Инженеринг винта-ликбез
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=4.93pо Cyл D H Sл f^2 Kу n^(2/3)
где Ку=Кинт Ккрут=*=0.5гонка--0.78самолёт :
1) Кинт средний (0.7--0.8) интегральный коэффициент центра распределения силы тяги по лопасти от радиуса ----центр давления зависит от формы лопасти -----для прямоугольника 0.81R, для эллипса в 0.8R, плавника 0.76R, трапеции 0.74R.
2) Ккрут средний коэф.крутки (0.8--0.98) лопастей или квадрат косинуса угла установки лопасти на сечении 0.75R, 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) коэффициент кол-ва лопастей (n)^0.667
тяга ВВ на стопе (Н)----Fст = 1.25кг/м3 (ТГТВ) f^2, где торсионная геометрическая тяжесть винта (ТГТВ)=Кф Sл Сул D H n^0.667, где форма и крутка лопасти задаёт Кф=2.2скор--2.6гон--3.2сам--3.7пил--4.0коп 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-----Кзап ро D^2 h^2 fст^2 Пи/4=ро Кф Sл n^0.667 Cyл D Н f^2
истинная поступь для многолопастного винта на стопе (м)--- h=(Кф Cyл Sл n^0.667 Кв)^0.5 и поступь двухлопастного самолётного винта при Сул=1.26, hдвух=*=0.5(D Н)^0.5 осевая скорость потока в сечении плоскости винта (м/с)---- Vв=h fст
мощность потока на стопе (вт)----- Pпот=Fст Vв
для ДВС расчет момента сопротивления на валу удобно проверить следующим способом---M(Нм)=F h/2Пи КПДвнут, где КПДвнут=1/(0.5+0.25(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)=7.2 Sл D H
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=*=0.16 Сумах Sкр/АКмах n Сул=Sх/2Пи n Сул=0.78(D/Кудл)^2, и ширина лопасти в 0.75 радиуса---- в=(0.07сам--0.11коп)D
академическая формула пропульсивного коэф. системы винты-самолёт------ КПДвнеш=100% /(0.5+0.4Кв Кудл(Sх/D Н №вмг)^0.5/n^0.33)
для одномоторной двухлопастной авиамодели----- КПДвнеш=100% /(0.5+2(Sх Кв)^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=*= 0.18 ро 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=0.15 ро Sв (D fст)^2----------Fст=0.15 ро Сул Кв (D^2 fст)^2------скорость горизонтальная Vгор=0.9 Н fст
подбор габаритов ВВ-------------Sв=Сул(1.1САХ)(0.9САХ)/Как=1.2Сумах САХ^2 /Как------------------площадь крыла самолёта Sкр=Кудл D Н
минимальные требование к полёту авиамодели самолёта-------
скорость потока через плоскость винта на стопе не менее скорости сваливания Vв = 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
