История импеллера-ликбез
Expertx (обсуждение | вклад) |
|||
| (не показаны 6 промежуточных версий 2 участников) | |||
| Строка 2: | Строка 2: | ||
| − | История создания импеллера началась в 1930-40 е годы, как попытка создания аэродинамического осевого компрессора для первых турбореактивных двигателей | + | История создания импеллера началась в 1930--40 е годы, как попытка создания аэродинамического осевого компрессора для первых турбореактивных двигателей |
| − | Уже на заре авиации конструкторы столкнулись с интересной проблемой ---это эффективность заполнения площади сечения 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 (срыв потока)---соотношение суммарной площади проекции лопастей к ометаемой называется коэф.перекрытия | + | Уже на заре авиации конструкторы столкнулись с интересной проблемой ---это эффективность заполнения площади сечения 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 (срыв потока)---соотношение суммарной площади проекции лопастей к ометаемой называется коэф.перекрытия Kперек=n Sлоп/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. | + | Тогда было принято интересное решение ---уменьшить диаметр винта в два раза заполнив перекрытием маленького круга большим кол-вом широких лопастей n=(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 находятся 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 спрямляющие закрученный поток неподвижные лопатки ---они же конструктивно поддерживают конус относительно винта с минимальным зазором. | + | Зная что открытый винт на стопе формирует воронку с площадью входного сечения(губа) в два раза больше выходного(горловина), которые находятся 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 спрямляющие закрученный поток неподвижные лопатки ---они же конструктивно поддерживают конус относительно винта с минимальным зазором. |
| Строка 24: | Строка 24: | ||
общее уравнение текущей реактивного тяги для импеллера это произведение приращения скорости потока на массовый расход ----------- | общее уравнение текущей реактивного тяги для импеллера это произведение приращения скорости потока на массовый расход ----------- | ||
| − | F=delta V(dm/dt)=(Vсоп-Vпол)pо Sимп(Vсоп+Vпол)/2='''0. | + | F=delta V(dm/dt)=(Vсоп-Vпол)pо Sимп(Vсоп+Vпол)/2='''0.5 pо Sимп(Vсоп^2-Vпол^2)'''--- |
| − | Fпол=0. | + | Fпол=0.7 pо Dимп^2 Vсоп^2 (1-Куп^2)/2, где Куп=Vпол/Vсоп=h/Hо |
| Строка 36: | Строка 36: | ||
кинетическая мощность потока на стопе--- Рст=pо Sимп Vимп^3=0.5pо Sсоп Vсоп^3=0.5(dm/dt)Vпот^2 | кинетическая мощность потока на стопе--- Рст=pо Sимп Vимп^3=0.5pо Sсоп Vсоп^3=0.5(dm/dt)Vпот^2 | ||
| − | приращенная мощность потока в полёте----Римп=Рсоп-Рдиф=pо Sдиф Vдиф(Vсоп^2-Vпол^2)/2=pо Sдиф Vпол^3 | + | приращенная мощность потока в полёте----Римп=Рсоп-Рдиф=pо Sдиф Vдиф(Vсоп^2-Vпол^2)/2=pо Sдиф Vпол^3----оптимально для авиамоделей при '''Sдиф/Sсоп=2''' |
| − | полный кпд в полёте КПДвнеш=100% Vпол/0.5(Vпол+Vпот) | + | полный кпд в полёте КПДвнеш=100% Vпол/0.5(Vпол+Vпот) |
для реального импеллера на стопе КПДимп=100% 2Vдиф/(Vдиф+Vсоп)=100% КПДво/(0.5+0.5Но/h) | для реального импеллера на стопе КПДимп=100% 2Vдиф/(Vдиф+Vсоп)=100% КПДво/(0.5+0.5Но/h) | ||
| Строка 48: | Строка 48: | ||
-----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 (пять и более штук)! | -----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 (пять и более штук)! | ||
| − | для "золотого" импеллера с Кгуб=1.41, Кв=1.62 ------ ТГТимп= | + | для "золотого" импеллера с Кгуб=1.41, Кв=1.62 ------ ТГТимп=Фи Кгуб D Н Sл Cyл n^0.667=*='''3.7 D^2 Сул Sл n^0.667''' |
| − | Для большинства импеллеров с относительным шагом 1. | + | Для большинства импеллеров с относительным шагом Кв=1.62, где поступь примерно равна произведению диаметра крыльчатки на корень квадратный из Сул----hимп=D(Сумах)^0.5, есть простой расчёт силы тяги (Ньютон) на уровне моря равной при КПДво=0.8-----Fст=0.78Кгуб КПДво ро(Dимп Vимп)^2=0.78х1.4х0.78х1.2кг/м3(Dимп Vимп)^2=*=(Dимп hимп fст)^2 |
| − | Fст= | + | '''Fст=Сумах (Dимп^2 fст)^2''', где fст=0.75Uакку Кv/60 для электропривода ! |
| − | например для семилопастной крыльчатки от компьютерного кулера----- Fст=1 | + | например для семилопастной крыльчатки от компьютерного кулера----- Fст=1.8((0.075м)^2 х 290Гц)^2=4.8Н=480 грамм силы! |
| − | потребляемая электрическая мощность (ватт) с учётом КПДвмг------Рэл=Рпотока/КПДвмг=Fст | + | потребляемая электрическая мощность (ватт) с учётом КПДвмг------Рэл=Рпотока/КПДвмг=Fст Vимп/КПДимп КПДэд='''1.4 Fст Dимп fст(Сумах)^0.5''' |
| − | например 1. | + | например 1.4 х 4.8Н х 0.075м х 290Гц х (1.8)^0.5=195 вт!----удельная тяга 480г/195вт=2.45г/вт |
для электропривода в импеллерах справедлива эмпирика---сила тока эд наведенная тягой при полном газу это произведение силы тяги в ньютонах на диаметр крыльчатки в метрах, на кв мотора в герцах на вольт и на корень из Су ------- | для электропривода в импеллерах справедлива эмпирика---сила тока эд наведенная тягой при полном газу это произведение силы тяги в ньютонах на диаметр крыльчатки в метрах, на кв мотора в герцах на вольт и на корень из Су ------- | ||
| − | Iст=Iхх + Fст | + | Iст=Iхх + Fст Dимп Kхх (Сумах)^0.5 |
например 0.6А+4.8Н х 0.075мм х 24Гц/В x(1.8)^0.5=0.6А+11.6А=12.2А!----Uakky=Pпот/Iст=195вт/12.2А=16В | например 0.6А+4.8Н х 0.075мм х 24Гц/В x(1.8)^0.5=0.6А+11.6А=12.2А!----Uakky=Pпот/Iст=195вт/12.2А=16В | ||
Текущая версия на 09:59, 20 июля 2025
статья-----автор Книжников ВВ
История создания импеллера началась в 1930--40 е годы, как попытка создания аэродинамического осевого компрессора для первых турбореактивных двигателей
Уже на заре авиации конструкторы столкнулись с интересной проблемой ---это эффективность заполнения площади сечения 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 (срыв потока)---соотношение суммарной площади проекции лопастей к ометаемой называется коэф.перекрытия Kперек=n Sлоп/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 n=(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 находятся 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 спрямляющие 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 КПДимп=80%----для модельных импеллеров КПДимп=(40микро--45мини--50миди)%------[1]
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=pо Sвх Vдиф=pо Sимп Vимп=pо Sвых Vсоп, где Vимп=(Vпол+Vсоп)/2
общее уравнение текущей реактивного тяги для импеллера это произведение приращения скорости потока на массовый расход -----------
F=delta V(dm/dt)=(Vсоп-Vпол)pо Sимп(Vсоп+Vпол)/2=0.5 pо Sимп(Vсоп^2-Vпол^2)---
Fпол=0.7 pо Dимп^2 Vсоп^2 (1-Куп^2)/2, где Куп=Vпол/Vсоп=h/Hо
выходная скорость потока на стопе Vсоп=Ксуж Vимп=(Dимп/Dсоп)^2 Vимп=1.41Vимп при Vпол=0-----
тяга импеллера на стопе это реактивная составляющая плюс (10--40)% от статики между атмосферным давлением и пониженным в диффузоре---- Fст=(1.1--1.4)pо Sимп Vимп^2=(0.9--1.1)(Dимп Vимп)^2,
кинетическая мощность потока на стопе--- Рст=pо Sимп Vимп^3=0.5pо Sсоп Vсоп^3=0.5(dm/dt)Vпот^2
приращенная мощность потока в полёте----Римп=Рсоп-Рдиф=pо Sдиф Vдиф(Vсоп^2-Vпол^2)/2=pо Sдиф Vпол^3----оптимально для авиамоделей при Sдиф/Sсоп=2
полный кпд в полёте КПДвнеш=100% Vпол/0.5(Vпол+Vпот)
для реального импеллера на стопе КПДимп=100% 2Vдиф/(Vдиф+Vсоп)=100% КПДво/(0.5+0.5Но/h)
Расчёт тяги и мощности э-импеллеров
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 (пять и более штук)!
для "золотого" импеллера с Кгуб=1.41, Кв=1.62 ------ ТГТимп=Фи Кгуб D Н Sл Cyл n^0.667=*=3.7 D^2 Сул Sл n^0.667
Для большинства импеллеров с относительным шагом Кв=1.62, где поступь примерно равна произведению диаметра крыльчатки на корень квадратный из Сул----hимп=D(Сумах)^0.5, есть простой расчёт силы тяги (Ньютон) на уровне моря равной при КПДво=0.8-----Fст=0.78Кгуб КПДво ро(Dимп Vимп)^2=0.78х1.4х0.78х1.2кг/м3(Dимп Vимп)^2=*=(Dимп hимп fст)^2
Fст=Сумах (Dимп^2 fст)^2, где fст=0.75Uакку Кv/60 для электропривода !
например для семилопастной крыльчатки от компьютерного кулера----- Fст=1.8((0.075м)^2 х 290Гц)^2=4.8Н=480 грамм силы!
потребляемая электрическая мощность (ватт) с учётом КПДвмг------Рэл=Рпотока/КПДвмг=Fст Vимп/КПДимп КПДэд=1.4 Fст Dимп fст(Сумах)^0.5
например 1.4 х 4.8Н х 0.075м х 290Гц х (1.8)^0.5=195 вт!----удельная тяга 480г/195вт=2.45г/вт
для электропривода в импеллерах справедлива эмпирика---сила тока эд наведенная тягой при полном газу это произведение силы тяги в ньютонах на диаметр крыльчатки в метрах, на кв мотора в герцах на вольт и на корень из Су -------
Iст=Iхх + Fст Dимп Kхх (Сумах)^0.5
например 0.6А+4.8Н х 0.075мм х 24Гц/В x(1.8)^0.5=0.6А+11.6А=12.2А!----Uakky=Pпот/Iст=195вт/12.2А=16В
Сама крутотень---[3] реактивная летучая мышь---[4]
