История импеллера-ликбез

Версия 22:25, 10 января 2022

статья-----автор Книжников ВВ

История создания импеллера началась в 1930-40 е годы, как попытка создания аэродинамического компрессора для первых турбореактивных двигателей !

Уже на заре авиации конструкторы столкнулись с интересной проблемой ---это эффективность заполнения ометаемого круга открытого винта (пропеллер) рабочим телом (воздух),который будет взаимодействовать с лопастями на приращение импульса!!! То есть при квадратном двухлопастном винте Hо/Dв=1 всего 1/2 площади волшебного круга работает на создание ускорения потока и значит тяги,остальная половина пролетает мимо---соотношение суммарной площади проекции лопастей к ометаемой называется коэф.перекрытия Kпер=nSлоп/Sомет и напрямую влияет на долю заполнения!!!

Тогда было принято интересное решение ---уменьшить диаметр винта в два раза заполнив перекрытием маленького круга большим кол-вом широких лопастей (6-8 штук) с тем же шагом---получился многолопастный винт с относительным шагом Hо/Dим=2, но чтобы на режиме стопа воздух не разбрасывало в стороны заключили в удерживающий поток плоский контур вокруг лопастей---винт в кольце!!!

Зная что открытый винт на стопе формирует воронку с площадью входного сечения(губа) в два раза больше выходного(горловина),которые находяться на расстоянии радиуса от винта спереди и радиусу сзади, ученые догадались крыльчатку заключить в воронко образный усечённый конус с входным диффузором и выходным соплом по правилу неразрывности потока, поставив после крыльчатки спремляющие закрученный поток неподвижные лопатки ---они же конструктивно поддерживают конус относительно винта с минимальным зазором !!!

Для улучшения КПД крыльчатки стали применять выпукловогнутый профиль лопастей ---так получился современный высокоэффективный импеллер (вентилятор) или одноступенчатый осевой компрессор!

Для большой авиации КПДим=81%----для модельных импеллеров КПД им=30-35%!!!

По закону Ломоносова о сохранении массы----массовый расход воздуха неизменен от входа усеченного конуса до выхода,а скорость потока линейна возрастает с уменьшением площади текущего сечения и тогда скорость входная на диффузоре в два раза меньше скорости на выходе среза сопла!

dm/dt=constanta=pSвхVдиф=pSимVим=pSвыхVсопл, где Vим=(Vпол+Vсоп)/2

общее уравнение реактивного тяги для импеллера F=delta V(dm/dt)=(Vсоп-Vпол)pSим(Vсоп+Vпол)/2=0.5pSим(Vсоп2-Vпол2)---

Fпол=0.5pSимVсоп2(1-Куп2), где Куп=Vпол/Vсоп

общее уравнение мощности потока Рпот=0.25pSимVсоп3(1-Куп2)(1+Куп)

выходная скорость потока на стопе Vсоп=КсужVим=(Dим/Dсоп)2 Vим=1.41Vим и Vпол=0-----

тяга импеллера на стопе---- Fст=pSимVим2=(DимVим)2,

кинетическая мощность на стопе--- Рст=pSимVим3=0.5pSсопVсоп3=0.5(dm/dt)Vпот2

полный кпд в полёте--- КПДвнеш=2КПДвнут Vпол/(Vсоп+Vпол)=КПДвнут 2h/(Hим+h)=КПДвнут 2Куп/(1+Куп)