Редактирование: Воздушные винты-ликбез

Воздушные винты-----автор Книжников ВВ

Определение

Воздушный винт (ВВ) это разновидность осевой крыльчатки для создания реактивной тяги.

 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. 

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" винт, где ШАГ=ДИАМЕТР''' ----это основной винт фиксированного шага применяемый в малой авиации!

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 "золотой" винт 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 Кудл-----это соотношение ширины в сечении 0.75 радиуса к полной длине лопасти до оси вращения 

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

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

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

4) типа китового плавника сложной современной формы Кудл=6--7 типа граупнер и аэронавт стиль,

5) оригинальной гибридной формы с сужением (2--2.5) и Кудл=7--8 типа апс стиль,

6) рассеченный овал типа "палаш" с Кудл=(8--9) скоростные высокооборотные деревянные или пластмассовые,
 
7) '''оригинальный высокоэффективный малошумный винт Книжникова ВВ сложной формы с удлинением лопастей Кудл=(6--7) типа слоу-флаер.'''

[[Файл: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.


 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 1000-1200 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 800-900 км в час на высоте 10-12км!

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 1500-1800  при скоростях 600-700 км в час!

в малой авиации динамический  кпд=80% не более при оборотах 2100-2400, диаметр 2-2.5 метра при скорости 400-500 км в час

у сла и "максидрон" реальный кпд=75% при 2500-3000 и диаметр 1.4-1.8м при 200-300 км в час 
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 
на гигантских авиамоделях и "мидидрон" кпд=70% при д=65-100см (26-40дюйм)   4000-5000 при 150-180 км/час

на больших авиамоделях   кпд=65%  при д=40-60см (16-24дюйм) ---- 6000-7000 при 110-130 км/ч

'''на авиамоделях средних размеров и "минидрон" кпд=60% при д=25-38см (10-15дюйм)-----8000-9000 при 80-100 км/ч'''

'''на малых авиамоделях аля паркфлаеры и "микродрон" кпд=55% при д=15-23см (6-9дюйм) ----10 000-12000 при 55-70 км/ч'''
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
детские летающие игрушки кпд=50% при д=10-13см (4-5дюйм)----13 000-15 000 при 40-50 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 '''a=r(2Пи f)^2'''---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 0.75r 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.
 
[[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 !

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=(1.5---1.7) 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 градусов 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--0.13плавник--0.17эллипс)(D Н)^0.5'''

2) '''по форме лопасти, чем саблеобразней передняя кромка тем тише шум от винта---радиус кривизны передней кромки равен диаметру винта rкромки=Dвинта'''

3) '''по профилю лопасти, чем выше несущие свойства крыла ЛА тем вогнутее профиль лопасти---- Сул=1.25Сумах ''' 


Практика замеров

Сила тяги вв прямо пропорциональна плотности воздуха ро, кол-во лопастей (n^0.667), профилю лопасти Сул и обратно удлинению лопасти Кудл------
Fст=ро(Пи n^0.66) (Сул Н D) Sл fст^2=(Пи D/2Кудл)^2 (Сул n^0.66 Кв) ро(D fст)^2=*=Тк ро(D^2 fст)^2, смотри статью "теория пропульсивных систем" 

 Тяга пропеллера на стопе на уровне моря (Н) это произведение аэродинамической тяжести (кг м) на квадрат частоты вращения (об/сек)^2-----
 '''Fст=(0.25 Пи Кзап ро D^2 h^2) fст^2'''=0.7ро (D h fст)^2, где h=2(Сул Sл n^0.66 Кв)^0.5=(D Н)^0.5 (Пи Сул n^0.66)^0.5/Кудл

 для двух-лопастного скоростного ВВ с тонким плосковыпуклым Сулоп=(1.0--1.1) и Кв=(0.9--1.1)-----поступь винта на стопе  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)--- '''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) ----- 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)----- 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

[[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=63 342

6) внутренний КПД двухлопастного винта на стопе (режим висения)----  КПДвнут=*=1/(0.5+1.12(Н/D)^0.5)
 
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=Uакку Iст=Fст Vтеор=*=Fст Н fст'''-----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 слоу-флаеров небольшая эластичность допускается, а для скоростных это неприемлемо  может зафлаттерить-----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=1.3 х 0.00016кгм х (1256 рад/с)^2=1.3 х 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 5.5 мм2 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
 
[[Файл:складной.jpg]]

Физический анализ  упругости винтов

Есть несколько граничных частот работы винт:

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=(4--6)(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.

3) для золотого импеллера  обычно длина входной горловины равняется одному радиусу крыльчатки, длина спрямляющего аппарата один радиус и длина сопла 1.12 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.

Особенности применения импеллеров для реалистического полёта:

1)'''тяговооруженность на старте при полном газу не более 0.7'''

2)сумма площадей воздуховода (входных поперечных отверстий и продольных 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]]


 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)