Введение
Угол установки лопасти, или просто угол, относится к углу наклона лопасти в текучей среде. Этот термин находит применение в авиации, судостроении и других областях.
Аэронавтика
В авиации шаг винта относится к углу установки лопастей воздушного винта самолета или несущего винта вертолета. Шаг винта измеряется относительно корпуса воздушного судна. Обычно его описывают как "малый" или "низкий" для более вертикального угла лопасти, и "большой" или "высокий" для более горизонтального угла лопасти. Шаг винта обычно определяется как отношение пройденного расстояния за один оборот при отсутствии скольжения. Шаг винта действует аналогично передаточному отношению главной передачи автомобиля. Малый шаг обеспечивает хорошее ускорение на малых скоростях (и скорость набора высоты у самолета), в то время как большой шаг оптимизирует характеристики на высоких скоростях и экономию топлива. Довольно часто самолеты проектируются с винтами переменного шага, чтобы обеспечить максимальную тягу в более широком диапазоне скоростей. Малый шаг используется при взлете и посадке, а большой – для крейсерского полета на высокой скорости. Это связано с тем, что эффективный угол атаки лопасти винта уменьшается с увеличением воздушной скорости. Для поддержания оптимального эффективного угла атаки необходимо увеличивать шаг винта. Угол установки лопасти не является тем же, что и угол атаки лопасти. С увеличением скорости шаг винта увеличивается, чтобы угол атаки лопасти оставался постоянным. "Подъемная сила" или тяга лопасти винта зависит от угла атаки в сочетании с ее скоростью. Поскольку скорость лопасти винта меняется от ступицы к концу, она имеет скрученную форму, чтобы тяга оставалась примерно постоянной по всей длине лопасти; это называется "скручиванием лопасти". Это характерно для всех пропеллеров, кроме самых простых.
Вертолеты
В вертолетах управление шагом изменяет угол установки лопастей ротора, что, в свою очередь, влияет на угол атаки лопастей. Шаг главного ротора регулируется как общим, так и циклическим управлением, а шаг хвостового ротора изменяется с помощью педалей.
Пёстрые
Оперение лопастей пропеллера означает увеличение угла установки лопастей путем поворота их параллельно направлению воздушного потока. Это позволяет минимизировать сопротивление остановленного пропеллера после отказа двигателя в полете.
Обратная тяга
Некоторые самолеты с винтовым двигателем допускают уменьшение шага винта ниже минимального значения, пока винт не начнет создавать тягу в обратном направлении. Это называется реверсом тяги, а соответствующее положение винта – положением "бета".
Ветряные турбины
Контроль шага лопасти является особенностью почти всех крупных современных ветряных турбин с горизонтальной осью вращения. Он используется для регулирования скорости вращения и вырабатываемой мощности. В процессе работы система управления ветрогенератора регулирует угол наклона лопастей, чтобы поддерживать скорость вращения ротора в пределах допустимых значений при изменении скорости ветра. Установка лопастей в угол оперения останавливает ротор во время аварийных остановок или при превышении максимальной расчетной скорости ветра. Во время строительства и обслуживания ветряных турбин лопасти обычно переводят в угол оперения для уменьшения нежелательного вращающего момента при порывах ветра. Контроль шага лопастей предпочтительнее тормозов ротора, поскольку тормоза подвержены поломкам или перегрузкам от силы ветра, действующей на турбину, что может привести к неуправляемому вращению. В отличие от этого, регулировка шага позволяет устанавливать лопасти в угол оперения, так что скорость ветра не оказывает влияния на нагрузку на механизм управления. Реализация контроля шага может осуществляться с помощью гидравлических или электрических механизмов. Гидравлические механизмы обладают большим сроком службы, более быстрым временем отклика благодаря большей движущей силе и менее мощной резервной пружиной для обслуживания. Однако гидравлические системы, как правило, требуют больше энергии для поддержания высокого давления и могут протекать. Электрические системы потребляют и расходуют меньше энергии и не имеют утечек. Однако им требуются дорогостоящие резервные аккумуляторы и конденсаторы для обеспечения безопасности при отключении электропитания. Контроль шага лопасти обычно составляет менее 3% от стоимости ветряной турбины, в то время как неисправности в системе контроля шага лопастей приводят к 23% всех простоев в производстве электроэнергии ветряными турбинами и составляют 21% от всех отказов компонентов.
Морская перевозка
В судоходстве шаг винта измеряется в дюймах теоретического продвижения судна вперед за один полный оборот. Например, винт с шагом 12 дюймов должен продвинуть судно на 12 дюймов при одном обороте. Следует отметить, что это теоретическое максимальное расстояние; на практике, из-за "скольжения" между винтом и водой, фактическое продвижение всегда будет меньше. Некоторые композитные винты имеют сменные лопасти, что позволяет изменять шаг лопасти при остановленном винте. Меньший шаг используется для транспортировки тяжелых грузов на низкой скорости, а больший – для движения на высокой скорости.
Вешательство (спорт)
В гребле угол атаки весла – это наклон весла к корме лодки во время фазы загребания. При неправильном угле атаки весло будет стремиться уходить слишком глубоко в воду, выпрыгивать из воды и/или создавать трудности при балансировке на фазе возврата.