Для начала - кто и какие книги по воздушным винтам порекомендует почитать?
Задал вопрос на парамото: https://paraplan.ru/forum/post/2551373 но там все больше практики, а вопрос скорее теоретический. Чем ограничено увеличение диаметра винта? Какой физикой? Уточню вопрос на примере: Допустим, у нас есть скорость ЛА или скорость потока в 20 м/с. Есть мощность, допустим 10 кВт. Ставим очень маленький винт. Маленького диаметра. Пытаемся в этом диаметре выжать из него максимум - окружная скорость, углы, количество лопастей. Он создает тягу - сравнительно небольшую. По физике - создает закрученную струю воздуха, отбрасываемую назад, предположим, со скоростью 40 м/с. Разница со скоростью потока 20 м/с и низкий КПД. Увеличиваем диаметр винта. Тяга растет. Скорость струи воздуха уменьшается, до 30 м/с, КПД растет. Относительная скорость 10 м/с. Еще увеличиваем диаметр. Тяга опять растет, а скорость струи воздуха уменьшается почти до скорости ЛА - например 25 м/с. Относительная 5 м/с. Если очень сильно увеличить диаметр, то скорости ЛА и отбрасываемого воздуха сравняется, КПД приблизится к 100% а тяга будет просто мощность делить на скорость. Но этого не происходит. Начиная с некоторого диаметра тяга и КПД будут падать. Отсюда изначальный вопрос - чем, какой физикой это ограничено? |
Biryuk
22 Ноя 2020
|
Цитата: Существует несколько теорий воздушных винтов {теория идеального винта, теория изолированного элемента лопасти, вихревая теория, относительная (лопастная) теория}. Каждая из них имеет свои достоинства и свои недостатки. Очень важное практическое значение имеет теория Сабинина–Юрьева, которая устанавливает взаимосвязь параметров потока, размеров лопастей винта и мощности, потребляемой винтом при заданной частоте его вращения {V1•w1 / W12 = CR•i•b / (8•r)}. |
Помню эту книгу на твердом носителе. На удивление - несмотря на упрощение - дает ответы на многие вопросы. Цитата: Опыт показывает, что даже у хорошо выполненных
воздушных винтов фиксированного шага на оптимальной скорости полета полный К П Д не превышает 0,7, а часто находится в пределах 0 ,5...0 ,6 . Это означает, что 30...40% мощности, развиваемой двигателем, используется не по назначению. Так, например, увеличение полного К П Д винта с 0,5 до 0,7, за счет подбора его диаметра и частоты вращения аналогично увеличению мощности двигателя на 40%. Для создания тяги достаточно, чтобы винт при вращении производил ускорение воздушного потока в осевом направлении. Однако кроме осевого ускорения всегда имеет место и закрутка потока в направлении движения лопастей. Кроме того, часть мощности двигателя расходуется на преодоление сил трения лопастей о воздух. В соответствии с этим целесообразно рассматривать КПД винта как произведение КПД отдельных его составляющих — осевого, окружного и профильного: Цитата: Из последней формулы видно, что потери с осевой
скоростью пропорциональны первой степени секундной массы отбрасываемого воздуха т и второй степени его скорости ѵ2. Становится понятным, что эти потери при заданной тяге можно уменьшить, увеличивая массы отбрасываемого воздуха (например, за счет увеличения диаметра винта) с одновременным уменьшением скорости потока в струе за винтом. Увеличение диаметра винта (при заданной мощности двигателя) требует уменьшения его частоты вращения. В связи с этим почти во всех случаях выгодно использование в силовой установке понижающих редукторов. Цитата: Окружной КПД оценивает потери мощности на закрутку воздушного потока. Проведенные расчеты показали, что эти потери у воздушных винтов СЛС с двигателями мощностью до 50...60 кВт не превышают 2%
от располагаемой мощности. Поэтому целесообразно, приняв за расчетную, мощность, равную 98% от фактической, считать, что г)окР = 1 . Такое допущение, практически не оказывая влияния на конечный результат, почти в два раза сокращает объем работ по расчету винта Цитата: Профильный К П Д оценивает потери мощности на
преодоление сил давления и трения лопастей о воздух. Наибольшее влияние на величину этого КПД оказывает чистота поверхности лопастей. Профильный КПД аккуратно выполненных, отполированных и покрытых лаком винтовых профилей равен 0,84...0,88. То есть надо "копать" вопрос по профильному КПД. Будем читать более серьезные книги |
Biryuk
23 Ноя 2020
|
Юрьев Б.Н., Импульсная теория воздушных винтов.
Касторский В.Е., Курочкин Ф.П. Практические работы по курсу воздушных винтов. Академия имени Н.Е.Жуковского, 1948 (1961) |
Я не большой спец по винтам, но по моему тут не хватает ещё кучи параметров.
Винт нельзя (непродуктивно) рассматривать в отрыве от силовой установки. Нужно учитывать параметры двигателя, на каких оборотах он достигает максимальной мощности... Возможна ли длительная эксплуатация на этих оборотах, или есть какой-то "крейсерский" режим... Есть ли редуктор, его масса вместе с "демпфирующим устройством", а может редуктор и не понадобится... Есть ли чисто геометрические ограничения по размеру винта... Могут быть ограничения по материалам, из которых винт будет изготовлен... Винт будет толкающий или тянущий, может есть элементы конструкции "затеняющие" поток от винта... Есть ли возможность применения "аэродинамического кольца"... Читая книги о старых самолетах, я иногда удивлялась, как какая-нибудь двухместная авиетка, с двигателем в 25 л.с. вообще могла отрываться от земли? А там двигатель достигал этой мощности на 1800 оборотов в минуту, имел какой-то сумасшедший момент на валу и винт под 3м диаметром. Чем больше, диаметр тем лучше, но концы лопастей не должны выходить на скорости, близкие к околозвуковым. Там значительно меняется "аэродинамика", придётся на законцовках менять и профиль и форму, и всё-равно не эффективно будет по сравнению с "дозвуковым" обтеканием. При чём, уже на скоростях от 150 м/с нужно учитывать "сжимаемость" среды в которой работает профиль винта. Шаг винта можно по разному считать, кому-то нужна максимальная тяга при взлёте, кому-то нужна максимальная эффективность в крейсерском полёте и т.д. Цитата: КПД приблизится к 100% а тяга будет просто мощность делить на скорость. Цитата: Отсюда изначальный вопрос - чем, какой физикой это ограничено? |
Цитата: Скорость можно оставить постоянную (на кончике лопасти). И распределение скоростей сохраняется и подобие площадей, и углы установки и фактические углы атаки. Цитата: Если на электродвигателе винт оптимизировать на максимальную скорость, то при ее уменьшении система двигатель-винт будет "подстраиваться", не идеально, но достаточно хорошо (конечно, не так как ВИШ). Тогда нужно для начала определиться, как мы будем "считать" винт, будем рубиться за доли процента эффективности или воспользуемся упрощенной моделью с ранее подобранными эмпирически коэффициентами. Второй вариант мне кажется более разумным, даже какие-то программулинки расчёта винтов есть. |
Цитата: Там немного сложнее, поток воздуха может "приходить" на кончики лопастей под углом отличным от направления полёта из-за перепада давления перед винтом и за ним, это будет немного влиять на углы атаки для "теоретического" винта. |
Цитата: Для начала - кто и какие книги по воздушным винтам порекомендует почитать? Aleksandrov1951.djvu |
Олег Вас.
23 Ноя 2020
|
КПД пропеллеров с увеличением диаметра начинает падать когда скорость на концах лопастей приближается к скорости звука. Конечно можно сделать гигантский винт с приемлемыми скоростями на концах, но кому он нужен. Это гигантский гироскоп, тяжеленный и негабаритный.
|
Олег Вас.
23 Ноя 2020
|
Кроме того, чем больше диаметр, тем быстрее падает тяга с ростом скорости л.а.
Во всех более или менее научных книгах по винтам есть графики для подбора оптимального диаметра, исходя из реализуемой мощности и скорости аппарата (где вам больше нужна максимальная тяга - на взлете, на крейсерской скорости, на высоте - выбираете сами). |
Летают на маленькой скорости. Но тем не менее, если посчитать винт по какой либо классической теории, то его диаметр будет намного меньше. Т.е. винт у них в применимости той мощности (до 400 Вт) и скорости переразмерен - как раз в борьбе за КПД. Еще была такая заметка в бумажном журнале, про мокрую педальную подлодку, для каких то соревнований. Двухместная , винт что то по размеру почти метр. В этой заметке было сказано, что наибольшую сложность составляло просчет винта - 10 часов машинного времени. В то время как гидродинамику корпуса посчитали меньше чем за час. |
Test
23 Ноя 2020
|
Цитата: Летают на маленькой скорости. Но тем не менее, если посчитать винт по какой либо классической теории, то его диаметр будет намного меньше. Цитата: наибольшую сложность составляло просчет винта - 10 часов машинного времени. В то время как гидродинамику корпуса посчитали меньше чем за час. |
Цитата: Время полета измеряется секундами. Цитата: Мировой рекорд[4] — перелёт на расстояние 115 км за 3 часа 54 минуты 59 секунд по стопам легендарного Дедала с острова Крит на материк совершил греческий велосипедист-спортсмен K. Канеллопулос (Греция на летних Олимпийских играх 1984) на мускулолёте «MIT Daedalus (англ.)русск.» 23 апреля 1988 года. Аппарат имел размах крыльев 34,75 м, а площадь крыла составила 35,0 м².
Полёт по замкнутому кругу длиной 58,66 км в 1987 году Glen Trernmi (США) на «Light Eagle», в том же году и на том же мускулолёте единственная женщина-пилот Lois McCallin (США) пролетела 15 км за 37 минут. |
Может быть... Вполне себе вариант.
Цитата: 3. Тянущий (спереди) или толкающий (сзади) винт диаметром 1.5 - 2 м. Чем больше винт (и соотв. медленнее скорость вращения), тем больше его КПД, поэтому используются воздушные винты большого диаметра. При этом толкающий винт потребляет примерно на 10% больше мощности, т.к. перед ним есть область затенения кабиной пилота, а кроме того, тянущий винт за счет струи воздуха обдувает крыло и тем самым создает дополнительную поъемную силу. Как правило, пилот вращает педали с частотой 90 об/мин, а винт через цепную передачу, аналогичную велосипедной цепи, вращается с частотой 160..180 об/мин. Это позволяет наиболее рационально снимать полезную мощность с человека, КПД такой передачи около 95%. Интересно бы технические подробности почитать. Про винт, расчеты, КПД и прочее. Покопаюсь пока здесь: https://web.archive.org/web/20050325094400/http://home.earthlink.net/~ccbroome/air.html |
С этим сложнее... Я когда этим занималась (трава была еще зеленее и деревья выше), мы брали шаблоны для "стапеля" лопастей из зарубежных журналов. В общем, занимались копированием зарубежного опыта, диаметр и шаг меняли экспериментально.
Единственное чем могу помочь, вечером поищу в сети, может накопаю что-то. |
Спасибо
Просматриваю то же поиском разную всячину. Попалась книга А. М. Шахат "Резиномоторная модель". 1977 г. В ней, помимо всего прочего, упоминается термоизвещатель Мечта. Который представляет собой метеошар, грузоподъёмностью примерно в 1 кг, на трех растяжках. Высота шара - 100 м. На растяжках - ленты. Первый раз про такое читаю |
A.Krapivin
28 Фев 2021
|
Цитата: Для горизонтального полета они же переразмерены?
Но скорости вполне обычные для турбовинтового самолета - почти 600 км/ч в максимуме. А винты по 11,6 м в диаметре. Для неграмотных сообщаю - Винт АВ-90, это "соосный винт"(два четырёхлопастных винта на одной оси вращаются в разные стороны) |
К сожалению, не попадалось. Не доводилось сталкиваться с подобными разработками .
Цитата: Для горизонтального полета они же переразмерены? Могу только предположить, что винты у этого аппарата, своеобразный "винт-компромисс". Они не оптимальны для вертикального взлёта и горизонтального полёта. Хоть лопасти и меняют шаг, но они имеют "крутку" рассчитанную для какой-то "средней" скорости. А что бы компенсировать не оптимальные углы, в лопастях применили "толстый" профиль. Но это всё мои догадки. |
Спасибо
Цитата: Могу только предположить, что винты у этого аппарата, своеобразный "винт-компромисс". Но вот дальше простым сравнением никак - слишком разные аппараты во всем, даже когда конвертоплан в режиме самолета. Вес, качество, режим работы силовой установки в горизонтальном полете. И если для СУ Ан-12 (а там вроде АИ-20) при желании можно найти все интересующее, то для В-22 вряд ли. |
Олег Вас.
24 Ноя 2020
|
Это аппарат, "сделанный из соломинок" для одного полета в идеальных условиях. Если подвести нормальную мощность к большому винту он будет тяжелый и на редукции чего-то потеряете. Большинство винтов в авиации изначально имеют конструктивные ограничения по диаметру. От этого количество лопастей и их ширина. Немного можно подгрузить и углами атаки.
Если поставите винт как ветряк в Ирландском море, то и кпд будет прекрасным и тяга на нулевой скорости удивительная. Дерзайте. |
Цитата: Если поставите винт как ветряк в Ирландском море, то и кпд будет прекрасным и тяга на нулевой скорости удивительная. Выше приведенные примеры с мускулолетами дают оптимизацию по винтам вовсе не под нулевую скорость, а очень приличную - 20-40 км/ч. Под нулевую - это мускулолеты вертолетного типа - отдельное направление. |
Олег Вас.
24 Ноя 2020
|
Если интересует скорость сколь-нибудь существенная смотрите до какого упадет тяга вашего идеального винта. И узнаёте, что такую же можно получить при меньшем диаметре.
|
Цитата: Если интересует скорость сколь-нибудь существенная смотрите до какого упадет тяга вашего идеального винта Хорошо и понятно написано. Если к исходным данным - 20 м/с и 10 кВт, то мощность - тяга на скорость с учетом КПД или, иначе, тяга - мощность делить на скорость с учетом КПД. Вот вокруг этих двух параметров - реальная мощность и КПД - вся интрига и крутится. Но в случае электродвигателя с мощностью несколько точнее, чем с ДВС, хотя есть свои нюансы. КПД у высоконагруженных винтов (малого диаметра) не более 0,5 даже для идеальных (винта и пропеллера), а реалии где то ближе наверное к 0,4. Тогда на желаемых 20 м/с тяга около 20 кг. Если же суметь достигнуть КПД равному 0,7 то тяга будет ближе к 35 кг. Но тут другой вопрос - а как это проверить? Можно посчитать, подобрать винт под эту скорость, можно использовать переставной шаг, но как проверить тягу на 20 м/с? Аэродинамической трубы нет, летающей лаборатории с несколькими моторами, из которых один испытательный - то же. Стабильного природного ветра в 20 м/с (и даже в 15 или 10) то же не очень найдешь. Аэросани? Как то очень сомнительно... Вести испытание в трубе длиной в несколько диаметров? То же очень косвенные результаты. |
Олег Вас.
25 Ноя 2020
|
Скорее всего только примерно по номограммам.
Более 100 лет назад то ли Чаплыгин, то ли Рябушинский в своих практических опытах с ВМУ снимали какую-то фантастическую тягу с л. с. Интересно так же обратиться к соосным винтам. Преимущества - компенсация гироскопического момента, больший кпд, реализация большей мощности при меньшем диаметре. |
Олег Вас.
24 Ноя 2020
|
Вот другой пример из истории. "Сверчок" Мишеля Коломбана. Винты двухлопастные, 70 см. в диаметре, насколько помню. Исходя из характеристик аппарата их кпд выше всяких похвал.
|
Олег Вас.
24 Ноя 2020
|
Смутно помню. Кажется упоминалась цифра 70%, хотя это похоже на сказку.
|
Выше по теме
Цитата: Но тут другой вопрос - а как это проверить?
Можно посчитать, подобрать винт под эту скорость, можно использовать переставной шаг, но как проверить тягу на 20 м/с? Аэродинамической трубы нет, летающей лаборатории с несколькими моторами, из которых один испытательный - то же. Стабильного природного ветра в 20 м/с (и даже в 15 или 10) то же не очень найдешь. Аэросани? Как то очень сомнительно... Вести испытание в трубе длиной в несколько диаметров? То же очень косвенные результаты. (спасибо Валере 007 ) Кое что покупаю на али - контроллер, сервотестер. Вопрос испытаний остается открытым. Электродвигатель (7 кВт в максимуме - 4-5 кВт долговременно) позволяет достаточно точно контролировать мощность по току, напряжению и усредненному КПД подобных двигателей, обороты. Можно ручным расчетом получить некоторые параметры, а именно потребляемую мощность тягу и КПД на определенных оборотах и определенной скорости. Можно то же сделать в программах упрощающих это, типа проп селект или подобное. Два маленьких винта (Валера презентовал вместе с электродвигателями) можно просто ставить на двигатель и крутить на любых разумных оборотах. Можно заказать винт большего диаметра, сделать из имеющегося или чего то другого редуктор, крутить на любых разумных оборотах. Можно заказать винт с переставным шагом. Статику (статическую тягу) можно измерить. Пользы от этого плюс минус... Как измерить тягу на скорости? Есть у кого какие мысли по этому поводу? |
Test
06 Дек 2020
|
А не получится так, что это никому не нужная работа?
Мне кажется, что на планируемых скоростях (условно 50-70 км в час) тяга на 90% (если не больше) определяет эффективность работы винта. Глобально, да и размерно, вполне можно принять винты мотопарапланов. И там и тут обороты будут определять тягу, а влияним скорости можно пренебречь. |
Цитата: А не получится так, что это никому не нужная работа? Цитата: Глобально, да и размерно, вполне можно принять винты мотопарапланов. И там и тут обороты будут определять тягу, а влияним скорости можно пренебречь. Исходя из подтекста (для чего разрабатывается винт) я бы не пренебрегала скоростью, и начала бы не с винта, а с расчета воздушного сопротивления ЛА на разных скоростях. Потому как тупо может не хватить мощности разогнать "цеппелин" до планируемой скорости. |
Test
06 Дек 2020
|
Цитата: Исходя из подтекста (для чего разрабатывается винт) я бы не пренебрегала скоростью, и начала бы не с винта, а с расчета воздушного сопротивления ЛА на разных скоростях. Потому как тупо может не хватить мощности разогнать "цеппелин" до планируемой скорости. Ту все зависит от системы управления, сколько винтов будет всего. Если 4 поворотных, или же 2 маршевых, а 2 поворотных, то как раз попадает в размерность мотопараплана по винту. 2-4 винта. Важный момент, что парапланерные винты производятся серийно. |
Цитата: Исходя из подтекста (для чего разрабатывается винт) я бы не пренебрегала скоростью, и начала бы не с винта, а с расчета воздушного сопротивления ЛА на разных скоростях. Потому как тупо может не хватить мощности разогнать "цеппелин" до планируемой скорости. Начиная со схемы: мягкая? полужесткая? жесткая? Обтекание ребристой или гладкой поверхности (как говорил Дим), соответсвенно. Точка приложения тяги и обтекание под нулевым или отличным от нуля углом. Место установки силовой установки и доп сопротивления. По поводу разгона - так как мощность/тяга силовой установки почти почти (но только почти) не тратится на создание подъемной силы, то там в идеальном случае просто квадратичный закон. Примерно такой Потому если от максимальной скорости в сторону уменьшения, тяга просто не будет падать - и этого уже будет достаточно. |
Test
17 Дек 2020
|
Наткнулся случайно. Теория полета дирижаблей. Краткий курс
https://my-shop.ru/shop/product/2470067.html Цитата: В настоящей книге изложены основы теории полета дирижабля: аэростатика, аэродинамика, динамика полета. Теоретические сведения даются на основе элементарной алгебры и тригонометрии, без привлечения высшей математики. Предполагается, что читатель знаком с основными понятиями аэродинамики и теории полета самолета. Издание предназначено для пилотов и инженеров по эксплуатации дирижаблей, а также студентов авиационных вузов и специалистов-воздухоплавателей. Оно может быть использовано в качестве учебного пособия, в том числе для самостоятельного изучения или для подготовки лекционных материалов. |