Инженеринг винта-ликбез

Текущая версия на 13:28, 13 февраля 2025

Аэродинамический метод расчёта торсионной геометрической тяжести винта (ТГТВ)-----автор Книжников ВВ (гений винта!)

Вращение по латински---Торсион

Главные хар-ки описывающая возможности открытых тяговых многолопастных винтов на статике[1][2]

Сул-профиль , D-диаметр, H-шаг, Sл-рабочая площадь одной лопасти на длине от 0.3 до 1 радиуса самолётного винта, от 0.4 до 1 радиуса для  "слоуфлаера", n-кол-во лопастей

для винтов авиамодельной размерности----первые значения для толщины профиля лопасти 9--11% (электро вариант), вторые для 14--16% (ДВС)

1) с сильно вогнуто-выпуклым профилем Сул=1.6--1.8 для коптера и парителя

2) со слабо вогнуто-выпуклым профилем Сул=1.4--1.5 для грузовика

3) с плосковыпуклым профилем Сул=1.2--1.3 для пилотажки и бойцовки

4) с несимметричным двояковыпуклым Сул=1.0--1.1 для гонки и рекордно-скоростных

Тождество относительного шага прямо пропорционально углу атаки на стопе и коэф.подъёмной силы. По аэродинамической теории хорошо считаются тяговые винты с относительным малым шагом Кв=Н/D меньше 1. Если принять, что текущий Су эквивалентен углу атаки лопасти на стопе, а угол от относительного шага Кв,то тогда для винта Су=Сул Кв=Сул Н/D

Одна лопасть винта рассматривается как набор элементов крыла с рабочей площадью Sл в набегающем окружном потоке с различными углами атаки по формуле подъёмной силы из аэродинамики F=0.5pо Cy S Vокр ^2 =0.5pо Сул Кв Sл (Пи D f)^2 К=0.5pо (3.14)^2 Сул H Sл D f^2 К=4.9pо Cyл D H Sл f^2 (Kу n^2/3)

где Ку = Кинт Ккрут Кзап= 0.7 х 0.95 х 0.93 = 0.62 ------------для самолётного винта:

1) Кинт средний (0.7--0.8) интегральный коэффициент центра распределения силы тяги по лопасти от радиуса ----центр давления зависит от формы лопасти -----для эллипса в 0.75R, трапеции 0.65R, плавника 0.7R,

2) Ккрут средний коэф.крутки (0.8--0.98) лопастей или квадрат косинуса угла установки лопасти на сечении (0.7--0.8)R, зависит от относительного шага----например при H/D=1.6---0.8, H/D=1---0.9, при H/D=0.8---0.95, H/D=0.6---0.97, H/D=0.4---0.98

3) Кзап=(0.8--0.95) средний коэф. заполнения ометаемой площади круга винтом учитывающий не работающий части потока комли лопасти и кока

4) коэффициент кол-ва лопастей (n)^0.67

тяга ВВ на стопе (Н)----Fст = 1.25кг/м3 (ТГТВ) f^2, где торсионная геометрическая тяжесть винта (ТГТВ)=Пи Sл Сул D H n^0.67, по методу Книжникова,

кстати размерность длины м---площади м2---объёма м3---ТГТВ м4 указывает, что любое вращение вызывает появление новой четвертого измерения!

динамическая тяжесть это произведение плотности среды на торсионную геометрическую тяжесть, поэтому конкретный винт в воздухе крутить легко, а в воде в 800 раз тяжелее и упор ГВ на стопе для воды (Н)----Fст = 1000кг/м3 (ТГТВ) fст^2

режим винта статический или на стопе:

реактивная сила на стопе равна аэродинамической тяге винта----- ро D^2 h^2 fст^2 Пи/4=ро Пи Sл n^0.667 Cyл Н D f^2

истинная поступь для многолопастного винта на стопе (м)--- h=2(Cyл Sл n^0.667 Н/D)^0.5 и поступь двухлопастного самолётного винта при Сул=1.26, 
hдвух=*=0.5(НD)^0.5

осевая скорость потока в сечении плоскости винта (м/с)---- Vo=h fст

мощность потока на стопе (вт)----- Pпот=Fст Vo

для ДВС расчет момента сопротивления на валу удобно проверить следующим способом---M(Нм)=F h/(6.28 КПДвнут), где КПДвнут=1/(0.5+(D H / Sл n^0.67)^0.5)

момент сопротивления это тяга на стопе в ньютонах умножить на поступь в метрах и делить на  два Пи  и  на КПД по тяге реального винта

для большинства авиамодельных двухлопастных винтов с плосковыпуклым профилем тяжесть упрощенно ----ТГТВдвухлоп(м4) = 6 Sл D H=constanta!

расчёт рабочей площади одной лопасти винта удобно как Sл=Sомет х (1/22 для слоуфлаер, 1/26 для пилотажных и 1/30 для скоростных винтов) или

Sл=0.15 Сумах Sкр / АКмах n Сул

академическая формула пропульсивного коэф. системы винты-самолёт------ Квнеш=100% /(0.5+(Кск^Х Sу/ №вмг Сул)^0.5/D)

практические расчёты промышленных винтов на стопе смотри статью "воздушные винты"

подбор габаритов винта смотри в статье " теория пропульсивных систем"

тяга винта на полном газу в режиме горизонтального полёта примерно (1/2--1/3) от стенда

Но в практике обычно для проверке данных используют короткие и наглядные формулы основных законов физики :

тяга двухлопастного пропеллера на стопе для ДВС на уровне моря---- Fст=po Sомет Vв^2= 0.22 D^3 Н fст^2

для э-ВМГ модельной размерности на полном газу частота вращения----fст=0.73 Кхх Uакку, где оборотистость эд  Кхх(Гц/В)=Кv(об/мин/В)/60

Момент инерции винта отвечает за время разгона и торможение вращения-----МИв=n mл (D/Пи)^2 и кинетическая энергия вращения Ек=2 n mл (D fст)^2 

Это важно для электро-мультикоптеров, чем меньше МИ, тем лучше----а для ДВС наоборот, чем больше МИ, тем лучше и зависит от плотности материалов.

Философия винта в авиации это эффективная площадь винта Sв=Сул D Н и относительный шаг как соотношение Кв=Н/D--------например аэрокачество винта АКВ=Пи/Кв

поступь пропеллера на стопе --------h=0.45(Sв)^0.5-----------------h=0.45 D(Сул Кв)^0.5 -------------скорость потока на стопе  Vв = h fст 

шаг нулевой тяги в полёте-----------Но=Н(Сул)^0.5--------------------Но=D Кв(Сул)^0.5 ----------------скорость пикирования  Vпик=Vмах= Но fхх

тяга на стопе-------------------Fст=0.18 Sв (D fст)^2--------------Fст=0.18 Сул Кв (D^2 fст)^2------скорость горизонтальная Vгор=0.9 Н fст

подбор габаритов ВВ-------------Sв=Су(1.1САХ)(0.9САХ)/Как=1.2Сумах САХ^2 /Как--------------------------- площадь крыла самолёта Sкр=Куд D Н

Инженерная формула силы тока на стопе э-ВМГ------Iст=Fст h Кхх/КПДвнут=0.5Fст(Но+h)Кхх=0.5Пи ро fст^2 Sл n^0.667(Сул)^0.5 Sв(Н+2(Sл n^0.667 Н/D)^0.5)Кхх =0.5Пи ро(Коб КПДэд Кхх Uакку)^2 Кхх Sл n^0.667(Сул)^0.5 Sв(Н+2(Sл n^0.667 Н/D)^0.5)

или Iст=(1.0микро--1.2мини--1.4миди--1.6макси) ро n^0.667 (Сул)^0.5 Sв^1.5 Sл Кхх^3 Uакку^2  

минимальные требование к полёту авиамодели самолёта-------

скорость потока через плоскость винта на стопе не менее скорости сваливания Vo = h fст =(2mg/ро Сумах Sкр)^0.5

тяга в полёте не менее Fмин=mg/АКмах-----тяговооруженность для самостоятельного взлёта с ВПП не менее Тст=0.4----бросок с руки не менее Тст=0.3

минимальный механический момент на валу для пилотажного винта с Кв=0.62----- М=КПДв Fст Н/2Пи=0.13Fст Н

минимальная удельная потребляемая электро мощность ВМГ в горизонтальном полёте не менее Рэл/m=40вт/кг-------------с набором высоты Рэл/m=100вт/кг