Как получить наилучшие летные данные на самолете Як с мотором ВК-105ПФ

3. Влияние числа оборотов мотора

На самолёте Як установлен винт изменяемого шага с центробежным регулятором оборотов. Имеющееся в кабине управление регулятором позволяет, не трогая рычага газа, изменять обороты в очень широких пределах. Сделано это для того, чтобы можно было:

1) перед полётом проверить исправность регулятора и механизма поворота лопасти винта;

2) в холодное время года прогреть цилиндровую группу винта и тем самым предотвратить раскрутку его на взлете;

3) при полёте на дальность и продолжительность установить наивыгоднейшие для данной скорости обороты;

4) при перегреве мотора понизить температуру масла и воды, если другие средства уже использованы.

Очень часто, однако, к затяжелению винта прибегают не только для этой цели, но и для получения максимальной скорости и скороподъемности. Летчики обычно мотивируют это тем, что наилучшие данные самолёт показывает при 2 200 - 2 400 об/мин, что увеличение оборотов свыше 2 400 в минуту бесполезно, так как винт в этом случае плохо тянет, что обороты 2 700 в минуту равносильны раскрутке, после которой нужно обязательно снимать и просматривать фильтр Куно, и т. д. В доказательство того, что уменьшение оборотов увеличивает скорость полета, нередко приводится также тот факт, что в момент затяжеления винта лётчик ощущает очень сильный рывок самолёта вперёд.

Утверждение, будто обороты 2 700 в минуту означают «раскрутку», т. е. предельно допустимые обороты, совершенно неверно. Это как раз те обороты, при которых испытывался мотор и снимались все лётные характеристики самолёта. Согласно техническому описанию и формуляру мотора ВК-105ПФ, 2 700 об/мин являются номинальными оборотами, предельно же допустимыми являются 2 800 об/мин на время 30 секунд. Следовательно, опасной рaскруткой мотора считаются обороты свыше 2 800 в минуту или 2 800 об/мин -в течение более 30 секунд.

Что же касается рывка самолёта вперёд при затяжелении винта, то такое явление действительно имеет место Однако из этого ни в коем случае еще не следует, что затяжеление винта приводит к росту скорости. Дело в том, что это явление наблюдается только в самый момент затяжеления винта, раньше, чем тахометр отметит снижение оборотов, так что, если бы лётчик немного выждал он смог бы убедиться в том, что со временем повышенная тяга исчезает, а скорость уменьшается.

Почему самолёт испытывает рывок в момент затяжеления винта?

Когда лётчик убирает рычаг винта, он тем самым при даёт лопастям больший угол атаки. Поршневая группа мотора и сам винт, будучи раскрученными до номинальных оборотов, по инерции стремятся сохранить их, и поэтому мотор на очень короткий промежуток времени оказывается способным проворачивать более тяжёлый винт на номинальных или близких к ним оборотах. Этим и объясняется рывок.

Таким образом, и этот довод является несостоятельным.

К чему приводит затяжеление винта?

Крыльчатка нагнетателя имеет невыключающийся привод, связанный с коленчатым валом мотора. Поэтому при уменьшении оборотов мотора уменьшается скорость вращения крыльчатки, уменьшается сжатие воздуха, которое она производит, а следовательно, уменьшается и граница высотности мотора, т. е. та высота, начиная с которой мощность мотора падает.

Затяжелению винта на 150 об /мин соответствует понижение границы высотности на 450 м.

Поскольку фактическая горизонтальная и вертикальная скорости на границе высотности являются самыми большими, а выше и ниже её падают (рис. 5), то уменьшение оборотов приводит не только к преждевременному падению мощности, но и к падению горизонтальной и вертикальной скоростей выше новой границы высотности.

Таким образом, первое, к чему приводит затяжеление — это снижение границ высотности, а вместе с тем снижение максимальной скорости и скороподъемности самолета.

Рис. 5. Изменение максимальных горизонтальной и вертикальной скоростей за счёт понижения границы высотности при затяжелении винта.

У мотора ВК-105ПФ, как и у всякого двигателя внутреннего сгорания, мощность при полностью открытом дросселезависит от числа оборотов и высоты полета. Эта зависимость показана на рис. 6. Из рис. 6 видно, что отличительной особенностью мотора ВК-105ПФ является то, что высотах ниже границы высотности максимальную мощность мотор развивает не при номинальных оборотах, а при 2 600 об/мин. Номинальным же оборотам — 2 700 об/мин и оборотам 2 500 в минуту соответствует мощность на 50 л. c. а оборотам 2 400 в минуту уже на 110 л. с. меньше, чем оборотам 2 600 в минуту.

На высотах выше границ высотности максимум мощности развивает мотор при номинальных оборотах (2 700 об/мин.) Любое затяжеление винта в этом случае приводит к уменьшению мощности мотора. Так, например, при снижении оборотов с 2 700 до 2 600 в минуту мощность уменьшается на 30 л. с, при снижении оборотов с 2 700 до 2 500 в минуту на 80 л. с. и т. д.

Максимальная скорость и скороподъемность данного самолёта зависят от мощности мотора таким образом, что чем больше мощность, тем больше максимальная скорость и тем лучше скороподъёмность, поэтому характер изменения их по оборотам и по высоте принципиально будет таким же, как и характер изменения мощности.

Таким образом, второе, к чему приводит затяжеление винта, — это изменение мощности мотора, а вместе с тем и изменение максимальной скорости и скороподъёмкости самолёта; причём нетрудно догадаться, что в одних случаях затяжеление винта даст положительные результаты, в других же случаях — отрицательные.

Третье, к чему приводит затяжеление винта, — это изменение к, п. д. винта.

Коэфициент полезного действия винта является сложной функцией числа оборотов и мощности, а также высоты и скорости полёта и поэтому не поддаётся такому элементарному анализу, как два предыдущих фактора. Всё же можно отметить следующее:

1. При полёте на больших скоростях на малых высотах уменьшение оборотов винта может привести к увеличению его к. п. д. Так, например, при полёте у земли на максимальной скорости уменьшение оборотов с 2 700 до 2 400 об/мин повышает к.п.д. винта примерно на 10— 12% Объясняется это следующим. Винт имеет наибольший к.п.д. в том случае, когда лопасти его установлены под утлом атаки, соответствующим оптимальному качеству (рис. 7). Увеличение или уменьшение угла атаки лопастей уводит винт из зоны оптимального качества и уменьшает его к. п. д. При полёте у земли на максимальной скорости оборотам 2 700 об/мин соответствует излишне малый угол, установки лопастей, и поэтому небольшое затяжеление винта увеличивает его к.п.д. Увеличение к.п.д. в этом случае происходит также за счёт уменьшения потерь винта, обусловленных сжимаемостью воздуха.

При подъёме на высоту благодаря уменьшению плотности воздуха винт автоматически переходит на большие углы атаки, и поэтому затяжеление винта не даёт уже такого эффекта

2. При наборе высоты уменьшение оборотов приводит не к увеличению, а к уменьшению к. п. д. винта, Объясняется это тем, что при наборе высоты благодаря малой скорости угол атаки лопастей и так уже велик, и поэтому всякое затяжеление винта только ухудшает к. п. д.

Таковы отдельные последствия затяжеления винта. В полёте все они сказываются не изолированно одно от другого, а совместно, при этом оказывают влияние еще скоростной напор, режим полёта и т. д. В итоге при изменении оборотов максимальная скорость по высотам изменйется так, как показано на рис. 8.

Из рис. 8 видно, что затяжеление винта с 2 700 до 2 550 об/мин несколько увеличивает максимальную скорость на участках высот от земли до своей первой границы высотности и от высоты переключения скоростей нагнетателя при 2 700 об/мии до своей второй границы высотности; выше же своей первой границы высотности до высоты переключения скоростей нагнетателя при 2 700 об/мин и выше своей второй границы высотности вплоть до потолка максимальная скорость при 2 550 об/мцн меньше, чем на номинальных оборотах.

При значительном затяжелении винта, например до 2 300 об /мин максимальная скорость будет намного меньше, чем при номинальных оборотах на всём диапазоне высот и особенно выше границ высотности самолёта.

Количественное изменение скорости при изменении оборотов показано на рис. 9.

Таким образом, наивыгоднейшие для получения максимальной скорости обороты определяются высотой полета: на малых высотах обороты выгодно несколько уменьшать, на больших же высотах уменьшать обороты невыгодно. Увеличение скорости за счёт снижения оборотов может быть получено только в том случае, если снижение оборотов не уменьшает наддува (Pk)

Хотя небольшое затяжеление винта и может привести к некоторому увеличению скорости полёта самолёта на отдельных участках высот ниже границы высотности, всё же в инструкции лётчику не рекомендуется этого делать, и вот почему:

1) прирост скорости не превышает 6—7 км/час;

2) прирост скорости получается на ограниченном и мало употребительном в воздушном бою участке высот;

3) при наличии штурвального управления винтом переход на номинальные обороты требует времени, которого в бою может и не оказаться; лётчик будет вынужден вести бой при заниженных оборотах, невыгодных для скороподъёмности и вертикальной маневренности, а также и для максимальной скорости на больших высотах;

4) при наличии рычажного управления винтом нарушается параллельность хода рычагов управления винтом и газом.

Таково влияние оборотов на максимальную скорость.

Посмотрим теперь, какое значение имеют обороты для скороподъёмности.

Рис. 10. Зависимость времени набора высоты от числа оборотов мотора

Если для получения максимальной скорости наивыгоднейшие обороты определяются высотой полёта, то для получения максимальной скороподъёмности безусловно наивыгоднейшими являются номинальные обороты (2 700 об/мин) вне зависимости от высоты полёта. Больше того, если бы допускалась работа мотора при 2 800 об/мин, то эти обороты по указанным ранее причинам оказались бы даже более выгодными, чем номинальные.

Что произойдёт, если лётчик будет набирать высоту при заниженных оборотах?

Как показывает рис. 10, при затяжелении винта с 2 700 до 2 550 и 2 400 об/мин время набора высоты 5 000 м соответственно увеличивается на 0,6 и 1,35 минуты, а потолок. самолёта уменьшается.

Таким образом, на затяжеленном винте невозможно получить ни максимальной скороподъёмности, ни потолка самолёта.

>>