуном або гвинтом.
  • Уникайте різких рухів дроселя, особливо на установках з постійною швидкістю обертання, щоб зменшити навантаження на двигун та коробку передач або регулятор гвинта.
  • Ретельно контролюйте прилади двигуна після будь-якої зміни потужності або налаштування гвинта.
  • Дотримуйтесь процедур виробника щодо збіднення суміші під час набору висоти та круїзу, щоб уникнути надмірного нагрівання та підвищити ефективність.

4.4 Прогрес навчання

Більшість пілотів починають навчання на літаках із фіксованим кроком гвинта. Після засвоєння базових навичок керування, зльоту, посадки та навігації, навчання може перейти до літаків із гвинтами змінної частоти обертання, особливо для комерційних ліцензій пілота або інструментальних допусків. Це додає додаткове навантаження в кабіні та вимагає більш детального керування потужністю, але основні аеродинамічні принципи залишаються незмінними.

5. Приклади типів гвинтів у поширених навчальних літаках

Наступні приклади ілюструють, як різні типи гвинтів виглядають у типовому парку навчальних літаків загальної авіації. Завжди звертайтеся до конкретного AFM/POH для точних деталей, оскільки конфігурації відрізняються залежно від моделі та року випуску.
  • Cessna 152 / Cessna 172 (багато моделей): нормально аспіровані поршневі двигуни з фіксованим кроком гвинта; потужність регулюється лише дроселем.
  • Piper PA-28-161 Warrior: гвинт з фіксованим кроком; проста система керування потужністю, підходить для початкового навчання.
  • Piper PA-28R Arrow: втягуване шасі та гвинт змінного кроку; вводить керування гвинтом і регулювання тиску в колекторі для просунутих студентів.
  • Beechcraft Bonanza (різні моделі): гвинт змінного кроку, часто з двигунами підвищеної потужності; використовується для складного та високопродуктивного навчання.
  • Типові легкі спортивні літаки: можуть використовувати гвинти з регулюванням на землі, особливо з двигунами Rotax, що дозволяє операторам налаштовувати продуктивність відповідно до місцевих потреб.
  • Багатомоторні тренажери (наприклад, Piper Seminole, Beechcraft Duchess): гвинти змінного кроку з системою feathering; використовуються для навчання асиметричному польоту та процедурам відмови двигуна.

Резюме

Для студентів-пілотів розуміння типів гвинтів означає насамперед розпізнавання того, як регулюється кут установки лопатей і як це впливає на управління потужністю. Фіксовані та налаштовувані на землі гвинти є простими і поширеними на базових тренажерах, тоді як гвинти з постійною швидкістю обертання та складні гвинти використовуються на складних, багатомоторних і турбогвинтових літаках. Правильне використання дросельної заслінки, керування гвинтом та моніторинг двигуна відповідно до AFM/POH забезпечує безпечну та ефективну експлуатацію всіх типів гвинтів.