Инженеринг винта-ликбез

Текущая версия на 11:44, 1 февраля 2026

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--1.7 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=(0.025узк--0.03нор--0.035шир) D^2=Пи(D/Кудл)^2/4, и 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 =0.25 pо Сул Кв^0.5 Sл (Пи D f)^2 К=2.467 pо Sл Сул Кв^0.5 (D f)^2 n^(2/3)!

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

тяга ВВ на стопе (Н)----Fст = ро (ТГТВ) f^2, где торсионная геометрическая тяжесть винта (ТГТВ)=Кф Sл Сул D H n^0.667=*=4 Sл D H n^0.667, где форма и крутка лопасти задаёт Кф=5 Кзап=(2гон--2.6сам--"Пи"пил--4коп), где коэф. заполнения по методу Книжникова----- Кзап=2 n^0.33/Кудл Кв^0.5!

для двухлопастных авиамодельных винтов-----ТГТВ(м4)=*=(0.1гон--0.15двс--0.2сам--0.25пил--0.3коп)Н 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

режим винта статический или на стопе:

реактивная сила на стопе равна аэродинамической тяге винта-----0.9 ро h^2 D^2 f^2 Пи/4=2.5 ро Sл n^0.67 Cyл Кв^0.5 (D f)^2

для многолопастного винта истинная поступь на стопе (м)---h=1.88 (Cyл Sл n^0.67 Кв^0.5)^0.5=1.67 D Кв^0.25 n^0.33 Cyл^0.5/Кудл =*=1.67 n^0.33 Sв^0.5/Кудл

поступь двухлопастного самолётного винта hдвух=*=(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+0.25 D Кв^0.25/Sл^0.5 n^0.33) =*=0.95(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)/("0.9сам" D Кпроп)=Сул^0.5 Кв/("0.9сам"х2.22 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----- КПДвнеш=*=Кпроп=0.5 Ксам^0.5=0.5 (№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 (1/2--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=*= 0.15 ро Н D^3 fст^2

для э-ВМГ модельной размерности на полном газу частота вращения----fст=0.72 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 горизонтеVгор=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=0.13Fст Н

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