Воздушные винты-ликбез

Материал из Multicopter Wiki
(Различия между версиями)
Перейти к: навигация, поиск
 
(не показаны 263 промежуточные версии 100 участников)
Строка 1: Строка 1:
 +
Воздушные винты-----автор Книжников ВВ
  
Так как до сих пор нет единой теории винта и крыла ----а лишь физические модели основанные на разных законах физики-----например реактивная на третьем законе  Ньютона, или закон Бернулли из термодинамики, или аэродинамическая на теории Жуковского,  получается что то приближенное  к практике с поправочными коэффициентами . Каждая фирма производитель использует свою математическую модель проектирования лопастей, то есть профиля, форма, крутка  и в зависимости от  условий работы винты имеют богатое разнообразие для различных классов летательных и водоплавающих аппаратов!
+
Определение
  
воздушный винт открытого типа называется пропеллер
+
Воздушный винт (ВВ) это разновидность осевой крыльчатки для создания реактивной тяги----более подробно смотри статью "теория пропульсивных систем"!
 +
 
 +
ВВ открытого типа называется пропеллер и имеет (2--4) лопасти! ВВ закрытого типа в трубе-туннели называется импеллер и имеет уже (5--12) лопаток для авиамоделей[https://www.youtube.com/watch?v=TevzAAx-kBE]
 +
 
 +
Так как до сих пор нет единой теории винта и крыла ----а лишь физические модели основанные на разных законах физики-----например реактивная на третьем законе  Ньютона, или закон Бернулли из термодинамики, или аэродинамическая на теории Жуковского,  получается что то приближенное  к практике с поправочными коэффициентами . Каждая фирма производитель использует свою математическую модель проектирования лопастей, то есть профиля, форма, крутка  и в зависимости от  условий работы винты имеют богатое разнообразие для различных классов летательных и водоплавающих аппаратов! [https://www.youtube.com/watch?v=UWoXFdRhPKc]
 +
 
 +
В авиамоделизме размеры диаметр-D и шаг-H в дюймах (1дюйм=2.54см) и кол-во лопастей-n и условно принято обозначать как DxHxn ---например 5х4x3!!!
  
относительный шаг винта Ш/Д
 
 
Равномерная крутка лопасти  обеспечивает постоянный геометрический шаг винта для прямого набегающего потока!
 
Равномерная крутка лопасти  обеспечивает постоянный геометрический шаг винта для прямого набегающего потока!
В первую очередь они делятся на так называемые тяговые  и скоростные-----принято считать, что если шаг винта H меньше диаметра D или соотношение  шага к диаметру меньше единицы К=H/D, где ещё не начался срыв потока с лопастей из-за угла атаки менее 12 градусов, то это  тяговый пропеллер с относительно  большой стендовой удельной тягой!
+
В первую очередь они делятся на так называемые тяговые  и скоростные-----принято считать, что если шаг винта H меньше диаметра D или соотношение  шага к диаметру меньше единицы коэффициент винта Кв=H/D, где ещё не начался полный срыв потока с лопастей из-за угла атаки менее 12 градусов, то это  тяговый пропеллер с относительно  большой стендовой удельной тягой!
  
для мультикоптеров К=0.25 или 1/4 называют условно четвертной-----
+
для мультикоптеров Кв=0.25 или 1/4 называют условно четвертной-----
  
К=0.33 или 1/3 треугольный----
+
Кв=0.33 или 1/3 треугольный----
  
К=0.5 или 1/2 половинный----
+
Кв=0.5 или 1/2 половинный----
 
   
 
   
и для самолетов К=0.62 или золототого сечения----
+
и для самолетов Кв=0.62 или золотого сечения по тяге----  
 +
 
 +
Кв=1 или 1/1 как квадратный ----
 +
 
 +
для медленных водоизмещающих судов гребные винты Кв=(0.9--1.1)-----
 +
 
 +
скоростные открытые винты с Кв=1.62(золотого сечения по скорости) для быстрого движения типа гонки  и винты в трубе типа импеллеров Кв=(1.5--2) !
 +
 
 +
Авиамодельных винты условно принято  называть коптерными для относительного шага (0.3--0.5) с вогнутовыпуклым профилем лопастей  с кривизной  (8--12)% и самолётными при H/D= (0.6--1.1) с плосковыпуклым профилем толщиной (10--16)%!
 +
 
 +
относительный шаг или коэф. винта---Кв=Н/D это самый важный безразмерный параметр всех типов крыльчаток
 +
 
 +
Соотношение геометрического  шага Н к диаметру D воздушного винта определят пик эффективности в разных режимах полёта---
 +
 
 +
1)для висючек типа больших мультироторных платформ Н/D=0.24 получается максимальная удельная тяга для тяжелых аппаратов!
 
   
 
   
К=1 или 1/1 как квадратный ----
+
2)коптерный Н/D = 0.38 максимальный упор на стопе и при малой поступательной скорости хорош для дирижаблей, мото-парителей и аэрошютов , где нужно медленно, но уверено ползти в крутую горку!
 +
 +
3)пилотажный Н/D=0.62 для тренеров, пилотаг, конвертопланов и автожиров, где оптимальное соотношение тяги на стопе и средней скорости полёта при средней энерговооруженности ---максимум скороподъёмности и высший пилотаж при высоком коэф. мощности!
  
для медленных водоотталкивающих судов гребные винты К=0.9-1.1-----
+
4)гоночный Н/D =1 или квадратный винт хорош для скоростного боевого пилотажа, гонки и высокого крейсера!!!
скоростные открытые винты с К=1.2-1.6 для быстрого движения типа гонки  и винты в трубе типа импеллеров К=1.5-2 !
+
 +
5)скоростной Н/D=1.62 для пиковых максимальных скоростей у гребных винтов и низкоскоростных импеллеров!
  
Авиамодельных винты условно принято  называть коптерными для относительного шага 0.3-0.5 с вогнутовыпуклым профилем лопастей  с кривизной  5-8% и самолётными при H/D= 0.6-1.1с плосковыпуклым профилем толщиной 10-16%!
+
6)Н/D=2.62 уже для больших скоростей  у вв на высоте и импеллеров средней скорости!
  
форма и удлинение лопастей авиамодельных винтов
+
7)Н/D=4.24 для импеллеров околозвуковых скоростей!
  
Самый распространёный вид пропеллера в авиамоделизме ----это двухлопастный винт фиксированного шага.
 
  
 +
Форма и удлинение лопастей авиамодельных винтов
 +
 +
Самый распространённый вид пропеллера в авиамоделизме ----это двухлопастный винт фиксированного шага.
 
Основные формы задают дизайн, распределение тяги по радиусу, сопромат и технологию изготовления.
 
Основные формы задают дизайн, распределение тяги по радиусу, сопромат и технологию изготовления.
  
Удлинение лопасти Куд-----это соотношение ширины в сечении 0.75 радиуса к полной длине лопасти до оси вращения
+
Удлинение лопасти Куд-----это соотношение ширины в сечении 0.75 радиуса к полной длине лопасти до оси вращения  
+
1) исторически эллипсоидная форма лопасти называется русским винтом при Куд=5-6 обычно слоуфлаеры из термопластика,
+
  
2) прямоугольная  при Куд=7-8 обычно для двс из реактопластика с толстой комлей лопастей,
+
1) исторически эллипсоидная форма лопасти называется русским винтом при Куд=(5--6) обычно слоуфлаеры из термопластика,
  
3) трапецивидная с сужением 2.5-3 и Куд=9-10 типа диджиай стиль и т-моторс,
+
2) прямоугольная  при Куд=(7--8) обычно для двс из реактопластика с толстой комлей лопастей,
  
4) типа китового плавника сложной современной формы Куд=6-8 типа граупнер и аэронавт стиль,
+
3) трапецевидная с сужением (2.5--3) и Куд=(9--10) типа диджиай стиль и т-моторс,
  
5) оригинальной гибридной формы с сужением 2-2.5 и Куд=7-10 типа апс стиль,
+
4) типа китового плавника сложной современной формы Куд=(6--8) типа граупнер и аэронавт стиль,
  
6) усеченный овал с Куд=6-7 скоростные высокооборотные деревянные или пластмассовые,  
+
5) оригинальной гибридной формы с сужением (2--2.5) и Куд=(7--10) типа апс стиль,
  
7) оригинальный винт Книжникова ВВ сложной формы с удлинением лопастей 6-7.
+
6) рассеченный овал типа "палаш" с Куд=(8--9) скоростные высокооборотные деревянные или пластмассовые,
 +
 +
7) оригинальный высокоэффективный малошумный винт Книжникова ВВ сложной формы с удлинением лопастей (6--7) типа слоу-флаер.
  
кпд винта от габаритов
+
[[Файл:формывинтов.jpg]]
Идеальный винт при вращении в упругой среде типа воздух и вода не имеет профильное сопротивление лопастей, трения, срыва потока с лопастей и потерю мощности на закручивание потока !
+
КПД винта ---это соотношение приращенной мощности потока среды  к потребляемой механической мощности вращения винта
+
КПД полёта в целом--- это соотношение поглащенной мощности планером к мех. мощи на валу!
+
  
На практике  начальный кпд или Кв воздушных винтов в большой авиации 0.95 или 95% обусловлен огромными габаритами диаметром 6-8 метров, узкими с большим удлинением лопастями и большим числом Рейнольдса более двух миллионов, низким профильным сопротивлением, малой шероховатостью и низкой частотой вращения 660-780 об/мин и большим относительным шагом, как соотношение шага к диаметру 2.5-3 раза и в полёте  имеет полный кпд около 95% при горизонтальной скорости полёта 700-900 км в час!
+
Кпд винта от габаритов
  
В средней авиации кпд в полёте около 90% при РЕ=1000 000, так как меньше габариты диаметром 4-5 и больше частота вращения 900-1000  при скоростях 500-600 км в час!
+
Идеальный винт при вращении в среде типа воздух  не имеет профильное сопротивление лопастей, трения, срыва потока с лопастей и потерю мощности на закручивание потока !------смотри статью-ликбез "КПД винта"
  
в малой реальный кпд=85% не более при оборотах 1500-1800, диаметр 2-3 метра при скорости 300-400 км в час!
 
  
у сла реальный кпд= 80% при 2400-3000 и диаметр 1.5-1.8 м при 200-250 км в час !
+
КПД пропульсивной системы в полёте (внешний кпд) это соотношение поглощённой мощности планером к мех. мощности на валу! КПДвнеш = Fx Vпол /  M w
  
на бпла и ультролайтах кпд =75% при винтах 1-1.3 метра и частотой 3600-4200  150-180 км в час!
 
 
   
 
   
на больших авиамоделях кпд =70% при диаметрах 0.7 -.0.9м  при 4800-6000 110-130 км в час!
+
На практике начальный кпд или КПДво воздушных винтов в большой авиации 0.95 или 95% обусловлен огромными габаритами диаметром 5-6 метров, много лопастностью 4-8штук, узкими с большим удлинением лопастями и большим числом Рейнольдса более пяти миллионов, низким профильным сопротивлением, малой шероховатостью и низкой частотой вращения 660-780 об/мин и большим относительным шагом, как соотношение шага к диаметру 2.5-3 раза и в полёте имеет полный внешний кпд около 90% при горизонтальной скорости полёта 700-900 км в час!
  
на средних кпд=65% при д=0.4-0.6м ---- 6600-7500 при 80-100!
+
В средней авиации и БПЛА типа "мегадрон" кпд в полёте около 85% при РЕ=3 500 000, так как меньше габариты диаметром 3-4 метра и больше частота вращения 900-1000  при скоростях 500-600 км в час!
  
на малых кпд =60% при д=0.25-0.35 м -----7800-9000 при 65-75!
+
в малой авиации динамический кпд=80% не более при оборотах 1500-1800, диаметр 2-2.5 метра при скорости 300-400 км в час!
  
ну и аля паркфлаеры кпд=55% при д=0.15-0.----10 000-16000 при 50-60 км/ч!
+
у сла и "максидрон" реальный кпд=75% при 2000-3000 и диаметр 1.4-1.8м при 180-250 км в час !
 +
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 +
на гигантских авиамоделях и "мидидрон" кпд=70% при д=65-100см (26-40дюйм)  4000-5000 при 120-160 км/час!
  
летающие игрушки кпд=50% при д=0.1-0.13м----18 000-20 000 при 30-40 км/ч  
+
на больших авиамоделях  кпд=65% при д=40-60см (16-24дюйм) ---- 6000-7000 при 85-110 км/ч!
  
  при скорости потока от винта меньше 40 км в час или 11 м/с полет на моторе не выгоден из-за низкого кпд винта менее 50%!
+
на авиамоделях средних размеров и "минидрон" кпд=60% при д=25-38см (10-15дюйм)-----8000-9000 при 65-80 км/ч!
так как число РЕ для лопастей не более 40 000---- вязкое обтекание!
+
 
 +
на малых авиамоделях аля паркфлаеры и "микродрон" кпд=55% при д=15-23см (6-9дюйм) ----10 000-12000 при 45-60 км/ч!
 +
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 +
детские летающие игрушки кпд=50% при д=10-13см (4-5дюйм)----13 000-15 000 при 35-40 км/ч
 +
 
 +
комнатные авиамодели и импеллера кпд=40-45% при д=5-8см (2-3дюйм)----25 000-30 000
 +
 
 +
для судомоделей гребные винты имеют кпд=30-35% при д=2.5-4см (1-1.6дюйм)
 +
 
 +
Падение внешнего КПД винта при уменьшении диаметра объясняется увеличением частоты вращения для создания необходимой тяги и значит растут центробежные силы толкающие пограничный слой вдоль лопасти от центра к периферии---это вызывает повышение сил трения потока о поверхность пропеллера и потерянная мощность на паразитное закручивание потока!!!
 +
 
 +
 +
при скорости потока от винта меньше 36 км в час или 10 м/с полет на моторе не выгоден из-за низкого кпд винта менее 40%,
 +
так как число РЕ для лопастей не более 40 000---- вязкое, липкое обтекание!
 +
 
 +
то есть летать на низком крейсере на моторе невыгодно,проще выключить вмг и перейти на планирование в динаме или парение в термиках
  
 
частота вращения винта ограничена окружной скоростью кончиков лопастей и не должна превышать скорость звука из-за волнового кризиса, но на практике не более 270 м/с для ла!
 
частота вращения винта ограничена окружной скоростью кончиков лопастей и не должна превышать скорость звука из-за волнового кризиса, но на практике не более 270 м/с для ла!
  
относительное скольжение винта и угол атаки
+
 
 +
Относительное скольжение винта и угол атаки
 +
 
 
Приведенный угол атаки лопасти условно считается на сечении 0.75 радиуса----но на самом деле угол атаки минимален на кончике и максимален в комле, но это компенсируется изменением формы профиля и ширины лопасти для более равномерного распределения силы тяги и момента аэродинамического сопротивления по длине лопасти!
 
Приведенный угол атаки лопасти условно считается на сечении 0.75 радиуса----но на самом деле угол атаки минимален на кончике и максимален в комле, но это компенсируется изменением формы профиля и ширины лопасти для более равномерного распределения силы тяги и момента аэродинамического сопротивления по длине лопасти!
  
Разница между геометрическим шагом и поступью на стопе задаёт скольжение!
+
Разница между геометрическим шагом Н и поступью h задаёт скольжение!
 +
Так как угол атаки лопасти к набегающему  потоку  в горизонтальном полёте зависит только  от относительного скольжения Кскол=(Но-h)/Но=1-Купор, а само скольжение зависит от режима полёта или потребной тяги то получается, что для квадратного винта
  
Так как угол атаки лопасти к набегающему  потоку  в горизонтальном полёте зависит только  от относительного скольжения, а само скольжение зависит от режима полёта или потребной тяги то получается, что для квадратного винта
+
При пикировании в 30гр винт полностью разгружен и скольжение равно нулю и угол атаки нулевой и нет тяги---вырождение тяги при полном газе
При пикировании в 30гр винт полностью разгружен и скольжение равно нулю и угол атаки нулевой---вырождение
+
 
   
 
   
1) при пологом снижениив 5-10гр скольжение  минимально 0.05-0.07 и угол атаки всего 1-1.5 гр,
+
1) при пологом снижении в (5--10)гр скольжение  минимально (0.05--0.07) и угол атаки всего (1--1.5)гр,
  
2) при полном газу на максимальной скорости полета скольжение уже 0.1 и угол атаки 2 градусов!
+
2) на максим скорости горизонтального полета скольжение уже 0.1 и угол атаки 2 градусов!
  
3) при полёте в пологую горку 20-30 гр возвышения или мягком вираже скольжение 0.2-0.25 и угол атаки 4-5 гр,
+
3) при полёте в пологую горку (20--30)гр возвышения или мягком вираже скольжение (0.2--0.25) и угол атаки (4--5)гр пол-тяги от  стопа,
  
4) при полёте в 40-50 гр возвышения  или среднем вираже скольжение 0.3-0.35 и угол атаки 6-7гр,
+
4) при полёте в (40--50) гр возвышения  или среднем вираже скольжение (0.3--0.35) и угол атаки (6--7)гр,
  
 
5) при крутой горке  в 60 гр или крутом вираже скольжение  0.4 и угол атаки 8 гр,
 
5) при крутой горке  в 60 гр или крутом вираже скольжение  0.4 и угол атаки 8 гр,
  
6) при вертикальном полёте вверх  скольжение 0.45  и угол атаки максимален 9 гр,
+
6) при вертикальном полёте вверх  скольжение 0.45  и угол атаки 10 гр----пик тяги,
  
7) на стопе скольжение квадратного винта 0.55 максимально ---- рабочий угол атаки 12  градусов!  
+
7) на стопе скольжение квадратного винта 0.55 максимально ----срыв потока и рабочий угол атаки максимален 13 градусов!  
  
все самолётные винты сильно разружают мотор на полном газу  по моменту сопротивления при прямолинейном горизонтальном полёте ла в 1.1-1.7 раз относительно режима на стопе и соответственно пропорционально падает потребляемая мощность и ток для эму----и как следствие падает текущая сила тяги от винта в полёте на максимальной горизонтальной воздушной скорости до запирания силой общего аэродинамического сопротивления планера бпла!!!  
+
падает текущая сила тяги от винта в полёте на максимальной горизонтальной воздушной скорости до запирания силой общего аэродинамического сопротивления планера бпла и как следствие все самолётные винты сильно разгружают мотор на полном газу  по моменту наведённого сопротивления при прямолинейном горизонтальном полёте ла в 1.1-1.7 раз относительно режима на стопе и соответственно пропорционально падает потребляемая мощность и ток для эму!
  
Вв является адаптивным движителем в зоне рабочих углов атаки лопасти в набегающем потоке в диапозоне 1-12гр----то есть при выполнении силовых фигур типа вираж, петля, где образуется перегрузка или горка с повышением тяги, пропеллер сам нагружет мотор мощностью с ростом от относительного скольжения и падения скорости полёта при полном газу!
+
для поршневого ДВС механический момент силы сопротивления на валу наведённого тягой с учётом КПД двухлопастного винта  ----М(Нм)=0.8Fст Н/2ПИ !
 +
 
 +
Вв является адаптивным движителем в зоне рабочих углов атаки лопасти в набегающем потоке в диапазоне 1-12гр----то есть при выполнении силовых фигур типа вираж, петля, где образуется перегрузка или горка с повышением тяги, пропеллер сам нагружает электромотор мощностью с ростом от относительного скольжения и падения скорости полёта при полном газу!
 
Это хорошо слышно по изменению частота вращения винта и тону воя от режима полета во время высшего пилотажа.
 
Это хорошо слышно по изменению частота вращения винта и тону воя от режима полета во время высшего пилотажа.
  
режим полета и эффективность пропеллера
 
Из институтского курса лопаточных машин--- все типы крыльчаток осевых и центробежных это лишь разновидность винта----преобразователя мощности потока в механическую вращения при генерации, когда поступь больше шага и поток тормозится  и наоборот при режиме движителя ----поступь меньше шага, а поток ускоряется!
 
  
 +
Режим полета и эффективность пропеллера
 +
 +
График зависимости по экспоненте тяги ВВ на стопе от изменяемого шага при диаметре D=20см и Кв=(0.1--1.6), частота вращения постоянна 10 000 об/мин----слева красным сила тяги, справа синим теоретическая скорость потока!
 +
 +
Хорошо видно перелом роста тяги при Кв=Н/D=12см/20см=0.6----это начало срыва потока с лопастей, начинает сильно расти момент сопротивления на валу!!!
 +
 +
[[Файл:Тяга ВИШ1.jpg]]
 +
 +
Из институтского курса лопаточных машин--- все типы крыльчаток осевых и центробежных это лишь разновидность винта----преобразователя мощности потока в механическую вращения при генерации, когда поступь больше шага и поток тормозится  и наоборот при режиме движителя ----поступь меньше шага, а поток ускоряется!
 
На  винтах серединная часть ометаемой площади не работает на тягу и соотношение паразитной части может достигать до 10-15% от общей и зависит от формы лопастей и конструктива комли---получается дырка в блине ----- это также уменьшает тягу и кпд винта! Поэтому КПД преобразования не превышает 90% даже при больших размерах !
 
На  винтах серединная часть ометаемой площади не работает на тягу и соотношение паразитной части может достигать до 10-15% от общей и зависит от формы лопастей и конструктива комли---получается дырка в блине ----- это также уменьшает тягу и кпд винта! Поэтому КПД преобразования не превышает 90% даже при больших размерах !
  
Так как тяга винта для самолётов не играет существенной роли от  стопа до скорости сваливания, то шаг  подбираеться так, чтобы срыв потока на лопастях пропадал именно на границе сваливания ла, называется подхват----то есть на стопе мотор немного перегружен по моменту сопротивления при винте фиксированного шага или вфш, чем выше нагрузка на крыло тем больше скорость сваливания  и крейсер!
+
Так как тяга винта для самолётов не играет существенной роли от  стопа до скорости сваливания, то шаг  подбирается так, чтобы срыв потока на лопастях пропадал именно на границе сваливания ла, называется подхват----то есть на стопе мотор немного перегружен по моменту сопротивления при винте фиксированного шага (ВФШ), чем выше нагрузка на крыло тем больше скорость сваливания  и крейсер!
И поэтому для каждого режима полета есть оптимальный относительный шаг, когда эффективность винта максимальна
+
  
1) Пик тяги рассчитанный на скорость планирования с АКмах или 1.2-1.3 скорости сваливания даёт максимальную  скороподъёмность типичное соотношение шага к диаметру 0.6--0.7 ----
+
И поэтому для каждого режима полета есть оптимальный относительный шаг, а также форма и профиль лопастей, когда внешняя эффективность винта максимальна
  
2) Высокий крейсер или 1.6-2.0 скорости сваливания дает пик кпд на винте H/D = 0.8-0.9----
+
1) Пик тяги рассчитанный на скорость планирования с АКмах или Кск=(1.2--1.3) скорости сваливания даёт максимальную  скороподъёмность типичное соотношение шага к диаметру Кв=H/D=(0.6--0.7) при КПДвнеш=60%--63% соответственно---режим боевого пилотажа с минимальными радиусами виража и петли
 +
 
 +
2) Высокий крейсер или Кск=(1.6---2.0) скорости сваливания дает пик кпд на винте с Кв=(0.8--0.9) при КПДвнеш=65%--67%---режим круиза для бпла
 
   
 
   
3) Пик скорости на гонках 1.0-1.1 шага к диаметру винта---правда долго разбегаться будет при винте фиксированного шага
+
3) Пик скорости на гоночных ла или Кск=(3--4) и  Кв=(1.0--1.2) при КПДвнеш=69%--71%--правда долго разбегаться будет при винте фиксированного шага---режим гонки или нужен дополнительный ускоритель в виде тягача, или резиновая катапульта, или пороховой  двигатель, или сразу ВИШ !
или нужен дополнительный ускоритель в виде тягача или резиновая катапульта  или пороховой  двигатель или сразу виш !
+
 
   
 
   
4) Тяговые винты с  H/D = 0.4-0.5  имеет смысл использовать лишь в случае  пика тяги на стопе, когда приходиться вертикально стартовать с малых площадок  и быстро набрать безопасную высоту---- правда кпд этих винтов в горизональном полете очень низок---поэтому выгодней летать импульсами----короткий крутой набор высоты с углом 60-80 град потом долгое планирование с максимальным аэрокачеством--- процесс повторяется с высоты 50-60  и до 300-500м для мотопланеров  !
+
4) Тяговые винты с  Кв=(0.4--0.5) типа коптерный "слоуфлай" имеет смысл использовать лишь в случае  пика тяги на стопе (3Д-пилотаж), когда приходиться вертикально стартовать с малых площадок  и быстро набрать безопасную высоту---- правда эффективность этих винтов в горизонтальном полете очень низка при КПДвнеш=40%-50%---поэтому выгодней летать импульсами----короткий крутой набор высоты с углом 60-90 град потом долгое планирование с максимальным аэрокачеством--- процесс повторяется с высоты (50--60 и до (300--500)м для мотопланеров  !
  
оптимальный диаметр винта от миделя ла
+
Оптимизация лопасти авиамодельного ВВ
Шаг винта Ш определяет желаемую скорость полёта----- при постоянной частоте вращения!
+
Чем меньше шаг, а значит и меньше скорость, тем больше ометаемая площадь,а значит больше тяга при той же мощности!
+
эмпирика для авиамодельных винтов постоянная для конкретной вмг H1+D1=H2+D2
+
  
Мидель всего планера  определяет аэросопротивление полёту, а ометаемая площадь винтом  определяет тягу на установившейся скорости в горизонте ----или как эффективно протащить тушку самолёта сквозь плотность воздуха!
+
1) по удлинению лопасти, чем выше частота вращения тем уже лопасть----ширина в середине b=(0.1трапеция--0.14плавник--0.2эллипс)(D Н)^0.5
Ометаемая площадь винтом или так называемый волшебный диск и полный мидель планера имеют оптимальную эмпирическую зависимость от режима полёта и класса ла----
+
Квм это соотношение ометаемой площади, как 0.78 х на квадрат диаметра пропеллера к миделю следующие----- при эмпирическом тождестве (0.78 D2/Sм) x (H/D)= Квм (H/D)=1=константа!
+
  
1) крейсер и гонка по прямой Квм=0.8-1 при относительном шаге винта H/D=1.2-1 для бпла----
+
2) по форме лопасти, чем саблеобразней передняя кромка тем тише шум от винта----радиус кривизны пер.кромки равен диаметру винта Rкромки=Dвинта
тогда диаметр воздушного винта равен квадратному корню из миделя Dвинт =(Sмид )0.5!
+
  
2) спокойный пилотаж  Квм=1.1-1.2 при H/D=0.9-0.8 для  тренеров и мотопланеров
+
3) по профилю лопасти, чем выше несущие свойства крыла ла тем вогнутее профиль лопасти---- Сулоп=1.25Сумах
  
3) энергичный пилотаж и круговой бой Квм=1.4-1.6 при H/D=0.7-0.6 для пилотаг и бойцовок
+
смотри статью "инженеринг винта-ликбез"
 +
  
4) силовой 3д-пилотаж и  вертикальный взлёт для парителей Квм=2.0-2.5 при H/D=0.5-0.4 
 
Чтобы найти площадь диска надо коэффициент умножить на мидель планера и затем перевести диск в диаметр винта!
 
формула перерасчёта винта по миделю планера H=1.3(Sмид/D)
 
  
 +
Практика замеров
  
практика замеров
+
Сила тяги вв прямо пропорциональна плотности воздуха ро, кол-во лопастей (n^0.67), профилю лопасти Сумах и обратно удлинению лопасти Куд---Кпроп
Все производители моторов рекомендуют диаметр и шаг допустимых винтов, тогда достаточно замерить тягу безменом и частоту вращения винта тахометром прямо на модели на стопе-----например винт слоуфлаер 10/4 или D=254мм и H=102мм
+
  
1)  поступь винта на стопе у моря равна соотношению квадратного корня из силы тяги к произведению диаметра на частоту К1=h=(F)0.5/(0.95Df) характеристка №1---- например (5.3н)0.5/( 0.95х0.254м х 110гц)=2.3/26.5=0.086м=86мм -----скорость потока на стопе это произведение поступи на частоту 0.086м х 110гц=9.5м/с
+
Тяга пропеллера на стопе на уровне моря-----Fст=0.9(D h fст)^2=Квв D Н (D fст)^2, где fст ---частота вращения винта на стопе в оборотах в секунду!!!
  
2) соотношение тяги к квадрату частоты К2=Fт / f2 есть х-ка №2 по тяге для винта постоянного шага  Например при тяге в 530 г силы делить (110 гц)2 получаем 0.044 г/гц2 или 0.00044н/гц2 --- потом просто пересчитывается тягу на другую частоту вращения!
+
для двух-лопастного скоростного вв с тонким плосковыпуклым Сулоп=(1.0--1.1) и Кв=(0.9--1.1)-----Fгонка=0.18 D Н (D fст)^2 и h=0.45(D Н)^0.5
  
3) соотношение мощности к кубу частоты вращения К3=P/f3=К2 h х-ка №3 винта по мощности потока
+
с толстым плосковыпуклым профилем Сулоп=(1.2--1.3) для узких лопастей Куд=(10--9) и Кв=(0.7--0.8)----Fсамолёт=0.225 D Н (D fст)^2 и h=0.5(D Н)^0.5
можно расчитать как произведение коэф тяги на поступь винта на стопе К2 х h  ----самая главная характеристика винта!!!
+
например 0.00044н/гц2 х 0.086 м =0.000038дж/гц2, тогда Рм=0.000038дж/гц2 х (110гц)3=50вт!
+
  
4) аэродинамическое качество винта ---- это соотношение  длины окружности диаметра винта к шагу
+
со слабо вогнутовыпуклым  Сулоп=(1.4--1.5) для нормальных лопастей Куд=(8--7) и Кв=(0.5--0.6) -----Fпилотаж=0.27 D Н (D fст)^2 и h=0.55(D Н)^0.5
АКВ =3.14 х D / H  или 3.14 делить на относительный шаг-----например 3.14 х 0.25 м / 0.1м=7.9 единиц-----тогда окружная скорость кончиков лопастей будет в в 7.9 больше осевой скорости потока в полёте, тоесть при 30м/с х7.9=237м/с меньше 270 м/с
+
  
5) число Рейнольдса для лопасти должно превышать 80 000----Re=0.165bDf , где b-ширина лопасти на 0.75 радиуса в мм, D-диаметр винта в мм, f-частота вращения в обор/сек  или Re=2.75bDf если частота дана в тысяч обор/мин
+
с сильно вогнутовыпуклым "слоуфлаер" Сулоп=(1.6--1.8) для широких лопастей Куд=(6--5) и Кв=(0.3--0.4)-----Fкоптер=0.32 D Н (D fст)^2 и h=0.6(D Н)^0.5
например при ширине лопасти 18мм и диаметр 230мм и частоте 7.2 тысяч об/мин получаем 2.75х18х230х7.2=81 972!!!
+
внимание---ширина кончика лопасти также должна работать при Re болеее 80 000--- Re=3.66bDf =3.66х13.5х230х7.2=81 823
+
иначе только лишний момент сопротивления и кончик не полностью работает на тягу!
+
  
Полезная мощность движителя на стопе равна произведению тяги на приращенную скорость потока в плоскости винта! Pполез=Fv=Fhf
+
для трёхлопастного вв тяга в (0.5n)^0.67=1.5^0.67=1.3 раза больше------для четырёхлопастного вв тяга в 2^0.67=1.6 раза больше, чем у двухлопастного!!!
  
связка динамики винта с электромеханикой мотора ---фундаментальная формула тока на стопе по методу Книжникова ВВ
+
Все производители моторов рекомендуют диаметр и шаг допустимых винтов, тогда достаточно замерить тягу безменом и частоту вращения винта оптическим тахометром прямо на модели на стопе-----например винт 10х5 или D=254мм и H=127мм!
сила тока в амперах на полном газу = тяга в ньютона х поступь  винта в метрах х электро механическая константа бк мотора в обороты в секунду на вольт делить на кпд винта стопа плюс ток холостого хода
+
Проблема в том, что разные производители пропеллеров указывают разный параметр шага винта (второе значения в дюймах, первое это диаметр----некоторые пишут максимальный шаг нулевой тяги-Но=1.25Н, другие геометрический шаг-Н, третьи поступь винта-h на стопе!
 +
Поэтому только практические замеры тяги и оборотов на стопе дадут истинную картину хар-ки винта!!!
 +
 
 +
1) К1 поступь винта на стопе у моря равна соотношению квадратного корня из 1.1 силы тяги к произведению диаметра на частоту h=(1.1Fст)^0.5/(Dfст) характеристика №1---- например (1.1х5.3н)^0.5/( 0.254м х 100гц)=2.41/25.4=0.0952м=95мм -----осевая скорость потока в плоскости винта на стопе это произведение поступи на частоту Vв=h fст=0.0952м х 100гц=9.52м/с
 +
 
 +
2) К2 аэродинамическая тяжесть ВВ по тяге это соотношение тяги к квадрату частоты Fст/f^2 есть х-ка №2 по тяге для винта постоянного шага  Например при тяге в 530 г силы делить (100 гц)^2 получаем 0.053 г/гц2 или 0.00053н/гц2 --- потом просто пересчитывается тягу на другую частоту вращения!красная
 +
 
 +
3) К3 аэродинамическая тяжесть ВВ по мощности это соотношение мощности потока на стопе к кубу частоты вращения Pст/f^3---это х-ка №3 винта по мощности потока
 +
можно рассчитать как произведение х-ки№2 тяги на поступь винта на стопе ----самая главная характеристика винта!!!
 +
например  0.00053н/гц2 х 0.0952 м =0.0000504дж/гц2, тогда Рпот=0.0000504дж/гц2 х (100гц)^3=50.4вт!
 +
Тогда механическая мощность на валу Рмех=Рпот/КПДвнут=50.4/0.85=59вт!!!синяя
 +
 
 +
[[Файл:Тяга и моща вв.jpg]]
 +
 
 +
4) аэродинамическое качество винта ---- это соотношение длины окружности диаметра винта к шагу
 +
АКВ =3.14 х D / H ----например 3.14 х 0.254 м / 0.1м=8 единиц, тогда окружная скорость кончиков лопастей будет в в 8 больше осевой скорости потока в полёте, то есть 8х9.5м/с=76м/с меньше 270 м/с!
 +
 
 +
5) число Рейнольдса для лопасти должно превышать 60 000----Re=162bDf , где b-ширина лопасти на 0.75 радиуса в мм, D-диаметр винта в м, f-частота вращения в обор/сек
 +
например при ширине лопасти 17мм и диаметр 230мм и частоте 6 000 об/мин или 100 гц  получаем 162х17х0.23х100=61 667!!!
  
I = ( F h Ku)/КПДв + Iхх ---для скоростных винтов  самолётов ш/д=0.6-1.1
 
  
I =  F Н Ku--- удобно для тяговых винтов коптеров ш/д=0.3-0.5
 
 
 
например  для коптерного винта с шагом=10см на полном газу  ---10н х 0.1м х 10гц/в = 10а сила тока!
 
тогда сразу подбирается мотор с потребляемым током не менее 10а и соответствующий регулятор хода
 
 
   
 
   
Потребляемая мощность электро-вмг на стопе на полном газу приближенно равна произведению тяги на максимальную теоритическую скорость потока от винта (шаг х частоту вращения)! Pпотреб=FVмах=FНf=UI
+
Потребляемая электромощность  ВМГ на стопе ( Ватт) приближенно равна произведению силы тяги на стопе (Ньютон) на теоретическую скорость потока от винта (метры/сек) или (геометрический шаг(метр) х частоту вращения под нагрузкой (обор/сек=Герц)!
на практике зная четыре переменных всегда можно найти пятую неизвестную с точностью + -5%---например
+
  
1) тягя F=(UаккуIпотр)/(Нfнаг)=(10а х12в)/ (0.12м х 200гц)=120вт/24м/с=5н=500г силы
+
Pэл=Fст Vтеор=Fст Н fст=Uакку Iст-----это самая главная формула для электро-авиамоделей самолётов !
  
2) сила тока Iпотр= (FНfнаг)/Uакку=(10н х 0.1м х120гц)/15в=120вт/15в=
+
например Рэл=5.3Н х 0.127м х 100Гц=5.3Н х 12.7м/с=67.2вт=6А х 11.2В
  
3) частота fнаг=(UаккуIпотр)/(FН)=(24в х15а)/(12н х 0.15м)=360вт/1.8нм=200обор/сек
+
на практике зная четыре переменных всегда можно найти пятую неизвестную с точностью + -10%---например
  
4) шаг Н=(UаккуIпотр)/(fнагF)= (50в х100а)/(125гц х160н)=5000вт/20000нгц=0.25м
+
1) тяга Fст=(Uакку Iст)/(Н fнаг)=(12В х 10А)/ (0.12м х 200гц)=120вт/24м/с=5Н=500г силы
 +
 
 +
2) сила тока Iст= (Fст Н fнаг)/Uакку=(10Н х 0.1м х 120Гц)/15В=120вт/15В=8А
 +
 
 +
3) частота fнаг=(Uакку Iст)/(FН)=(24В х 15А)/(12Н х 0.15м)=360вт/1.8Нм=200Гц
 +
 
 +
4) шаг Н=(UаккуIпотр)/(fнагF)= (50В х 100А)/(125Гц х 160Н)=5000вт/20000ГцН=0.25м
 +
 
 +
более подробно смотри статью "Предел э-ЭМУ-ликбез"
 +
 
 +
 
 +
Промышленные винты
  
промышленные винты
 
 
Цены  на  пропеллеры  в магазине одного типоразмера  могут различаться  в 4-5 раз------объясняется это в первую очередь брендом, материалом и качеством исполнения!
 
Цены  на  пропеллеры  в магазине одного типоразмера  могут различаться  в 4-5 раз------объясняется это в первую очередь брендом, материалом и качеством исполнения!
Самое главное это симметричность геометрии лопастей для динамической балансировки и  моменты инерции для статической балансировки-----обычно дорогие  изначально  сбалансированны, но лучше сразу в магазине проверить магнитным балансиром или хотя бы на отвертке----если дисбаланс большой, то лучше не покупать !
+
Самое главное это симметричность геометрии лопастей для динамической балансировки и  моменты инерции для статической балансировки-----обычно дорогие  изначально  сбалансированы, но лучше сразу в магазине проверить магнитным балансиром или хотя бы на отвертке----если дисбаланс большой, то лучше не покупать !
Жесткость лопастей на кручение должны соответствовать частоте вращения------например для медленных слоуфлаеров небольшая эластичность допускается, а для скоростных это неприемлимо может зафлаттерить-----при вибрациях разрушается пограничный слой на профиле и правильное обтекание лопасти,что приводит к резкому падению тяги и кпд вмг в целом!
+
Жесткость лопастей на кручение должны соответствовать частоте вращения------например для медленных слоуфлаеров небольшая эластичность допускается, а для скоростных это неприемлемо может зафлатерить-----при вибрациях разрушается пограничный слой на профиле и правильное обтекание лопасти,что приводит к резкому падению тяги и кпд вмг в целом!
 
В профессиональной авиации обычно используются винты из легких металлических сплавов или угле-стекло-композитов----
 
В профессиональной авиации обычно используются винты из легких металлических сплавов или угле-стекло-композитов----
 
в хобби широко распространены монолитные деревянные винты из твёрдых сортов и из термопластиков с прочными армирующеми нитями  ----в авиамоделизме металлические пропеллеры строго запрещены!
 
в хобби широко распространены монолитные деревянные винты из твёрдых сортов и из термопластиков с прочными армирующеми нитями  ----в авиамоделизме металлические пропеллеры строго запрещены!
  
складные винты
+
 
 +
Складные винты
 +
 
 
Для бпла типа мотопланер актуально применение  в режиме планирования в термичке винтов со складывающимися по потоку лопастями состоящего из хаба, кока и лопастей!
 
Для бпла типа мотопланер актуально применение  в режиме планирования в термичке винтов со складывающимися по потоку лопастями состоящего из хаба, кока и лопастей!
Главное обеспечить приемлимое охлаждение бк электромотора типа аутрайнер позади затеняющего кока в моторном режиме набора высоты , для этого в торце площадки хаба просверленны винтиляционные отверстия ,чтобы поток лизал не только вращающийся стакан с магнитами, но и затекал в передний торец мотора для охлаждения обмоток статора, очень важно в применении летом в жару!
 
Самым слабым звеном складных лопастей является комля с вращающейся осью---так как центробежные силы приходят на очень малую площадь контакта, то ни в коем случае нельзя превышать предельную частоту вращения винта иначе опасный отстрел лопасти и страшное биение вмг !
 
например ----
 
  
1) винт диаметром 305мм и шагом 190мм имеет гарантированный предел в 7000 оборотов в мин-----
+
Главное обеспечить приемлемое охлаждение бк электромотора типа аутрайнер позади затеняющего кока в моторном режиме набора высоты , для этого в торце площадки хаба просверлены вентиляционные отверстия ,чтобы поток лизал не только вращающийся стакан с магнитами, но и затекал в передний торец мотора для охлаждения обмоток статора, очень важно в применении летом в жару!
 
   
 
   
2) винт диаметром 280мм и шагом 180мм имеет предел в 8000 оборотов в мин-----
+
Самым слабым звеном складных лопастей является комля с вращающейся осью---так как центробежные силы приходят на очень малую площадь контакта, то ни в коем случае нельзя превышать предельную частоту вращения винта иначе опасный отстрел лопасти и страшное биение вмг !
 +
 
 +
Центробежная сила на разрыв ----Fцб(Н)=1.3 mлоп(кг) Rцм(м) w^2, где круговая частота w(рад/с)=2ПИ f(Гц), и радиус до центра масс одной лопасти Rцм(м)
 +
 
 +
например складной винт 7х5 имеет лопасть массой в 4г=0.004кг и цм лопасти от оси вращения вала 4см=0.04м,тогда Fцб(Н)=1.3 х 0.004кг х (6.28 х 200 об/с)^2 х 0.04м=0.00016кгм х (1256 рад/с)^2= 0.00016 х 1 577 536=330Н=33кгс---- для современных пластмасс при модуле разрушения на разрыв 10кгс/мм2 и запасе прочности 1.62 получаем не менее 5мм2 сечения комли лопасти в узле складывания!!!
 +
 
 +
Так если на стенде на полном газу частота вращения не превышает предел, то при пикировании на полном газу винт облегчается и мотор может повысить обороты в 1.2 раза от стопа и центробежная сила на разрыв увеличится в 1.44 раза и приведёт к разрушению ступицы или комли лопасти!!!
 +
 
 +
например промышленные хабы и лопасти отлитые из термопластика----
 +
 
 +
1) винт 12х9 диаметром 305мм и шагом 230мм имеет гарантированный предел в 6 000 оборотов в минуту при тяге на стопе на уровне моря 15Н=1.5кгс
 
   
 
   
3) винт д255мм ш170мм при 9000---
+
2) винт 11х8 диаметром 280мм и шагом 205мм имеет  предел ----7 000 об/мин при тяге на стопе 13Н=1.3кгс
 
   
 
   
4) винт д230мм ш160мм 10 000----
+
3) 10х7 д255мм ш180мм ---- 8 000 и 11н=1.1кгс
 
   
 
   
5) д200мм ш150мм 11 000---
+
4) 9х6.3 д230мм ш160мм ----9 000 и 10н
  
6) д190мм ш140мм 12 000---
+
5) 8х6 д200мм ш150мм ----10 000----9н
  
7) д180мм ш130мм 13 000----
+
6) 7.5х5.5 д190мм ш140мм ----11 000----
  
8) д170мм ш120мм 14 000-----
+
7) 7х5 д180мм ш130мм ----12 000----
  
9) д160мм ш110мм 15 000---
+
8) 6.8х4.8 д170мм ш120мм ----13 000----6н
  
10) д150мм ш100мм 16 000---  
+
9) 6.3х4.4 д160мм ш110мм ----14 000---5.5н
 +
 
 +
10) 6х4 д150мм ш100мм ----15 000---
 +
 +
[[Файл:складной.jpg]]
 +
 
 +
Физический анализ  упругости винтов
  
физический анализ  упругости винтов
 
 
Есть несколько граничных частот работы винта!
 
Есть несколько граничных частот работы винта!
  
Строка 222: Строка 292:
 
2) крутильная резонансовая частота отвечает за флаттер лопастей характеризуется воем!
 
2) крутильная резонансовая частота отвечает за флаттер лопастей характеризуется воем!
  
3) частота вращения определяется прочностью комли лопасти на разрыв от ценробежных сил!
+
3) частота вращения определяется прочностью комли лопасти на разрыв от центробежных сил!
 
   
 
   
Так как добротность поперечного резонанса не высока--больше похожа на холмик в небольшом диапозоне частот --она не опасна! А вот крутильные или флаттер может привести к разрушению при затягивании процесса ---обычно производители самолетных винтов ведут расчет в первую очередь прочности на разрыв от центробежных сил и автоматом получают высокую жесткость -а значит высокую поперечную и крутильную частоты резонанса заведомо выше рабочего диапозона!  Упругость можно использовать, как режим адаптации к косому потоку, так как начинающиеся крутильные автоколебания будут помогать подкручиваться лопастям в оптимальные углы атаки  
+
Так как добротность поперечного резонанса не высока--больше похожа на холмик в небольшом диапазоне частот --она не опасна! А вот крутильные или флаттер может привести к разрушению при затягивании процесса ---обычно производители самолетных винтов ведут расчет в первую очередь прочности на разрыв от центробежных сил и автоматом получают высокую жесткость -а значит высокую поперечную и крутильную частоты резонанса заведомо выше рабочего диапазона!  Упругость можно использовать, как режим адаптации к косому потоку, так как начинающиеся крутильные автоколебания будут помогать подкручиваться лопастям в оптимальные углы атаки!
У лопастей винта  центробежная сила на разрыв тела в комле лопасти обычно на порядок выше силы тяги -----поэтому корневища лопасти делают толстым монолитом или мясистым!
+
У лопастей авиамодельного винта  центробежная сила на разрыв тела в комле лопасти обычно 40-50 раз больше силы тяги -----поэтому корневища лопасти делают толстым монолитом или мясистым!
  
воздушные импеллеры
+
более подробно смотри статью "механические резонансы-ликбез"
импеллер  или  многолопастный винт с малым диаметром и относительно  большим шагом в профилированной трубе ---это преобразователь механической мощности вращения в кинетическую мощность потока с высокой выходной скоростью и относительно малой тягой
+
 
1) типичный относительный шаг многолопастного винта 3-4 диаметра в больших турбовинтиляторных двигателях и 1.5-2 у авиамодельных импеллерах-----чем больше относительный шаг, тем больше кол-во лопастей по тождеству  n=(3-5)(H/D)!
+
 
 +
Воздушные импеллеры
 +
 
 +
импеллер  или  многолопастный винт с малым диаметром и относительно  большим шагом в профилированной трубе ---это преобразователь механической мощности вращения в кинетическую мощность потока с высокой выходной скоростью и относительно малой тягой
 +
 
 +
1) типичный относительный шаг многолопастного винта 3-4 диаметра в больших турбовентиляторных двигателях и (1.5--2) у авиамодельных импеллерах-----чем больше относительный шаг, тем больше кол-во лопастей по тождеству  n=(3--5)(H/D)![https://www.youtube.com/watch?v=s9MJMSYa_2k]
  
 
2) желательно чтобы кол-во лопастей в крыльчатке было больше и не кратно спрямляющим лопаткам ---например 4 лопасти и 3 лопатки или 6 лопастей и 5 лопаток----это связанно с частотой и амплитудой паразитной пульсацией локальных скачков давления между лопастью и лопаткой---чем тише и выше  по тону звук, тем выше кпд импеллера !
 
2) желательно чтобы кол-во лопастей в крыльчатке было больше и не кратно спрямляющим лопаткам ---например 4 лопасти и 3 лопатки или 6 лопастей и 5 лопаток----это связанно с частотой и амплитудой паразитной пульсацией локальных скачков давления между лопастью и лопаткой---чем тише и выше  по тону звук, тем выше кпд импеллера !
  
3) для золотого импеллера  обычно длина входной горловины равняется одному радиусу крыльчатки, длина спремляющего аппарата один радиус и длина сопла 1.25 радиусам ---итого общая длина конструкции равна 1.62 диаметрам крыльчатки!  
+
3) для золотого импеллера  обычно длина входной горловины равняется одному радиусу крыльчатки, длина спрямляющего аппарата один радиус и длина сопла 1.25 радиусам ---итого общая длина конструкции равна 1.62 диаметрам крыльчатки!  
есть эмпирика ----длина фена равна шагу крыльчатки L= H,чем длинее труба, тем больше потери потока на трение о стенки!
+
есть эмпирика ----длина фена равна шагу крыльчатки L= H, чем длиннее труба, тем больше потери потока на трение о стенки!
 +
 
 +
4) соотношение входной площади губы к площади среза сопла не более 2 единиц или коэффициент сужения потока (1.4--2)-----а диаметр входного патрубка больше диаметра крыльчатки в (1.1--1.2) раза!
 +
 
 +
5) соотношение входного сечения импеллера к полному миделю самолёта  (0.2--0.25) для реактивных полукопий!
 +
 
 +
читай статью "история импеллера"-----
 +
 
 +
Особенности применения импеллеров для реалистического полёта----
 +
 
 +
1)тяговооруженность на старте при полном газу не более 0.7
 +
 
 +
2)сумма площадей воздуховода (входных отверстий и щелей) не менее двух площадей сопла
 +
 
 +
3)профиль лопастей крыльчатки желательно вогнуто выпуклый
 +
 
 +
4)масса липо акку в граммах эмпирически равна мощности потребления  в ваттах на стопе
 +
 
 +
5)размашистый пилотаж----большие радиусы поворотов, петли с пикирования, угол подъёма в горку не более 30 градусов
 +
 
 +
6)диаметр крыльчатки ----это половина САХ крыла
 +
 
 +
7)коэф. перекрытия лопастей не менее 0.6
 +
 
 +
управляемый вектор тяги---[https://www.youtube.com/watch?v=5or-egAm_4g]
 +
 
 +
[[Файл:импеллер.jpg]]
  
4) соотношение входной площади губы к площади среза сопла не более 2 единиц или коэффициент сужения потока 1.4- 2-----а диаметр входного патрубка больше диаметра крыльчатки в 1.1-1.2 раза!
 
  
5) соотношение входного сечения импеллера к полному миделю самолёта 0.2-0.25 для реактивных полукопий!
+
  Тяга винта в динамике при тяговооруженности на стопе Тст=1  эмпирически-----  Fпол=0.5Fст(H/D)^0.
  
расчёт тяги и мощи импеллеров
+
На практике тяга винта в горизонтальном полёте на полном газу меньше в (2--3) раза от тяги на стопе----
Для большинства импелеров с относительным шагом 1.5-1.6, где поступь  примерно равна диаметру крыльчатки, есть простой  расчёт силы тяги (ньютон) на уровне моря равной------ эмпирика по Книжникову ВВ
+
  
произведению диаметра крыльчатки D(метр) в четвертой степени и частоты вращения f(герц) во второй степени------например  F= D4 f2 =(0.075м)4 х( 500гц)2=0.000032м4 х 250 000гц2=8н=800 грамм силы!
+
1) падение тяги примерно в два раза у скоростных винтов (квадратные)для гонок и у импеллеров на максимальной горизонтальной  скорости
механическая  мощность на валу (ватт) равна произведению тяги на диаметр и на частоту----например
+
  
8н х0.075м х500гц= 8н х37.5м/с=300 вт! Тогда электрическая потребляемая мощность при кпд бк мотора 75% будет 375 вт!
+
2 )падение в два с половиной раза у пилотажных самолётных винтов с относительным шагом  Ш/Д=(0.6--0.8)
  
для электропривода в импеллерах справедлива эмпирика---сила тока эд наведенная тягой это произведение силы тяги в ньютонах на диаметр крыльчатки в метрах  и на кв мотора в герцах на вольт!  I=F D Kv
+
3) падение в три раз у тяговых и коптерных винтов с Ш/Д=(0.4--0.5)
например 8н х 0.075мм х 50гц/в=0.6х50=30а!
+

Текущая версия на 16:56, 15 ноября 2024

Воздушные винты-----автор Книжников ВВ

Определение

Воздушный винт (ВВ) это разновидность осевой крыльчатки для создания реактивной тяги----более подробно смотри статью "теория пропульсивных систем"!

ВВ открытого типа называется пропеллер и имеет (2--4) лопасти! ВВ закрытого типа в трубе-туннели называется импеллер и имеет уже (5--12) лопаток для авиамоделей[1] 

Так как до сих пор нет единой теории винта и крыла ----а лишь физические модели основанные на разных законах физики-----например реактивная на третьем законе Ньютона, или закон Бернулли из термодинамики, или аэродинамическая на теории Жуковского, получается что то приближенное к практике с поправочными коэффициентами . Каждая фирма производитель использует свою математическую модель проектирования лопастей, то есть профиля, форма, крутка и в зависимости от условий работы винты имеют богатое разнообразие для различных классов летательных и водоплавающих аппаратов! [2]

В авиамоделизме размеры диаметр-D и шаг-H в дюймах (1дюйм=2.54см) и кол-во лопастей-n и условно принято обозначать как DxHxn ---например 5х4x3!!! 

Равномерная крутка лопасти обеспечивает постоянный геометрический шаг винта для прямого набегающего потока! В первую очередь они делятся на так называемые тяговые и скоростные-----принято считать, что если шаг винта H меньше диаметра D или соотношение шага к диаметру меньше единицы коэффициент винта Кв=H/D, где ещё не начался полный срыв потока с лопастей из-за угла атаки менее 12 градусов, то это тяговый пропеллер с относительно большой стендовой удельной тягой!

для мультикоптеров Кв=0.25 или 1/4 называют условно четвертной-----

Кв=0.33 или 1/3 треугольный----

Кв=0.5 или 1/2 половинный----

и для самолетов Кв=0.62 или золотого сечения по тяге----

Кв=1 или 1/1 как квадратный ----

для медленных водоизмещающих судов гребные винты Кв=(0.9--1.1)-----

скоростные открытые винты с Кв=1.62(золотого сечения по скорости) для быстрого движения типа гонки и винты в трубе типа импеллеров Кв=(1.5--2) !

Авиамодельных винты условно принято называть коптерными для относительного шага (0.3--0.5) с вогнутовыпуклым профилем лопастей с кривизной (8--12)% и самолётными при H/D= (0.6--1.1) с плосковыпуклым профилем толщиной (10--16)%!

относительный шаг или коэф. винта---Кв=Н/D это самый важный безразмерный параметр всех типов крыльчаток

Соотношение геометрического шага Н к диаметру D воздушного винта определят пик эффективности в разных режимах полёта---

1)для висючек типа больших мультироторных платформ Н/D=0.24 получается максимальная удельная тяга для тяжелых аппаратов!

2)коптерный Н/D = 0.38 максимальный упор на стопе и при малой поступательной скорости хорош для дирижаблей, мото-парителей и аэрошютов , где нужно медленно, но уверено ползти в крутую горку!

3)пилотажный Н/D=0.62 для тренеров, пилотаг, конвертопланов и автожиров, где оптимальное соотношение тяги на стопе и средней скорости полёта при средней энерговооруженности ---максимум скороподъёмности и высший пилотаж при высоком коэф. мощности!

4)гоночный Н/D =1 или квадратный винт хорош для скоростного боевого пилотажа, гонки и высокого крейсера!!!

5)скоростной Н/D=1.62 для пиковых максимальных скоростей у гребных винтов и низкоскоростных импеллеров!

6)Н/D=2.62 уже для больших скоростей у вв на высоте и импеллеров средней скорости!

7)Н/D=4.24 для импеллеров околозвуковых скоростей!


Форма и удлинение лопастей авиамодельных винтов

Самый распространённый вид пропеллера в авиамоделизме ----это двухлопастный винт фиксированного шага. Основные формы задают дизайн, распределение тяги по радиусу, сопромат и технологию изготовления.

Удлинение лопасти Куд-----это соотношение ширины в сечении 0.75 радиуса к полной длине лопасти до оси вращения 

1) исторически эллипсоидная форма лопасти называется русским винтом при Куд=(5--6) обычно слоуфлаеры из термопластика,

2) прямоугольная при Куд=(7--8) обычно для двс из реактопластика с толстой комлей лопастей,

3) трапецевидная с сужением (2.5--3) и Куд=(9--10) типа диджиай стиль и т-моторс,

4) типа китового плавника сложной современной формы Куд=(6--8) типа граупнер и аэронавт стиль,

5) оригинальной гибридной формы с сужением (2--2.5) и Куд=(7--10) типа апс стиль,

6) рассеченный овал типа "палаш" с Куд=(8--9) скоростные высокооборотные деревянные или пластмассовые,

7) оригинальный высокоэффективный малошумный винт Книжникова ВВ сложной формы с удлинением лопастей (6--7) типа слоу-флаер.

Формывинтов.jpg

Кпд винта от габаритов

Идеальный винт при вращении в среде типа воздух не имеет профильное сопротивление лопастей, трения, срыва потока с лопастей и потерю мощности на закручивание потока !------смотри статью-ликбез "КПД винта"


КПД пропульсивной системы в полёте (внешний кпд) это соотношение поглощённой мощности планером к мех. мощности на валу! КПДвнеш = Fx Vпол /  M w


На практике начальный кпд или КПДво воздушных винтов в большой авиации 0.95 или 95% обусловлен огромными габаритами диаметром 5-6 метров, много лопастностью 4-8штук, узкими с большим удлинением лопастями и большим числом Рейнольдса более пяти миллионов, низким профильным сопротивлением, малой шероховатостью и низкой частотой вращения 660-780 об/мин и большим относительным шагом, как соотношение шага к диаметру 2.5-3 раза и в полёте имеет полный внешний кпд около 90% при горизонтальной скорости полёта 700-900 км в час!

В средней авиации и БПЛА типа "мегадрон" кпд в полёте около 85% при РЕ=3 500 000, так как меньше габариты диаметром 3-4 метра и больше частота вращения 900-1000 при скоростях 500-600 км в час!

в малой авиации динамический кпд=80% не более при оборотах 1500-1800, диаметр 2-2.5 метра при скорости 300-400 км в час!

у сла и "максидрон" реальный кпд=75% при 2000-3000 и диаметр 1.4-1.8м при 180-250 км в час !


на гигантских авиамоделях и "мидидрон" кпд=70% при д=65-100см (26-40дюйм) 4000-5000 при 120-160 км/час!

на больших авиамоделях кпд=65% при д=40-60см (16-24дюйм) ---- 6000-7000 при 85-110 км/ч!

на авиамоделях средних размеров и "минидрон" кпд=60% при д=25-38см (10-15дюйм)-----8000-9000 при 65-80 км/ч!

на малых авиамоделях аля паркфлаеры и "микродрон" кпд=55% при д=15-23см (6-9дюйм) ----10 000-12000 при 45-60 км/ч!


детские летающие игрушки кпд=50% при д=10-13см (4-5дюйм)----13 000-15 000 при 35-40 км/ч

комнатные авиамодели и импеллера кпд=40-45% при д=5-8см (2-3дюйм)----25 000-30 000

для судомоделей гребные винты имеют кпд=30-35% при д=2.5-4см (1-1.6дюйм)

Падение внешнего КПД винта при уменьшении диаметра объясняется увеличением частоты вращения для создания необходимой тяги и значит растут центробежные силы толкающие пограничный слой вдоль лопасти от центра к периферии---это вызывает повышение сил трения потока о поверхность пропеллера и потерянная мощность на паразитное закручивание потока!!!


при скорости потока от винта меньше 36 км в час или 10 м/с полет на моторе не выгоден из-за низкого кпд винта менее 40%, так как число РЕ для лопастей не более 40 000---- вязкое, липкое обтекание!

то есть летать на низком крейсере на моторе невыгодно,проще выключить вмг и перейти на планирование в динаме или парение в термиках

частота вращения винта ограничена окружной скоростью кончиков лопастей и не должна превышать скорость звука из-за волнового кризиса, но на практике не более 270 м/с для ла!


Относительное скольжение винта и угол атаки

Приведенный угол атаки лопасти условно считается на сечении 0.75 радиуса----но на самом деле угол атаки минимален на кончике и максимален в комле, но это компенсируется изменением формы профиля и ширины лопасти для более равномерного распределения силы тяги и момента аэродинамического сопротивления по длине лопасти!

Разница между геометрическим шагом Н и поступью h задаёт скольжение! Так как угол атаки лопасти к набегающему потоку в горизонтальном полёте зависит только от относительного скольжения Кскол=(Но-h)/Но=1-Купор, а само скольжение зависит от режима полёта или потребной тяги то получается, что для квадратного винта

При пикировании в 30гр винт полностью разгружен и скольжение равно нулю и угол атаки нулевой и нет тяги---вырождение тяги при полном газе

1) при пологом снижении в (5--10)гр скольжение минимально (0.05--0.07) и угол атаки всего (1--1.5)гр,

2) на максим скорости горизонтального полета скольжение уже 0.1 и угол атаки 2 градусов!

3) при полёте в пологую горку (20--30)гр возвышения или мягком вираже скольжение (0.2--0.25) и угол атаки (4--5)гр пол-тяги от стопа,

4) при полёте в (40--50) гр возвышения или среднем вираже скольжение (0.3--0.35) и угол атаки (6--7)гр,

5) при крутой горке в 60 гр или крутом вираже скольжение 0.4 и угол атаки 8 гр,

6) при вертикальном полёте вверх скольжение 0.45 и угол атаки 10 гр----пик тяги,

7) на стопе скольжение квадратного винта 0.55 максимально ----срыв потока и рабочий угол атаки максимален 13 градусов!

падает текущая сила тяги от винта в полёте на максимальной горизонтальной воздушной скорости до запирания силой общего аэродинамического сопротивления планера бпла и как следствие все самолётные винты сильно разгружают мотор на полном газу по моменту наведённого сопротивления при прямолинейном горизонтальном полёте ла в 1.1-1.7 раз относительно режима на стопе и соответственно пропорционально падает потребляемая мощность и ток для эму!

для поршневого ДВС механический момент силы сопротивления на валу наведённого тягой с учётом КПД двухлопастного винта  ----М(Нм)=0.8Fст Н/2ПИ !

Вв является адаптивным движителем в зоне рабочих углов атаки лопасти в набегающем потоке в диапазоне 1-12гр----то есть при выполнении силовых фигур типа вираж, петля, где образуется перегрузка или горка с повышением тяги, пропеллер сам нагружает электромотор мощностью с ростом от относительного скольжения и падения скорости полёта при полном газу! Это хорошо слышно по изменению частота вращения винта и тону воя от режима полета во время высшего пилотажа.


Режим полета и эффективность пропеллера

График зависимости по экспоненте тяги ВВ на стопе от изменяемого шага при диаметре D=20см и Кв=(0.1--1.6), частота вращения постоянна 10 000 об/мин----слева красным сила тяги, справа синим теоретическая скорость потока!

Хорошо видно перелом роста тяги при Кв=Н/D=12см/20см=0.6----это начало срыва потока с лопастей, начинает сильно расти момент сопротивления на валу!!!

Тяга ВИШ1.jpg

Из институтского курса лопаточных машин--- все типы крыльчаток осевых и центробежных это лишь разновидность винта----преобразователя мощности потока в механическую вращения при генерации, когда поступь больше шага и поток тормозится и наоборот при режиме движителя ----поступь меньше шага, а поток ускоряется! На винтах серединная часть ометаемой площади не работает на тягу и соотношение паразитной части может достигать до 10-15% от общей и зависит от формы лопастей и конструктива комли---получается дырка в блине ----- это также уменьшает тягу и кпд винта! Поэтому КПД преобразования не превышает 90% даже при больших размерах !

Так как тяга винта для самолётов не играет существенной роли от стопа до скорости сваливания, то шаг подбирается так, чтобы срыв потока на лопастях пропадал именно на границе сваливания ла, называется подхват----то есть на стопе мотор немного перегружен по моменту сопротивления при винте фиксированного шага (ВФШ), чем выше нагрузка на крыло тем больше скорость сваливания и крейсер!

И поэтому для каждого режима полета есть оптимальный относительный шаг, а также форма и профиль лопастей, когда внешняя эффективность винта максимальна

1) Пик тяги рассчитанный на скорость планирования с АКмах или Кск=(1.2--1.3) скорости сваливания даёт максимальную скороподъёмность типичное соотношение шага к диаметру Кв=H/D=(0.6--0.7) при КПДвнеш=60%--63% соответственно---режим боевого пилотажа с минимальными радиусами виража и петли

2) Высокий крейсер или Кск=(1.6---2.0) скорости сваливания дает пик кпд на винте с Кв=(0.8--0.9) при КПДвнеш=65%--67%---режим круиза для бпла

3) Пик скорости на гоночных ла или Кск=(3--4) и Кв=(1.0--1.2) при КПДвнеш=69%--71%--правда долго разбегаться будет при винте фиксированного шага---режим гонки или нужен дополнительный ускоритель в виде тягача, или резиновая катапульта, или пороховой двигатель, или сразу ВИШ !

4) Тяговые винты с Кв=(0.4--0.5) типа коптерный "слоуфлай" имеет смысл использовать лишь в случае пика тяги на стопе (3Д-пилотаж), когда приходиться вертикально стартовать с малых площадок и быстро набрать безопасную высоту---- правда эффективность этих винтов в горизонтальном полете очень низка при КПДвнеш=40%-50%---поэтому выгодней летать импульсами----короткий крутой набор высоты с углом 60-90 град потом долгое планирование с максимальным аэрокачеством--- процесс повторяется с высоты (50--60)м и до (300--500)м для мотопланеров  !

Оптимизация лопасти авиамодельного ВВ

1) по удлинению лопасти, чем выше частота вращения тем уже лопасть----ширина в середине b=(0.1трапеция--0.14плавник--0.2эллипс)(D Н)^0.5

2) по форме лопасти, чем саблеобразней передняя кромка тем тише шум от винта----радиус кривизны пер.кромки равен диаметру винта Rкромки=Dвинта

3) по профилю лопасти, чем выше несущие свойства крыла ла тем вогнутее профиль лопасти---- Сулоп=1.25Сумах

смотри статью "инженеринг винта-ликбез"


Практика замеров

Сила тяги вв прямо пропорциональна плотности воздуха ро, кол-во лопастей (n^0.67), профилю лопасти Сумах и обратно удлинению лопасти Куд---Кпроп

Тяга пропеллера на стопе на уровне моря-----Fст=0.9(D h fст)^2=Квв D Н (D fст)^2, где fст ---частота вращения винта на стопе в оборотах в секунду!!!

для двух-лопастного скоростного вв с тонким плосковыпуклым Сулоп=(1.0--1.1) и Кв=(0.9--1.1)-----Fгонка=0.18 D Н (D fст)^2 и h=0.45(D Н)^0.5 
с толстым плосковыпуклым профилем Сулоп=(1.2--1.3) для узких лопастей Куд=(10--9) и Кв=(0.7--0.8)----Fсамолёт=0.225 D Н (D fст)^2 и h=0.5(D Н)^0.5
со слабо вогнутовыпуклым  Сулоп=(1.4--1.5) для нормальных лопастей Куд=(8--7) и Кв=(0.5--0.6) -----Fпилотаж=0.27 D Н (D fст)^2 и h=0.55(D Н)^0.5
с сильно вогнутовыпуклым "слоуфлаер" Сулоп=(1.6--1.8) для широких лопастей Куд=(6--5) и Кв=(0.3--0.4)-----Fкоптер=0.32 D Н (D fст)^2 и h=0.6(D Н)^0.5

для трёхлопастного вв тяга в (0.5n)^0.67=1.5^0.67=1.3 раза больше------для четырёхлопастного вв тяга в 2^0.67=1.6 раза больше, чем у двухлопастного!!!

Все производители моторов рекомендуют диаметр и шаг допустимых винтов, тогда достаточно замерить тягу безменом и частоту вращения винта оптическим тахометром прямо на модели на стопе-----например винт 10х5 или D=254мм и H=127мм! Проблема в том, что разные производители пропеллеров указывают разный параметр шага винта (второе значения в дюймах, первое это диаметр----некоторые пишут максимальный шаг нулевой тяги-Но=1.25Н, другие геометрический шаг-Н, третьи поступь винта-h на стопе! Поэтому только практические замеры тяги и оборотов на стопе дадут истинную картину хар-ки винта!!!

1) К1 поступь винта на стопе у моря равна соотношению квадратного корня из 1.1 силы тяги к произведению диаметра на частоту h=(1.1Fст)^0.5/(Dfст) характеристика №1---- например (1.1х5.3н)^0.5/( 0.254м х 100гц)=2.41/25.4=0.0952м=95мм -----осевая скорость потока в плоскости винта на стопе это произведение поступи на частоту Vв=h fст=0.0952м х 100гц=9.52м/с

2) К2 аэродинамическая тяжесть ВВ по тяге это соотношение тяги к квадрату частоты Fст/f^2 есть х-ка №2 по тяге для винта постоянного шага Например при тяге в 530 г силы делить (100 гц)^2 получаем 0.053 г/гц2 или 0.00053н/гц2 --- потом просто пересчитывается тягу на другую частоту вращения!красная

3) К3 аэродинамическая тяжесть ВВ по мощности это соотношение мощности потока на стопе к кубу частоты вращения Pст/f^3---это х-ка №3 винта по мощности потока можно рассчитать как произведение х-ки№2 тяги на поступь винта на стопе ----самая главная характеристика винта!!! например 0.00053н/гц2 х 0.0952 м =0.0000504дж/гц2, тогда Рпот=0.0000504дж/гц2 х (100гц)^3=50.4вт! Тогда механическая мощность на валу Рмех=Рпот/КПДвнут=50.4/0.85=59вт!!!синяя

Тяга и моща вв.jpg

4) аэродинамическое качество винта ---- это соотношение длины окружности диаметра винта к шагу АКВ =3.14 х D / H ----например 3.14 х 0.254 м / 0.1м=8 единиц, тогда окружная скорость кончиков лопастей будет в в 8 больше осевой скорости потока в полёте, то есть 8х9.5м/с=76м/с меньше 270 м/с!

5) число Рейнольдса для лопасти должно превышать 60 000----Re=162bDf , где b-ширина лопасти на 0.75 радиуса в мм, D-диаметр винта в м, f-частота вращения в обор/сек например при ширине лопасти 17мм и диаметр 230мм и частоте 6 000 об/мин или 100 гц получаем 162х17х0.23х100=61 667!!!


Потребляемая электромощность ВМГ на стопе ( Ватт) приближенно равна произведению силы тяги на стопе (Ньютон) на теоретическую скорость потока от винта (метры/сек) или (геометрический шаг(метр) х частоту вращения под нагрузкой (обор/сек=Герц)!

Pэл=Fст Vтеор=Fст Н fст=Uакку Iст-----это самая главная формула для электро-авиамоделей самолётов !

например Рэл=5.3Н х 0.127м х 100Гц=5.3Н х 12.7м/с=67.2вт=6А х 11.2В

на практике зная четыре переменных всегда можно найти пятую неизвестную с точностью + -10%---например

1) тяга Fст=(Uакку Iст)/(Н fнаг)=(12В х 10А)/ (0.12м х 200гц)=120вт/24м/с=5Н=500г силы

2) сила тока Iст= (Fст Н fнаг)/Uакку=(10Н х 0.1м х 120Гц)/15В=120вт/15В=8А

3) частота fнаг=(Uакку Iст)/(FН)=(24В х 15А)/(12Н х 0.15м)=360вт/1.8Нм=200Гц

4) шаг Н=(UаккуIпотр)/(fнагF)= (50В х 100А)/(125Гц х 160Н)=5000вт/20000ГцН=0.25м

более подробно смотри статью "Предел э-ЭМУ-ликбез"


Промышленные винты

Цены на пропеллеры в магазине одного типоразмера могут различаться в 4-5 раз------объясняется это в первую очередь брендом, материалом и качеством исполнения! Самое главное это симметричность геометрии лопастей для динамической балансировки и моменты инерции для статической балансировки-----обычно дорогие изначально сбалансированы, но лучше сразу в магазине проверить магнитным балансиром или хотя бы на отвертке----если дисбаланс большой, то лучше не покупать ! Жесткость лопастей на кручение должны соответствовать частоте вращения------например для медленных слоуфлаеров небольшая эластичность допускается, а для скоростных это неприемлемо может зафлатерить-----при вибрациях разрушается пограничный слой на профиле и правильное обтекание лопасти,что приводит к резкому падению тяги и кпд вмг в целом! В профессиональной авиации обычно используются винты из легких металлических сплавов или угле-стекло-композитов---- в хобби широко распространены монолитные деревянные винты из твёрдых сортов и из термопластиков с прочными армирующеми нитями ----в авиамоделизме металлические пропеллеры строго запрещены!


Складные винты

Для бпла типа мотопланер актуально применение в режиме планирования в термичке винтов со складывающимися по потоку лопастями состоящего из хаба, кока и лопастей!

Главное обеспечить приемлемое охлаждение бк электромотора типа аутрайнер позади затеняющего кока в моторном режиме набора высоты , для этого в торце площадки хаба просверлены вентиляционные отверстия ,чтобы поток лизал не только вращающийся стакан с магнитами, но и затекал в передний торец мотора для охлаждения обмоток статора, очень важно в применении летом в жару!

Самым слабым звеном складных лопастей является комля с вращающейся осью---так как центробежные силы приходят на очень малую площадь контакта, то ни в коем случае нельзя превышать предельную частоту вращения винта иначе опасный отстрел лопасти и страшное биение вмг !

Центробежная сила на разрыв ----Fцб(Н)=1.3 mлоп(кг) Rцм(м) w^2, где круговая частота w(рад/с)=2ПИ f(Гц), и радиус до центра масс одной лопасти Rцм(м)

например складной винт 7х5 имеет лопасть массой в 4г=0.004кг и цм лопасти от оси вращения вала 4см=0.04м,тогда Fцб(Н)=1.3 х 0.004кг х (6.28 х 200 об/с)^2 х 0.04м=0.00016кгм х (1256 рад/с)^2= 0.00016 х 1 577 536=330Н=33кгс---- для современных пластмасс при модуле разрушения на разрыв 10кгс/мм2 и запасе прочности 1.62 получаем не менее 5мм2 сечения комли лопасти в узле складывания!!!

Так если на стенде на полном газу частота вращения не превышает предел, то при пикировании на полном газу винт облегчается и мотор может повысить обороты в 1.2 раза от стопа и центробежная сила на разрыв увеличится в 1.44 раза и приведёт к разрушению ступицы или комли лопасти!!!

например промышленные хабы и лопасти отлитые из термопластика----

1) винт 12х9 диаметром 305мм и шагом 230мм имеет гарантированный предел в 6 000 оборотов в минуту при тяге на стопе на уровне моря 15Н=1.5кгс

2) винт 11х8 диаметром 280мм и шагом 205мм имеет предел ----7 000 об/мин при тяге на стопе 13Н=1.3кгс

3) 10х7 д255мм ш180мм ---- 8 000 и 11н=1.1кгс

4) 9х6.3 д230мм ш160мм ----9 000 и 10н

5) 8х6 д200мм ш150мм ----10 000----9н

6) 7.5х5.5 д190мм ш140мм ----11 000----8н

7) 7х5 д180мм ш130мм ----12 000----7н

8) 6.8х4.8 д170мм ш120мм ----13 000----6н

9) 6.3х4.4 д160мм ш110мм ----14 000---5.5н

10) 6х4 д150мм ш100мм ----15 000---5н

Складной.jpg

Физический анализ упругости винтов

Есть несколько граничных частот работы винта!

1) поперечная резонансовая частота колебании лопасти характеризуется тарахтением, как звук у двс----это срыв потока на кончиках лопастей !

2) крутильная резонансовая частота отвечает за флаттер лопастей характеризуется воем!

3) частота вращения определяется прочностью комли лопасти на разрыв от центробежных сил!

Так как добротность поперечного резонанса не высока--больше похожа на холмик в небольшом диапазоне частот --она не опасна! А вот крутильные или флаттер может привести к разрушению при затягивании процесса ---обычно производители самолетных винтов ведут расчет в первую очередь прочности на разрыв от центробежных сил и автоматом получают высокую жесткость -а значит высокую поперечную и крутильную частоты резонанса заведомо выше рабочего диапазона! Упругость можно использовать, как режим адаптации к косому потоку, так как начинающиеся крутильные автоколебания будут помогать подкручиваться лопастям в оптимальные углы атаки! У лопастей авиамодельного винта центробежная сила на разрыв тела в комле лопасти обычно 40-50 раз больше силы тяги -----поэтому корневища лопасти делают толстым монолитом или мясистым!

более подробно смотри статью "механические резонансы-ликбез"


Воздушные импеллеры

импеллер или многолопастный винт с малым диаметром и относительно большим шагом в профилированной трубе ---это преобразователь механической мощности вращения в кинетическую мощность потока с высокой выходной скоростью и относительно малой тягой

1) типичный относительный шаг многолопастного винта 3-4 диаметра в больших турбовентиляторных двигателях и (1.5--2) у авиамодельных импеллерах-----чем больше относительный шаг, тем больше кол-во лопастей по тождеству n=(3--5)(H/D)![3]

2) желательно чтобы кол-во лопастей в крыльчатке было больше и не кратно спрямляющим лопаткам ---например 4 лопасти и 3 лопатки или 6 лопастей и 5 лопаток----это связанно с частотой и амплитудой паразитной пульсацией локальных скачков давления между лопастью и лопаткой---чем тише и выше по тону звук, тем выше кпд импеллера !

3) для золотого импеллера обычно длина входной горловины равняется одному радиусу крыльчатки, длина спрямляющего аппарата один радиус и длина сопла 1.25 радиусам ---итого общая длина конструкции равна 1.62 диаметрам крыльчатки! есть эмпирика ----длина фена равна шагу крыльчатки L= H, чем длиннее труба, тем больше потери потока на трение о стенки!

4) соотношение входной площади губы к площади среза сопла не более 2 единиц или коэффициент сужения потока (1.4--2)-----а диаметр входного патрубка больше диаметра крыльчатки в (1.1--1.2) раза!

5) соотношение входного сечения импеллера к полному миделю самолёта (0.2--0.25) для реактивных полукопий!

читай статью "история импеллера"-----

Особенности применения импеллеров для реалистического полёта----

1)тяговооруженность на старте при полном газу не более 0.7

2)сумма площадей воздуховода (входных отверстий и щелей) не менее двух площадей сопла

3)профиль лопастей крыльчатки желательно вогнуто выпуклый

4)масса липо акку в граммах эмпирически равна мощности потребления в ваттах на стопе

5)размашистый пилотаж----большие радиусы поворотов, петли с пикирования, угол подъёма в горку не более 30 градусов

6)диаметр крыльчатки ----это половина САХ крыла

7)коэф. перекрытия лопастей не менее 0.6

управляемый вектор тяги---[4]

Импеллер.jpg


Тяга винта в динамике при тяговооруженности на стопе Тст=1  эмпирически-----  Fпол=0.5Fст(H/D)^0.5  

На практике тяга винта в горизонтальном полёте на полном газу меньше в (2--3) раза от тяги на стопе----

1) падение тяги примерно в два раза у скоростных винтов (квадратные)для гонок и у импеллеров на максимальной горизонтальной скорости

2 )падение в два с половиной раза у пилотажных самолётных винтов с относительным шагом Ш/Д=(0.6--0.8)

3) падение в три раз у тяговых и коптерных винтов с Ш/Д=(0.4--0.5)

Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструменты
Группа ВКонтакте