Крыши. Энергия, принесенная ветром. Велосипед-тандем-веломобиль...("Сделай сам" №4∙2004) (Коноплева, Кубасов) - страница 20
Когда двигатель был заглушен, я подошел поближе и внимательно осмотрел всю силовую установку, обращая особое внимание на воздушный винт. Он был трехлопастный, деревянный. Изготовлен очень тщательно и красиво. В то время я еще учился в школе, заканчивал последний 10-й класс, немного занимался авиамоделями. Поэтому кое-какие основы знаний о винтах имел.
Присмотревшись, обнаружил, что винт был сделан хоть и красиво, но абсолютно неграмотно. Лопасти в поперечном сечении симметричны, угол атаки был равен нулю. Естественно, что тяга винта тоже равнялась нулю.
Весьма робко, боясь натолкнуться на амбицию старшего относительно меня, зеленого юнца, конструктора аэросаней, я предложил свою помощь.
К моему удивлению и удовлетворению, предложение было принято, мы тут же (не отходя от кассы), разобрали винт, я, состругивая лишнюю древесину, постарался придать лопастям профиль, близкий к необходимому, сбалансировали, выставили угол атаки, и свершилось чудо. Сани поехали.
Для пояснения принципа работы воздушного винта, работающего в качестве двигателя (в отличие от самолетного, где винт является движителем), рассмотрим рис. 2.
Рис. 2
Плоскость АА' установлена под углом φ к плоскости вращения Y, называемом углом установки лопасти. Ось X — ось вращения воздушного винта. На плоскость винта АА' набегает (дует) воздушный поток (ветер) V под углом α. Воздушный поток отражается плоскостью в направлении V' под углом α' = α (угол отражения равен углу падения). В результате отражения воздушного потока возникает реактивная сила F. Составляющая этой силы F' направлена вдоль оси вращения X, вторая — F' направлена по плоскости вращения Y. Вот эта сила и является той, которая создает вращающий момент. Под действием силы F' плоскость АА' начинает двигаться вправо, встречая при этом сопротивление воздуха V", которое создает противодействующую силу Р. Эта сила пропорциональна линейной скорости плоскости АА' и площади проекции S плоскости АА' на плоскость ВВ', расположенной перпендикулярно плоскости вращения Y, и параллельно продольной оси винта (на чертеже это точка пересечения О осей X и Y). После набора определенного числа оборотов сила F' будет равна силе Р, и винт будет вращаться с постоянной скоростью при данной скорости ветра V. Наступит динамическое равновесие. При изменении скорости воздушного потока V изменится и величина силы F'. Это приведет к изменению скорости вращения воздушного винта. Сильнее ветер — быстрее вращение.
Мы рассмотрели поведение лопасти воздушного винта на холостом ходу, без нагрузки. Стоит только передать вращение винта генератору, как появится момент сопротивления моменту вращения. Число оборотов винта упадет до нового равновесия.