Редактирование: Инженеринг винта-ликбез


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

ЗДЕСЬ УСТРАНЕНА СТОЛЕТНЯЯ ПРОБЛЕМА ОЦЕНКИ СРЫВА ПОТОКА С ВИНТА НА СТОПЕ , КОТОРУЮ "ЦАГИ " И "НАСА" РЕШАЛИ ЧЕРЕЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ  
СПРАВОЧНЫЕ КОЭФ. ("Тк", "Рк", "Кзап"), А ТЕПЕРЬ СОЗДАНА ЕДИНАЯ КОНЦЕПЦИЯ КРЫЛА И ЛОПАСТИ С УЧЁТОМ ОПЫТА РЕАКТИВНОЙ И АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ  ТЕОРИЙ!


 Вращение по латински---Торсион

Главные хар-ки описывающая возможности открытых тяговых многолопастных винтов на статике[https://www.youtube.com/watch?v=zkionSO2AAo][https://www.youtube.com/watch?v=2JK1sn4OTlU]

 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--1.7 для импеллера

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

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

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

расчёт рабочей площади одной лопасти  винта удобно как  Sл=Sомет х (1/22 для слоуфлаер, 1/26 для пилотажных и 1/33 для скоростных винтов) или

 Sл=*=0.78 Sх/n Кв Сул Кудл=(0.02узк--0.03нор--0.04шир) D^2='''Пи(D/Кудл)^2/4''', а ширина лопасти в 0.75 радиуса---''в=(0.07сам--0.11коп)D''

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^0.5=Сул (Н/D)^0.5''  

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 как интеграл по радиусу---''F=pо Cy Sл (Vокр/2)^2 = pо Сул Кв^0.5 Sл (Пи D f/2)^2 К''='''2.467 pо  Сул Sл (D Н)^0.5 D f^2 n^(2/3)'''!

 Через удлинение лопасти----'''Fст=*=1.936 pо Сул Кв^0.5 n^0.667 (D^2 fст/Кудл)^2'''! 

тяга ВВ на стопе (Н)----'''Fст = ро (ТГТВ) f^2''', где торсионная геометрическая тяжесть винта ''(ТГТВ)=2.467 Сул Sл (D Н)^0.5 D n^0.667'' , где кол-во лопастей, их форма и крутка  задаёт коэф. заполнения площади ометаемого круга '''Кзап=(0.31скор--0.38гон--0.5сам--0.62пил--0.78коп--1.0имп)'''! 


 '''эмпирика для двухлопастных авиамодельных винтов-----ТГТВ(м4)=*=(0.11гон--0.14двс--0.16сам--0.18пил)(Н D)^0.5 D^3'''


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''


КЛАССИКА СТОПА

Любой физический закон можно представить в дифференциальной, интегральной и матричной математическими формами----это применяется в компьютерных калькуляторах расчёта с огромной производительностью вычислений для высокоточного описания в проектировании при виртуальной эмуляции процессов ---например метод "конечных элементов"!

проверочные формулы для авиамоделей с воздушными винтами используемые в виртуальных калькуляторах: 

Тяга на стопе через коэф. тяги----''F="Тк" ро D^4 f^2'', где '''"Тк"=1.94 Сул Кв^0.5 n^0.667/Кудл^2'''!  

Мощность потока через коэф. мощности----''Р="Рк" ро D^5 f^3'',  где '''"Рк"=Пи Сул^1.5 Кв^0.75 n/Кудл^3'''! 

режим винта статический или на стопе:

реактивная сила на стопе равна аэродинамической тяге винта-----''ро h^2 D^2 f^2 Пи/4=ро Sл n^0.67 Cyл Кв^0.5 (Пи D f)^2/4''
 
для многолопастного винта истинная поступь на стопе (м)---''h=(Пи Cyл Sл n^0.67 Кв^0.5)^0.5=1.57 D Кв^0.25 n^0.33 Cyл^0.5/Кудл =Пи n^0.33 Sв^0.5/2 Кудл''  

поступь двухлопастного самолётного винта '''hдвух=*=(0.32скор--0.38гон--0.44двс--0.5бпл--0.55пил--0.62коп) (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/2 Пи КПДвнут'', где КПДвнут=1/(0.5+0.28 Н/(Кв^0.5 Sл)^0.5 n^0.33) =*='''(h/Но)^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 ДВС двухлопастных винтов с толстым плосковыпуклым профилем тяжесть упрощенно ----'''ТГТВдвухлоп(м4)=5.3 Sл (D Н)^0.5 D'''

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Далее вся математика идёт как академическая формула пропульсивного коэф. системы самолёт-"золотой винт"------

КПДвнеш=100%/0.5+0.5 Vпот/Vпол=100%/0.5+0.5 Vпл/Vсв=100%/0.5+0.5 Кск=100%/0.5+0.5 (4/Пи)=87% это теоретический максимум !

Vпот/Vпол=Но f/hпол f=Сул^0.5 Н/D Кпроп=Сул^0.5 Кв/1.97 n^0.33 Ксам^0.5/Кудл=*=Сул^0.5 Кв Кудл/"2" n^0.33(Сул (D Н)^0.5 D №вмг/Sх)^0.5 ="0.5" Кудл(Sх Кв^2/Кв^0.5 D^2 №вмг)^0.5/n^0.33="0.5" Кудл(Sх Кв^1.5/№вмг)^0.5/D n^0.33
инженерная формула----КПДвнеш=100%/0.5 + 0.25 Кудл(Кск Sх Кв^1.5/№вмг)^0.5/D n^0.33

 '''для одномоторной двухлопастной авиамодели----- Кпроп=(0.4гон--0.5пил--0.6коп) Ксам^0.5=*=0.5сам (№вмг Sв/Sх)^0.5=0.5 (Сул (Н D)^0.5 D/Сумах Sкр/АКмах)^0.5'''
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
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 (1/1.5гон--1/2сам--1/2.5коп) от стенда

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

 тяга двухлопастного пропеллера на стопе на уровне моря---- ''Fст=po Sомет Vв^2=*= 0.16 ро Кв^0.5 (D^2 fст)^2''

 для э-ВМГ модельной размерности на полном газу частота вращения----''fст=0.71 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 D)^0.5'' и относительный шаг как соотношение ''Кв=Н/D''-------например аэрокачество винта ''АКВ=Пи/Кв''

 поступь ДВС пропеллера на стопе --------''h=0.4 Sв^0.5=*=0.45 D Кв^0.25'' ---------------------скорость потока на стопе '''Vв=h fст''' 

 шаг нулевой тяги в полёте-----------''Но=Н Сул^0.5=*=1.14 D Кв'' ---------------------------скорость пикирования  '''Vпик=Но fхх'''

 тяга ДВС на стопе----------''Fст=1.94 Сул ро Sв(D fст/Кудл)^2=*=0.11 ро Кв^0.5(D^2 fст)^2''---------воздушная скорость в горизонте'''Vгор=Кпроп Н fпол/Кв'''

 подбор габаритов ВВ-------------''Sв=Сул(1.1 САХ)(0.9 САХ)/Как=1.2 Сумах 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 планирования ''Vв=h fст''=*='''Vпл=(Пи mg/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=0.12Fст Н'''

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