Пропеллер. 
Ракетная техника

33. Теперь опишем пропеллер. Он отличается от описанного компрессора только тем, что имеет и спереди конус, подобный заднему. Число его воздушных винтов неопределенно и может ограничиться даже одним винтом (фиг. 2).

Когда пропеллер с открытыми вполне отверстиями в виде цилиндра мчится вместе со снарядом, то относительная (по отношению к трубе) в нем скорость потока будет c+w, т. е. скорости снаряда с плюс относительная (по отношению к винту) скорость отброса w — от действия воздушного винта. Но так как скорость снаряда с может быть очень велика, то и относительная скорость потока в трубе пропеллера так же велика, между тем как последняя не может превысить предела, определяемого формулой (21), которая дает.

Эта скорость вполне определенная. Максимум ее мы определяли в 353 м/сек. Значит, и снаряд не может иметь большой скорости, иначе разлетятся от центробежной силы воздушные винты, т. е. лопатки в трубе.

34. Как же быть? Неужели большей скорости снаряд иметь не может? Но из этого тупика есть выход.

Начнем с опыта (фиг. 4). Я устроил наружную часть (футляр) моего пропеллера без лопаток (без винта).

Пластинки (маятники) в этой трубе, в середине сильно расширенной, были помещены в четырех местах: посередине, у входного отверстия, у выходного и сбоку у входа — вне трубы. Оба отверстия были одного размера, маятники — тождественны.

С этим прибором я равномерно двигался или стоял у полуоткрытой двери теплой комнаты. В последнем случае получался сверху двери очень правильный поток из теплой комнаты в холодную.

Все флюгеры были совершенно одинаковы. Поэтому наблюдаемое одинаковое уклонение крайних указывало на одинаковую силу или скорость потока. Но средняя пластинка (флюгер) уклонялась незаметно мало. Это указывало на малую скорость воздушного потока в расширенной части трубы.

Фиг. 4.

• 35. Что же видим? Пусть такая труба мчится вместе со снарядом вдоль своей длинной оси. Встречный поток входит в переднее отверстие со скоростью снаряда, затем ослабляется чрезвычайно в широкой части трубы, но из выходного отверстия выходит с такою же скоростью, с какою выходил. Это самое и подтверждает наш опыт.
• 36. Если мы будем площадь крайних отверстий уменьшать пропорционально увеличению скорости аэроплана, то относительная скорость в расширенной части трубы будет оставаться неизменной, несмотря на увеличение скорости снаряда. Действительно, если, например, скорость самолета увеличится в 10 раз, а крайние отверстия уменьшатся. (по площади) во столько же раз, то объем входящего в пропеллер воздуха останется неизменным. Л так как средняя площадь сечения трубы также не изменилась, то скорость потока в этом сечении тоже не можег измениться.
• 37. Таким образом воздушные винты будут работать безопасно при всякой скорости самолета, так как скорость окружающей их (винты) среды не возрастает, несмотря на возрастание скорости самолета.

При отсутствии винтов относительная скорость среды у входа и выхода пропеллера будет равна приблизительно скорости самолета (только трение и изменение температуры от сжатия и расширения воздуха ее немного ослабляют). Но благодаря действию работающего пропеллера эта скорость увеличивается на некоторую величину, смотря по энергии мотора.

Значит, поток по выходе приобретает некоторую избыточную скорость сверх скорости стратоплана.

• 38. При его полете отверстия должны суживаться по мере ускорения его движения. Так, если скорость снаряда увеличилась в 25 раз, то площадь обоих отверстий должна уменьшаться в 25 раз, а диаметр их — в 5 раз.
• 39. При этом мы должны руководиться указателем ускорения снаряда: отверстия должно изменять до тех пор, пока ускорение снаряда достигает наибольшей величины. Ускорение же движения какого-либо тела точно показывает особый простой прибор (акселерометр). Итак, наше приспособление дает возможность употреблять воздушный винт при всякой скорости самолета, так как наш винт всегда вращается с одной скоростью, несмотря на разную скорость снаряда.

Наибольшую скорость потока в средней части трубы мы определяли в .353 M/срк. Безопаснее будет меньшая скорость, например 210. Сначала эта скорость не получается. Но постепенно скорость снаряда увеличивается и доходит, положим, до 200 м/сек. Скорость отброса (относительно винта) примем в 10 м/сек. Далее при цилиндрической форме трубы, т. е. при вполне открытых отверстиях пропеллерной трубы, скорость потока и вращение лопаток увеличиваться не должны. Поэтому при возрастании скорости снаряда мы площади краевых отверстий уменьшаем пропорционально увеличению скорости движения прибора.

Выразим это таблицей:

Скорость потока в широкой части трубы всегда будет 10 м/сек, но скорости выходящего и входящего потоков, приблизительно одинаковые, будут соответственно:

110 210 420 945 1680 2625.

Конечно, отверстия можно суживать больше показанного (только это невыгодно), но расширять сверх нормы нельзя: разорвется воздушный винт.

Итак, с полными отверстиями пропеллерной трубы мы можем двигаться только до скорости в 100 м/сек. Далее обязательно суживание отверстий. Если оно будет более чем нужно, воздушный винт останется цел, если меньше, чем следует по таблице и указанному закону, то разорвется.

Этот стратоплан для достижения даже умеренных высот должен иметь не менее 1000 метрических сил при полном весе в 1 т. Следовательно, мотор должен быть легче обычного авиационного. Примерно на 1 кг его веса надо не менее 2—4 метрических сил. Практика к этому идет, и есть уже моторы, которые дают на 1 кг своего веса до 2 л. с. (относится к 1930 г.).

• 51. Воздух входит с одного носового конца самолета и выбрасывается назад, приобретая некоторую истинную скорость г, или скорость отброса. Это скорость абсолютная. Относительная скорость выходящего потока v₀ будет (не считаясь с изменением плотности) «₀=с+ V, где с — скорость стратоплана.
• 52. Ускорение снаряда, пренебрегая пока сопротивлением среды, будет пропорционально секундной массе отброса М_х и скорости его v. Скорость ю есть собственно избыток скорости благодаря действию пропеллера сравнительно со скоростью самого снаряда.

Количество движения измениться не может. Поэтому через секунду найдем: Mj—M_s= 0, откуда ;= — % v. Минус показы;

вает, что ускоренно самолета / противоположно ускорению отброса. Мы можем взять тут плюс, потому что нас не интересует направление снаряда. В формулах М — масса самолета.

53. Скорость отброса v зависит от устройства и работы пропеллера, а секундный весовой расход G_s (секундный вес отброса) — от того же и от плотности воздуха и от размеров трубы. Благодаря ограниченной крепости материалов наибольшая относительная скорость в широкой части трубы постоянна. Значит, всегда.

Следовательно, G_s зависит только от плотности среды и диаметра трубы, потому что относительная скорость потока в средней части трубы постоянна.

54. Плотность среды зависит главным образом от высоты полета; площадь сечения F широкой части трубы (где вращаются винты)—от ее диаметра D и поперечника осевого вала. (Вместо осевого вала может быть другое препятствие движению потока, например, размещенные внутри моторы, трубопроводы и пр.) Приняв его в половину диаметра трубы, найдем.

где.

55. Относительная скорость потока в том месте, где находятся винты, выражается формулой (см. 21 и 23).

где -(м—удельный вес материала. 276.

56. Теперь из уравнений (53), (54) и (55) получим.

где у — удельный вес среды.