Инженеринг винта-ликбез
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--1.8 для коптера и парителя
2) со слабо вогнуто-выпуклым профилем Сул=1.4--1.5 для грузовика
3) с плосковыпуклым профилем Сул=1.2--1.3 для пилотажки и бойцовки
4) с несимметричным двояковыпуклым Сул=1.0--1.1 для гонки и рекордно-скоростных
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=Сул Н/D
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 F=0.5pо Cy S Vокр ^2 =0.5pо Сул Кв Sл (Пи D f)^2 К=0.5pо (3.14)^2 Сул H Sл D f^2 К=4.9pо Cyл D H Sл f^2 (Kу n^2/3)
где Ку = Кинт Ккрут Кзап= 0.7 х 0.95 х 0.93 = 0.62 ------------для самолётного винта!
1) Кинт средний (0.7--0.8) интегральный коэффициент центра распределения силы тяги по лопасти от радиуса ----центр давления зависит от формы лопасти -----для эллипса в 0.75R, трапеции 0.65R, плавника 0.7R,
2) Ккрут средний коэф.крутки (0.8--0.98) лопастей или квадрат косинуса угла установки лопасти на сечении (0.7--0.8)R, зависит от относительного шага----например при H/D=1.6---0.8, H/D=1---0.9, при H/D=0.8---0.95, H/D=0.6---0.97, H/D=0.4---0.98
3) Кзап=(0.8--0.95) средний коэф. заполнения ометаемой площади круга винтом учитывающий не работающий части потока комли лопасти и кока
4) коэффициент кол-ва лопастей (n)^0.67
тяга ВВ на стопе (Н)----Fст = 1.25кг/м3 (ТГТВ) f^2, где торсионная геометрическая тяжесть винта (ТГТВ)=Пи Sл Сул D H n^0.67, по методу Книжникова,
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
истинная поступь для многолопастного винта на стопе (м)--- h=2(Cyл Sл n^0.67 Н/D)^0.5 осевая скорость потока в сечении плоскости винта (м/с)---- Vo=h fст
мощность потока на стопе (вт)----- Pпот=Fст Vo
для ДВС расчет момента сопротивления на валу удобно проверить следующим способом---M(Нм)=F h/(6.28 КПДвнут), где КПДвнут=1/(0.5+(D H / Sл n^0.67)^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
рекомендуемый шаг без срывного винта на висении вертолёта -----Н=((ТГТВ) D)^0.25
для большинства авиамодельных двухлопастных винтов с плосковыпуклым профилем тяжесть упрощенно ----ТГТВдвухлоп(м4) = 6 Sл D H
расчёт рабочей площади одной лопасти винта удобно как Sл=Sомет х (1/22 для слоуфлаер, 1/26 для пилотажных и 1/30 для скоростных винтов) или
Sл=0.15 Сумах Sкр / АКмах n Сул
Подбор габаритов винта
Оптимизация винта для ла является важной задачей для авиаконструктора----правильно подобрать винтомоторную группу или вмг под самолёт , но не всегда под наличием нужный двигатель при условии что винт можно сделать самому или заказать недорого на стороне . Расчёт ометаемой площади винта под оптимальный крейсер Vкр=1.5Vсвал для полноразмерной авиации, n-кол-во параллельных винтов! тяга в полёте Fтек=0.5pо Cyлоп Sомет (Vпот^2-Vпол^2)---скоростной напор (1.225Vпол)^2-Vпол^2=0.5Vпол^2--------------------сила аэродинамического сопротивления ла Fсопр=0.5pо Vпол^2 Сх Sмид
аэродинамическая рабочая площадь "волшебного круга" ВВ в динамике-------- Sв = 0.5 Кзап Ккрут Сул Sомет = 0.5х0.9х0.9х0.78 Сул D^2 = 0.31 Сул D^2 эффективный крейсерский мидель---Сх Sмид=Су Sкр/АКтек=Суопт Sкр (0.8Кск^Х)/АКмах=0.8х 1.5^Х (0.667 Сумах) Sкр/АКмах=(0.8гон--0.9сам--1пар)Sу, где Х=1.25(Сумах)^0.5 и Sу=Сумах Sкр/АКмах
D^2 Сул=(2.56гон--2.89сам--3.24пар) Sу-----для одномоторника
оптимальный диаметр ВВ------------------D=(1.6гон--1.7сам--1.8пар)САХ(Сумах/Как Сул nвмг)^0.5-------------двухмоторник D=1.7САХ(1/1.1х1.3х2)^0.5=САХ
оптимальный геометрический шаг ВВ-------Н=Кв D=(0.6пил--0.8сам--1.0гон)D-----------------------------------двухмоторник Н=0.8D=0.8САХ
практические расчёты промышленных винтов на стопе смотри статью "воздушные винты"
для проверки инженеринга применено математическое тождество реактивной теории винтов в статике----Fст = Кзап Sомет ро Vв^2 = 0.9 D^2 (h f)^2
уравнение №1 скоростной хар-ки----осевая скорость потока в плоскости винта Vв = h f
уравнение №2 тяговой хар-ки----сила тяги винта Fст = ро (ТГТВ) f^2
уравнение №3 мощностной хар-ки--- мощность потока Pст = ро (ТГТВ) h f^3
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= 0.22 D^3 Н fст^2
для э-ВМГ модельной размерности на полном газу частота вращения----fст=0.73 Кхх Uакку, где оборотистость эд Кхх(Гц/В)=Кv(об/мин/В)/60
Момент инерции винта отвечает за разгон и торможение вращения и важно для э-мультикоптеров, чем меньше тем лучше-----МИв=nл mл (D/Пи)^2
Философия винта в авиации это эффективная площадь винта Sв=Сул D Н и относительный шаг как соотношение Кв=Н/D--------например аэрокачество винта АКВ=Пи/Кв
поступь пропеллера на стопе --------h=0.45(Сул D Н)^0.5-----------------h=0.45 D(Сул Кв)^0.5 -------------скорость потока на стопе Vв = h fст
шаг нулевой тяги в полёте-----------Но=Н(Сул)^0.5--------------------Но=D Кв(Сул)^0.5 ----------------скорость пикирования Vпик=Vмах= Но fхх!!!
тяга на стопе-------------------Fст=0.18 Сул D Н (D fст)^2--------------Fст=0.18 Сул Кв (D^2 fст)^2------скорость горизонтальная Vгор=0.9 Н fст
подбор габаритов ВВ-------------Сул D Н=Су(1.1САХ)(0.9САХ)/Как=1.2Сумах САХ^2 /Как--------------------------- площадь крыла самолёта Sкр=Куд D Н !!!
минимальные требование к полёту авиамодели самолёта-------
скорость потока через плоскость винта на стопе не менее скорости сваливания Vo = h fст =(2mg/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
