Кто умеет ездить на машине с «ручкой» — тот знает, что двигатель может служить не только двигателем, но и довольно мощным тормозом. Двигатель винтового самолёта, оказывается, тоже — это красочно описывает Василий Васильевич Ершов:
https://proza.ru/2009/12/02/211
— Так, а теперь приготовились к запуску! Куда будет бросок? Правильно, вправо. Какой ногой парировать? Правильно, левой. И еще элеронами помогать. Ну, давай. Расфлюгируем!
Машина, только что спокойно летевшая на трех двигателях, вдруг плавно, но очень энергично, почти резко, начинает заваливаться на правое крыло. Нога изо всех сил давит на левую педаль, руки поворачивают влево штурвал, но давления явно недостаточно: не ожидал. Нос уводит вправо градусов на двадцать.
Поэтому лопасти сделаны поворотными — если двигатель отказывает, то они поворачиваются «по ветру», как флюгер, и почти не мешают полёту на оставшихся двигателях, это положение и называется флюгерным. А в нормальном полёте за счёт поворота лопастей (изменения шага винта) регулируется тяга — это позволяет держать обороты двигателя «в зелёной зоне».
Вот рабочие положения лопастей (слева) и флюгерное (справа) на пассажирском Ан-140-100:
Как видим, зафлюгированные лопасти режут набегающий поток словно лезвия, на рабочем режиме (верхний левый снимок) гребут воздух, а на нулевом угле (нижний левый) стоят поперёк набегающего потока. Если винт останется в таком положении при остановке двигателя в полёте — быть беде.
Короче говоря, винт изменяемого шага (ВИШ) — не только «ведущее колесо» самолёта, но и «коробка передач». И когда пилот двигает РУД (рычаг управления двигателем) — в полётном диапазоне положений РУД обороты обычно не меняются, меняется лишь шаг. Обороты падают лишь при уборке РУД на земной малый газ (ЗМГ, минимальный газ).
Сделано изменение шага несложно: лопасть не жёстко вставлена во втулку винта, она закреплена в стакане, а стакан установлен на подшипниках (обычно там три насыпных подшипника). И стаканы синхронно поворачиваются от установленного во втулке поршня, который перемещается давлением масла:
Остаётся одна опасность: на некоторых этапах полёта (взлёт, посадка) земля может быть настолько близко, экипаж настолько загружен, а условия настолько сложными (сильная болтанка), что сразу нельзя будет распознать — самолёт швырнуло порывом ветра или из-за отказа двигателя. Секундное промедление с флюгированием может обойтись дорого, нужна автоматика.
Кроме того, как на опробовании двигателей узнать, что они точно выдают паспортную тягу? На моторном заводе на испытательной станции установлен динамометр, а в эксплуатации привязывать самолёт через многотонные весы не очень удобно.
Для всего этого служит измеритель крутящего момента (ИКМ) с системой автофлюгирования (АФ), а на двигателе установлен специальный электрический флюгер-насос, подающий масло к винту даже при отказе маслосистемы двигателя, и на дне маслобака всегда есть запас масла на флюгирование. Заглянем, например, в кабину лайнера золотого века советской авиации, Ил-18, полёт на котором и описан в отрывке выше:
Приборы, которые на доске не подписаны — как раз индикаторы ИКМ, КФЛ-37 — кнопки ручного флюгирования лопастей. А на левом боковом пульте притаились переключатели проверки АФ и кнопки частичного флюгирования — при нажатии кнопки включается флюгер-насос:
Маленькие манометры ИКМ есть и на приборной доске Ан-26:
В нижней части кадра маячат красные рукоятки аварийного торможения (от гидроаккумулятора, если отказали оба двигателя или гидросистема), а ниже них — рукоятки аварийного гидравлического флюгирования:
Для штатного флюгирования нужно электричество: флюгер-насос — электрический, золотник (клапан), переключающий систему управления шагом винта на подачу масла на флюгирование — с электромагнитным приводом... Если самолёт обесточен или что-то отказало, то с помощью ручки гидрофлюгирования золотник переключается давлением жидкости.
В этом случае винт флюгируется от штатного механического насоса, флюгирование идёт, пока винт с двигателем вращаются и насос создаёт давление. Полностью винт так не зафлюгируется, так как при сильном падении оборотов насос перестанет качать, но значительно уменьшить сопротивление винта можно.
На «потолке» вверху справа под прозрачной крышкой притаились выключатели проверки АФ, а в центре панели — привычные КФЛ-37:
Красные лампы в кнопках горят, так как двигатели остановлены — лампа горит, если нет давления в системе управления винтом. Самолёт говорит — винт неуправляем, флюгируй, пока не поздно!
Двигатель АИ-20, стоящий на Ил-18, Ан-12, и АИ-24, стоящий на Ан-24, Ан-26 — два брата, старший и младший, поэтому глянем на разрезанный АИ-20 — как же устроен ИКМ:
Редуктор, который понижает обороты двигателя для привода винта, не закреплён в корпусе жёстко — он стоит на гидроцилиндрах. Передавая момент от двигателя к винту, редуктор стремится провернуться, но его удерживают гидроцилиндры, стоящие по касательной (тангенциально).
Масло в систему ИКМ нагнетается специальным насосом высокого давления (несколько десятков кгс/см², зависит от двигателя), подаётся оно в цилиндры автоматически — при утапливании поршней. Чем больше крутящий момент — тем больше будет давление в системе ИКМ, это давление и измеряется манометром, показывающим крутящий момент на приборной доске. Оно же используется автоматикой двигателя для автофлюгирования.
Например, у АИ-20 автофлюгер по ИКМ действует, на больших режимах. Положение рычага управления двигателем — РУД — измеряется в градусах, 0° — земной малый газ, 105° — взлётный. Если РУД стоит на большом газе — более 56° — и давление ИКМ будет ниже 10 кгс/см², то винт автоматически зафлюгируется.
Плюс ещё есть АФ по отрицательной тяге. Подшипник вала винта установлен на особой опоре, и если на винте возникает отрицательная тяга 1200 кгс и более — подшипник давит на опору в сторону двигателя с такой силой, что срабатывает датчик и винт флюгируется. Действует эта защита при положении РУД более 40°, так как отрицательная тяга на малом газе (уборка РУД до нуля в полёте) используется для торможения.
Винты при этом характерно недовольно рычат, самолёт потряхивает... Поэтому, кстати, мало какие турбовинтовые самолёты имеют аэродинамические тормоза на крыле (спойлеры) — хватает винтов. Когда торможение не нужно — РУДы стоят на проходной защёлке, которую при уборке РУД случайно не проскочишь.
Этот режим называется полётным малым газом (ПМГ). Обычно это положение около 15°, регулируется в зависимости от температуры наружного воздуха (ТНВ), так как с температурой меняется плотность. А ещё на упор ставятся лопасти винта, упор этот гидравлический, устроен во втулке и выключается тумблером. В полёте они всегда на упоре, но это совсем другая история...
Вот так всё просто, но в то же время не очень красиво — нужны несколько цилиндров, стоящих по окружности редуктора... Есть ИКМ, выполненные совершенно иначе и порой куда изящнее, в следующей статье заглянем в двигатели двух очень разных самолётов — импортной «маршрутки» Л-410 и царя турбовинтовых самолётов Ту-95.
Кто-то спросит — есть ли на вертолётах ИКМ, ведь там тоже винты приводятся от газотурбинного двигателя? Нет, у вертолётных двигателей я ИКМ не встречал, а жёсткой (через редуктор) связи двигателя с винтами там нет — при отказе двигатель отключается от трансмиссии муфтой свободного хода (МСХ) и полёт продолжается либо на оставшемся двигателе, либо на авторотации. О трансмиссии классического вертолёта я кратко рассказал на видео:
