2х ступенчатый импеллер.
Полагаю , что многие знают статью в Моделисте -конструкторе за 1992 -5 В. Феоктистова о двухступенчатом импеллере на двс . Однако теории по этому вопросу я так и не нашел. Нашел лишь отдельные упоминания о статье. Пробовал обсуждать этот вопрос на др сайте , но обсуждения не получилось.
Вопросы такие.
1 могут ли быть плюсы у многоступ импеллера. ( например - бОльшее давление, при меньших оборотах ) Минусы и так понятны - сложность и вес.
2 почему у фирм импеллеров нет ВНА?
3 Можно ли пользоваться книгой по "аэродинамике осевых компрессоров "Кампсти для постройки импеллеров.
Не знаю -стоит ли заводить еще отдельную тему про управляемый ВНА? Ведь диапазон эффективной работы импеллера без упр ВНА крайне узок . Нигде не нашел инфы по этой теме.
А вы обратите внимание, что у настоящих ТРДД, тоже нету направляющего аппарата перед одноступенчатым вентилятором.
По поводу плюсов и минусов… Ну начнём с того, что кпд крыльчатки, зависит от её размеров - чем меньше диаметр, тем меньше КПД. Далее, в Американской литературе фигурирует такой термин как “твёрдость крыльчатки”, т.е. способность крыльчатки удерживать определённый перепад статического давления (к утечкам в зазоре между ротором и внешним корпусом, это не относится). Ещё момент: при увеличении скорости вращения крыльчатки, тяга увеличивается в квадратичной зависимости от оборотов, но потребляемая мощность увеличивается в кубической зависимости от оборотов.
Если подытожить вышесказанное, то две крыльчатки, расположенные на одном валу, будут иметь в 2 раза большую “аэродинамическую твёрдость”, чем одна, меньший КПД, в 2 раза большую потребляемую мощность на любых оборотах и конечный результат по тяге будет зависеть исключительно от величины потерь статического давления на одной крыльчатке и возможностей для ускоренния воздуха на второй крыльчатке. Скорее всего, будет просто более сложная конструкция, с немного меньшей скоростью вращения и примерно такой же потребляемой механической мощностью.
Просто вопрос в том, чего вы пытаетесь добиться? Снижения скорости вращения, увеличения тяги, повышения экономичности… Ведь в большой авиации почему-то отказались от маленьких 2-х ступенчатых вентиляторов с НА (может помните НК-8, Д-30КУ, НК-86) и применяют одноступенчатые без НА, чуть большего диаметра, ПС-90 например. Значит так выгоднее?
Вентиляторы (в моделизме - почему-то импеллеры) бывают четырех схем исполнения ступеней:ВНА+К+СА; ВНА+К; К+СА; К, - где ВНА - входной направляющий аппарат, К - рабочее колесо (импеллер), СА - спрямляющий аппарат (на выходе вентилятора).
Схема К одноступенчатого вентилятора наиболее проста конструктивно и технологически, но с самым низким КПД и его неблагоприятным изменением по скоростной характеристике установки в целом. Но эта схема, как и схема К+СА наиболее легко подстраивается к изменению расхода вохдуха через вентилятор по скорости полета (за счет соответствующего изменения частоты вращения ротора). Применяемые в моделизме вентиляторы (импеллеры) фактически являются многолопастными ВВ фиксированого шага, т.к. по технологическим соображениям лопатки рабочего колеса выполнены без перекрытия, т.е. не образуют профилированных каналов для прохождения воздуха (как в лопаточных машинах), а перемещаются в потоке воздуха подобно лопастям ВВ. И в авиамодельных вентиляторах четко просматриваются черты “родителей” - малоразмерных вентиляторов для охлаждения радиоаппаратуры. Просто кто-то инициативный умно расширил область применения продукции фирмы (с соответствующим упрочнением и променением новых материалов). ВНА усложняет и удорожает конструкцию вентилятора и уменьшает расход воздуха через рабочее колесо (при прочих равных условиях) и сужает рабочий диапазон вентилятора по частоте вращения. Или требует своей регулировки для поддержания требуемых углов входа потока воздуха в рабочее колесо, т.е. конструкция ещё более усложняется. Это моя версия ответа на Ваш второй вопрос.
В двухступенчатом вентиляторе СА 1-ой ступени является ВНА 2-ой ступени и обеспечивает необходимый угол входа потока в колесо 2-ой ступени. Без этого элемента конструкции вторая ступень вентилятора неработоспособна и только вносит дополнительные потери по давлению и мощности. Параметры обеих ступеней должны быть согласованы по расходу воздуха, степени повышения давления и т.д. А это уже аэродинамический расчет. Существует достаточно много отечественных книг по расчету лопаточных машин Холщевникова, Селезнева, Брусилвскрго и др., где приведены методики расчета ступеней и даны соответствующие пояснения по выбору разных необходимых коэффициентов. Методики представлены в удобной для расчета табличной форме. Конечно, при жгучей необходимости, можно воспользоваться и Камсптом… Ответ на третий вопрос.
А Ваш первый вопрос затрагивает уже теорию мото-компрессорных ВРД и лопаточных машин. Тяга ВРД пропорциональна произведению расхода газа (воздуха) через двигатель на скорость его истечения из сопла. А скорость истечения рабочего тела из сопла пропорциональна в докритической области перепаду давления, т.е. степени повышения давления в вентиляторе (для нашего случая) или величине затраченной работы (двигателем привода). Но работа привода расходуется на обеспечение расхода воздуха и его сжатие. В свою очередь работа сжатия воздуха пропорциональна окружной скорости колеса ротора и углу поворота потока в решетке колеса.Т.е. при известных ограничениях на предельный угол поворота потока в решетке нельзя увеличить степень степень повышения давления в ступени при снижении частоты вращения ротора. Конструктор всегда стоит перед проблемой выбора между расходом воздуха, степенью повышения его давления и частотой вращения ротора в ВРД. Применение двухступенчатого вентилятора (при его правильном проектировании) позволит увеличить степень повышения давления, но, при заданной мощности привода, это даст уменьшения расхода воздуха, что позволит уменьшить габариты ВРД. Но авиамодельные вентиляторы конструктивно являются НИЗКОНАПОРНЫМИ, т.е. в одноступенчатом варианте есть ещё неиспользуемые запасы по напорности. И большие, которые могут быть использованы при правильном проектировании и конструировании. Все изложено упрощенно для краткости.
А есть ещё резерв, который практически не поднимается на форуме - вопрос о профилировании входного диффузора и сопла для внутрифюзеляжного расположения силовой установки с целью снижения потерь и согласования характеристик входного устройства с характеристиками силовой установки. Особенно для моделей-копий. Особенно по расходу воздуха.
😵
Теория ГТД отдыхает!!!
Если по теме:
Прорабатываю вариант установки обычного 3-х лопастного винта на электродвигателе и все это в кольце+спямляющий аппарат(имитация гондолы двигателя).
Это будет являться Импеллером?
З.ы.Деляется сугубо для сохранения копийности.Размеры модели позволяют…
😵…Это будет являться Импеллером?
Судя по многочисленным фотографиям на форуме - ДА! Но это проблема современной российской терминологии, когда иностранные слова, вырванные из текста, применяются вместо родных…
[Теория ГТД отдыхает!!!..]
В этом другая большая проблема (прапорщика из анекдота). Вентилятору (воздушному винту) безразлично чем его крутят: электродвигателем, ДВС, газовой или паровой турбиной, - были бы требуемые мощность и обороты.
И поражаешься “информации” прайсов и сообщений форума, где тяга импеллера сравнивается только с потребляемой электрической мощностью. А где аэродинамические параметры (диаметры колеса по торцам лопаток и по втулке, количество лопаток, угол их установки на среднем диаметре, зазор по торцам лопаток, диаметр входного диффузора и сопла - перечень можно продолжить), определяющие тягу?
Потом разочаровываемся… А вентилятор отвечай?!!
И поражаешься “информации” прайсов и сообщений форума, где тяга импеллера сравнивается только с потребляемой электрической мощностью. А где аэродинамические параметры (диаметры колеса по торцам лопаток и по втулке, количество лопаток, угол их установки на среднем диаметре, зазор по торцам лопаток, диаметр входного диффузора и сопла - перечень можно продолжить), определяющие тягу?
Потом разочаровываемся… А вентилятор отвечай?!!
фточку 😃
уже собрал небольшую коллекцию моторов, пытаясь снять заявленные 2 кг с 3" импеллера
это проблема современной российской терминологии, когда иностранные слова, вырванные из текста, применяются вместо родных…
Да, древнерусское слово вентилятор гораздо приятнее на слух 😁
зы
у буржуев однако он именуется Ducted Fan
а импеллер - лиш вращающаяся часть цетробежного насоса
Георгий, скажите пожалуйста, есть смысл делать вентилятор импеллера по образу и подобию настоящего сверхзвукового вентилятора настоящего ТРДД? Получится ли в этом случае, большая экономичность?
Константин! Профилирование проточной части вентилятора (лопаток) по типу сверхзвуковых потребует и соответствующих скоростей потока на входе вентилятора (в относительном движении). Такой вентилятор в больших ГТД позволяет получить степень повышения давления =2 за счет “поджатия” прямым скачком в межлопаточном канале. При этом необходимо обеспечить сверхзвуковое течение потока на максимально большей части высоты лопатки, что достигается увеличением числа лопаток (увеличение густоты решетки) и их профилирования для организации соответствующего межлопаточного канала. Величина крутки потока на выходе из колеса значительная и обычно требуется постановка двухрядного спрямляющего аппарата для обеспечения осевого потока на выходе. КПД такой ступени ниже чем у дозвуковой.
Примерный расчет обеспечения сверхзвуковой скорости потока (W1 = 350 м/с) в вентиляторе с диаметром втулки колеса 60 мм в диапазоне осевой скорости потока на входе в колесо (50…100) м/с дает частоту вращения ротора не ниже 110000 об/мин.
Вот и пища для размышлений.
А пока заканчиваю проектирование стенда под имеющуюся (кулерную) матчасть…
зы
у буржуев однако он именуется Ducted Fan
а импеллер - лиш вращающаяся часть цетробежного насоса
Вот - вот… Часто уже и не понимаем друг друга.
Ducted fan = 1. Туннельный винт (ВВ в кольце). 2. Вентилятор в кольцевом обтекателе. /Англо-русский авиационный словарь. -М, 1964/.
Но есть и ГОСТ 28567-90 “Компрессоры. Термины.” - stroy.dbases.ru/Data1/30/30510/index.htm. Термины русские, приведены и соответствующие им немецкие и английские термины.
Примерный расчет обеспечения сверхзвуковой скорости потока (W1 = 350 м/с) в вентиляторе с диаметром втулки колеса 60 мм в диапазоне осевой скорости потока на входе в колесо (50…100) м/с дает частоту вращения ротора не ниже 110000 об/мин.
Вот и пища для размышлений.
пища интересная - большинство подшипников (в китайских и не очень моторах) работают нормально до 50000 (до 70000 с большой вероятностью)
если задача достич б О льшей скорости потока - можно уменьшить выходное сечение, хотя это и приведет к потере тяги
…что достигается увеличением числа лопаток (увеличение густоты решетки) и их профилирования для организации соответствующего межлопаточного канала…
То есть такое большое количество лопаток у вентилятора настоящего ТРДД, сделано всего лишь для увеличения площади сверхзвукового течения? И как я догадываюсь, кольцо в вентиляторе разделяет зоны дозвукового и сверхзвукового течения?
Как по-вашему мнению, для получения наибольшего КПД вентилятора для импеллера, стоит ли делать большое количество лопастей?
пища интересная - большинство подшипников (в китайских и не очень моторах) работают нормально до 50000 (до 70000 с большой вероятностью)
Комбинированные подшипники с керамическими телами качения нормально работают в микро ТРД до 250000 об/мин (минимальная смазка топливом с 5% добавкой масла).
[если задача достич бОльшей скорости потока - можно уменьшить выходное сечение, хотя это и приведет к потере тяги]
Речь идет о скорости потока воздуха в межлопаточных каналах рабочего колеса вентилятора, а не на выходе из сопла силовой установки.
EVIL: [То есть такое большое количество лопаток у вентилятора настоящего ТРДД, сделано всего лишь для увеличения площади сверхзвукового течения?]
Наоборот: для обеспечения такого расстояния между лопатками, чтобы присоединенный к входной кромке одной лопатки скачек уплотнения распространялся до поверхности спинки следующей (по направлению вращения) лопатки в место окончания входного клина.
[Как я догадываюсь, кольцо в вентиляторе разделяет зоны дозвукового и сверхзвукового течения?]
Обычно, это антивибрационная полка. Но, возможно в некоторых случях, Ваше мнение может иметь место в трансзвуковых ступенях (переходного типа с до- и сверхзвуковым течением потока).
[Как по-вашему мнению, для получения наибольшего КПД вентилятора для импеллера, стоит ли делать большое количество лопастей?]
Существует оптимум числа лопаток. Мало и очень много - плохо.
Вот на эту тему я и хочу провести работу.
-----------Т.е. при известных ограничениях на предельный угол поворота потока в решетке нельзя увеличить степень степень повышения давления в ступени при снижении частоты вращения ротора.
Я неправильно сформулировал свою мысль в 1м вопросе. Поскольку я - радиоинженер , мне простительно путать энтальпию с энтропией 😃)
Правильно будет - 2я ступень используется потому , что для одной ступени есть пределы прочности , при повышении оборотов.
----------- Ведь в большой авиации почему-то отказались от маленьких 2-х ступенчатых вентиляторов с НА (может помните НК-8, Д-30КУ, НК-86) и применяют одноступенчатые без НА, чуть большего диаметра, ПС-90 например.
Помнить не могу , потому , что не знаю:((
---------Существует достаточно много отечественных книг по расчету лопаточных машин Холщевникова, Селезнева, Брусилвскрго и др., где приведены методики расчета ступеней и даны соответствующие пояснения по выбору разных необходимых коэффициентов. Методики представлены в удобной для расчета табличной форме. Конечно, при жгучей необходимости, можно воспользоваться и Камсптом…
Спасибо- буду изучать. Просто я Кампсти случайно купил , в книжном.
--------Но авиамодельные вентиляторы конструктивно являются НИЗКОНАПОРНЫМИ, т.е. в одноступенчатом варианте есть ещё неиспользуемые запасы по напорности. И большие, которые могут быть использованы при правильном проектировании и конструировании. Все изложено упрощенно для краткости.
А насколько глупой может быть идея использ центробежную ступень от модельного ТРД? Там- скорости вращения , и соотв расход в несколько раз выше , чем даже у карбоновых модельных вентиляторов .
Уважаемый Андрей!
Ограничения частоты вращения, вернее - окружной скорости на периферии лопаток, диска, по прочности действительно существуют, но они распространяются на все виды компрессоров. осевых и центробежных, одно- и многоступенчатых.
Это ограничение по окружной скорости в сочетании с ограничением на циркуляцию (угол поворота) потока в ступени ограничивают напорность ступени и степени повышения давления в ней: для дозвуковой обычно 1,4…1,2, для сверхзвуковой - до 2,0.
Число ступеней вентилятора в двухконтурных двигателях зависит опять же от требуемой степени повышения давления в нем, полученной из теплового расчета двигателя. Обычно (но не правило!), двигатели с малой степенью двухконтурности (с “малым” диаметром вентилятора) требуют повышенной степени повыщения давления и увеличенного числа ступеней вентилятора - тяга обеспечивается повышением скорости истечения воздуха из сопла второго контура. В двигателях с большой двухконтурностью (“большой” диаметр вентилятора) тяга обеспечивается за счет большого расхода воздуха при относительно малой скорости истечения из сопла. При этом улучшаются акустические характеристики и, обычно, расход топлива. А последние показатели сейчас для гражданской “тихоходной” авиации прежде всего, а для военной “скоростноЙ” характерны двигатели с “малой” двухконтурностью из-за особенностей протекания скоростных характеристик.
Можно ли применить на модели центробежный вентилятор? Можно. Только эффективность такой силовой установки будет ниже, чем с осевым вентилятором: два поворота потока на 90 градусов, большое лобовое сопротивление и т.п. В авиации центробежные компрессора сейчас применяются только в малоразмерных ВРД разных типов из-за невозможности обеспечения приемлемых параметров в осевых ступенях с малой высотой лопатки.
А вот глубоко изучать теорию лопаточных машин не рекомендую - убьете много времени с очень малым результатом. Ознакомиться для понимания процессов - да! Но не занимайтесь проектированием - это дело специалистов: методы расчетов и проектирования далеко ушли от книжных. А за проектированием потребуется ешё изготовление на специальном оборудовании, испытания и доводка. Каждый должен занматься своим делом (с учетом способностей и возможностей). И “путешествия” по форумам показывают ооочень низкий процент реального завершения дел, начатых с нуля (с глубочайшего изучания теории).
А вот попыток довести до приемлемых характеристик существующие вентиляторы и воздушные тракты моделей почему-то не отмечается… Или берегут как “ноу-хау”???