Инженеринг винта-ликбез

Версия 06:18, 2 мая 2024

Аэродинамический метод расчёта -----автор Книжников ВВ (гений винта!)

Главные хар-ки описывающая возможности открытых тяговых многолопастных винтов на статике

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

для винтов авиамодельной размерности----первые значения для толщины профиля лопасти 9--11%, вторые для 14--16%

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=Сумах 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 H/D Sл (Пи D f)^2 К------

F=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 0.9 = 0.6 ------------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 0.7-0.8R, 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) Кзат средний коэф.затенения ометаемой площади круга винтом учитывающий не работающий части потока комли лопасти и кока 0.8--0.9

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

тяга ВВ на стопе (Н)----Fст = (4.9ро) (ГТВ) f^2, где геометрическая тяжесть винта (ГТВ)=0.6 Sл Сул D H n^0.67, по методу Книжникова,
кстати размерность длины м---площади м2---объёма м3---ГТВ м4 указывает, что любое вращение вызывает появление новой четвертого измерения!

динамическая тяжесть это произведение торсионной плотности среды на геометрическую тяжесть----поэтому конкретный винт в воздухе крутить легко,а в воде в 800 раз тяжелее!

упор ГВ на стопе для воды (Н)----Fст = 4900 (ГТВ) f^2

режим винта статический или на стопе

истинная поступь для многолопастного винта на стопе (м)--- h=1.9(Sл n^0.67 Cyл Н/D)^0.5

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

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

кпд  идеальный винта на стопе (%)---- КПДвнут=100% (2 h /( H + h))

так как эквивалентно КПДв=0.5(Сумах n/Кв)^0.25-----то видно очень важное свойство удержание высокой эффективности на стопе для скоростных винтов с Кв=Н/D больше единицы типа импеллеров, то это применение много-лопастности (четыре и более штук) и соответственно вогнуто выпуклого профиля!!!

для "золотого" импеллера с Кгуб=1.41,  Кв=1.6 и Cyл=1.25------ ГТимп=0.42 Кгуб D Н Sл Cyл n^0.67 =1.2 D^2 Sл n^0.67

для двс расчет момента сопротивления на валу удобно проверить следующим способом---M=Fh/(6.28 КПДвнут) момент сопротивления это тяга на стопе в ньютонах умножить на поступь в метрах и делить на два пи и на кпд по тяге идеального винта

для большинства авиамодельных двухлопастных винтов с плосковыпуклым профилем и трапецевидной формой геометрическая тяжесть упрощенно

ГТВдвухлоп(м4) = 1.1 Sл D H

расчёт рабочей площади одной лопасти винта удобно как Sл=Sомет х (1/20 для слоуфлаер, 1/25 для пилотажных и 1/30 для скоростных винтов)

Подбор габаритов винта

Оптимизация винта для ла является важной задачей для авиаконструктора----правильно подобрать винтомоторную группу или вмг под самолёт , но не всегда под наличием нужный двигатель при условии что винт можно сделать самому или заказать недорого на стороне . Расчёт ометаемой площади винта под оптимальный крейсер Vкр=1.3Vпл для полноразмерной авиации, n-кол-во параллельных винтов!

Sобщ=nSомет=(Суопт Sкр Кск)/(АКмах)=(0.62 Сумах Sкр х 1.62)/(АКмах)=(Сумах Sкр)/(АКмах)

далее переводим площадь винта в диаметр и получаем оптимальный квадратный винт, где диаметр=геометрическому шагу или Кв=1 ! Например для сла с типичным плосковыпуклым профилем с относительной толщиной 14% при РЕ=1 500 000 получаем 1.4х12м2 /12=1.4м2 переводим ометаемую площадь винта в диаметр=1.34м и шаг 1.34м ! далее начинаются нюансы---- если нет подходящего двигателя с редуктором нужной моментной характеристикой--- то при увеличении диаметра и значит ометаемой площади и уменьшении шага получаем более высокую тяговооруженость, но меньший диапазон скоростей---что характерно для прогулочных сла при полётах по кругу с высокой скороподъёмностью и наоборот, при меньшем диаметре и большом шаге получаем скоростной самолёт с низкой тяговооруженностью и большим диапазоном скоростей ----главное чтобы крылышки не сложились при вираже на большой скорости---надо учитывать сопромат и реальные перегрузки ла!

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

для проверки инженеринга применено математическое тождество реактивной теории винтов в статике----Fст = Кзат Sомет ро Vo^2 = 0.7 ро (D h)^2 f^2

уравнение №1 скоростной хар-ки----осевая скорость потока в плоскости винта  Vo = h f 

уравнение №2 тяговой хар-ки----сила тяги винта  Fст = 6 (ГТВ) f^2 

уравнение №3 мощностной хар-ки--- мощность потока  Pст = 6 (ГТВ) h f^3

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=(0.63коп--0.71сам)Кхх Uакку, где оборотистость эд  Кхх(Гц/В)=Кv(об/мин/В)/60