История импеллера-ликбез
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 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 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=81%----для модельных импеллеров КПДимп=35-45%!!!
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 Vсопл, 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 Sим(Vсоп+Vпол)/2=0.5pо Sимп(Vсоп^2-Vпол^2)---
Fпол=0.5pо Sимп Vсоп^2 (1-Куп^2), где Куп=Vпол/Vсоп=h/H
общее уравнение мощности потока Рпот=0.25pо Sимп Vсоп^3 (1-Куп^2)(1+Куп)
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% от статики между атмосферным давлением и пониженным в диффузоре---- Fст=1.1pо Sимп Vимп^2=(Dимп Vимп)^2,
кинетическая мощность на стопе--- Рст=pо Sимп Vимп^3=0.5pо Sсоп Vсоп^3=0.5(dm/dt)Vпот^2
полный кпд в полёте--- КПДвнеш=2КПДвнут Vпол/(Vсоп+Vпол)=КПДвнут 2h/(Hим+h)=КПДвнут 2Куп/(1+Куп)
Расчёт тяги и мощности э-импеллеров
для "золотого" импеллера с Кгуб=1.41, Кв=1.62, К=0.55(n)^0.5 и (Сул Sл)= эффективная площадь лопатки------Fст=6.2 Сул Sл (Dим fст)^2 (n)^0.5!
Для большинства импеллеров с относительным шагом 1.5-2, где поступь примерно равна произведению диаметра крыльчатки на Сулопатки----hим=D(Сумах)^0.5, есть простой расчёт силы тяги (ньютон) на уровне моря равной------
Fст=1.1(Dим hим fст )^2=1.1 Сумах (Dим^2 fст )^2, где fст=(0.6-0.7)Uакку Кv/60 для электропривода !
например для семилопастной крыльчатки от компьютерного кулера----- Fст=1.1х1.8((0.075м)^2 х 275Гц )^2=4.8Н=480 грамм силы!
потребляемая электрическая мощность (ватт)------Рэл=1.1 Fст Dим fст (Сумах)^0.5/КПДэд
например 1.1 х 4.8н х 0.075м х 275гц х (1.8)^0.5 /0.77=184 вт!----удельная тяга 480г/184вт=2.6г/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= Fст Dим Kхх (Сумах)^0.5
например 4.8н х 0.075мм х 24гц/в x(1.8)^0.5=11.6а!----Uakky=Pпот/Iст=184вт/11.6а=16в
для импеллерного ла воздушная скорость полёта в горизонте на полном газу-----Vгор= Dим fст (Сумах КПДим)^0.5=0.9 Dим fст!
