Бесшумная винто-моторная установка

Шум работающего воздушного винта — одна из существенных причин, ограничивающих его применение на скоростных глиссирующих судах для мелководья, аэросанях, судах на воздушной подушке и на подводных крыльях. Выносится на обсуждение идея петербургского изобретателя, предлагающего путь для избавления от этого недостатка.

У любой винто-моторной установки, будь то летательный аппарат или малое скоростное судно с воздушным винтом, имеются два основных источника шума: двигатель внутреннего сгорания и сам воздушный винт. При работе двигателя из патрубков выбрасываются массы раскаленного газа. Они резко повышают давление воздуха у выхлопных патрубков, что и порождает мощные звуковые волны.

Какова же причина шума воздушного винта? Рассекая воздух, лопасти расталкивают его в стороны и отбрасывают назад. В силу полученного движения воздух не может мгновенно занять свое прежнее положение за лопастями, там образуется вакуум, вызывающий срыв потока, а у рабочей поверхности — сжатая зона. Это и создает шум.

Очевидно, чтобы винто-моторная установка могла работать бесшумно, необходимо энергию двигателя внутреннего сгорания и воздушного винта, расходуемую на образование звукового эффекта, как-то преобразовать в другой вид энергии, например — в кинетическую.

В свое время была высказана идея использовать вакуум, образующийся за лопастями винта, для очистки цилиндров двигателя от продуктов сгорания, а выхлопные газы применить для ликвидации этого вакуума. Но поможет ли это созданию бесшумного аппарата с повышенным КПД винта и двигателя? При этом изобретатели рассуждали примерно так. Если из движущегося поезда человек прыгает назад со скоростью, равной скорости поезда, то никакого рывка вперед или назад на земле он не испытывает, так как скорость движения человека относительно земли равна нулю; одновременно происходит отдача энергии поезду согласно третьему закону Ньютона.

То же самое должно произойти и с выхлопными газами двигателя, если выбрасывать их из вращающихся лопастей винта со стороны задней кромки. Сила удара их о воздух в значительной степени ослабнет, так как они будут лишены части своей энергии, которая в виде реактивного эффекта должна быть использована винтом.


Что касается двигателя, то мощность его должна увеличиться, поскольку выброс газов будет происходить в вакуум, и им не потребуется преодолевать атмосферное давление.

Какую же конструкцию должен иметь при этом воздушный винт? Эту задачу, на первый взгляд второстепенную, решить изобретателям многие годы не удавалось.

Некоторые изобретатели за рубежом пытались осуществить выброс отработавших газов через отдельные отверстия в полых лопастях, сделанные на вершине изгиба с обратной стороны (стороны разрежения). Другие предлагали выбрасывать газы через отверстие близ конца полой лопасти воздушного винта. Однако практического значения эти идеи не имели. В первом случае вектор реакции выбрасываемых из лопастей газов оказывается противоположным вектору тяги винта. Во втором — не устраняется срыв потока воздуха по всей задней кромке лопастей и газы не лишаются своей энергии.

Представляется целесообразнее всего выбрасывать отработавшие газы из полых лопастей, имеющих специальный профиль. Такого же результата можно добиться, если газы направлять через отдельные небольшие отверстия, сделанные в полых лопастях винта и снабженные направляющими козырьками — насадками. Эти насадки выбрасывают газы с подсосом окружающего воздуха в сторону острой кромки лопасти винта, т. е. так, чтобы вектор реакции газа был направлен по ходу движения лопасти.

Как в первом предложении, так и во втором, подобная конструкция лопасти будет обеспечивать повышение КПД винта благодаря ликвидации срыва потока воздуха по всей острой задней кромке лопастей, т. е. за счет уменьшения шума винта.