Как посчитать шаг импеллера?
Это очень просто.
Может и просто, но сначала надо спросить:“Зачем?” Шаг (pitch) напрямую не входит ни в одну из известных формул прикладной теории ducted fan. Автор поста не уточнил, что он собирается строить на базе продемострированной лопатки. А от задачи собственно, меняется как возможный дизайн, так и аэродинамика фана. Однако, исходя из заявленного размера импа - диам. 200 мм, можно кое-что прикинуть. Вот ссылки на очень известный портал hoverhawk.com. Посвящённый строительству различных hovercrafts. Где фаны идут от 20" вверх. Есть и калькулятор www.hoverhawk.com/lcalc.html и множество графиков, позволяющих, по крайней мере оценить поля параметров. Другой известный calc: www.culverprops.com/pitchselection.htm . В нём можно прикинуть необходимый шаг пропеллера, задавая число оборотов и диаметр. Большой ошибки не будет, особенно, если добавить формулу пересчёта свободного проп. на проп. в туннеле (найдёте).
Существует кроме того, эмпирические правила геометрии импеллера в зависимости от линейных размеров.
эмпирические правила
Так, высокие угловые скорости вращения предполагают использование малых диаметров роторов с малыми же значениями pitch. Увеличение диаметра ротора позволяет увеличить шаг (угол атаки лопасти) с одновременным снижением оборотов и увеличением мощности мотора. Короче, для каждого диаметра существует свой разрешённые динамический диапазон скоростей вращения, мощностей двига, количества лопаток и их шага. Дело разработчика найти оптимум под свою задачу (hover - одни характеристики, мотопланер - другие, аэросани - третьи и т.д.). Под диаметр 200 мм можно ограничится 10-12 000 об/мин, 2-6 KW мощности мотора, шагом 4", числом лопаток от 2 до 6. Статор с сопловым насадком может считаться эффективным, когда его длина будет составлять величину 1.2Din., a выходной диаметр 0.9 от входного. Эффективности тяге (до 20%) добавляет конструкция из двух роторов в противоположном вращении.
конструкция из двух роторов
Из собственного опыта: делал рабочий макет EDF 200 mm на базе мотора outrunner 2200 kv, P=900 W и 3-х blades Master Airscrew Propeller 8x6",помещённых в обечайку 210 мм.
На половине мощности устройство развивало тягу 1.6 кг. Думаю, что добавка мощности до номинала добавила бы ещё 60/70% тяги, а установка второго пропа (6 blades) (соосно) могла бы довести тягу до 2.5 - 3 кг. Та же конструкция, но с двумя ВМГ на оси в контравращении может по оценке дать до 4 кг тяги. При это собственный вес такого EDF 200 не превышает 600 г. Дизайн предполагался для verticopter.
Фотки есть в другой ветке.
. Да и абс пластик думаю не выдержит и с продольными слоями.
На EDF-80 14 лопастный фан (ABS 3D printed) работал нормально. 8-и лопаточный разлетелся при попытке увеличить обороты мотора добавкой батареи в параллель. Слетел с вала т.к. не выдержало крепление. Есть дизайн сборного ротора (похож на модель автора), но пока руки до него не дошли. Вообще, правильно спроектированная, переведённая в stl необходимого формата, а затем в G-code на серьёзном слайсере и отпечатанная с учётом анизотропии свойств печати, лопатка из ABS должна работать без проблем в тех размерах и числе оборотов, которые заявлены. Помогает пост-печатная обработка детали в парах ацетона и шпаклёвка. Также обязательным явлается центровка ротора на станке с проточкой концов лопастей. При необходимости такую лопатку можно и отлить, печатая форму.
По следам разговора о 3D технологиях. Напечатал первые образцы лопатки для сборного ротора EDF 80. Для сравнения были определены 3 позиции для печати. На 1 фото с монитора программы slicer показаны 3-x мерные модели (stl), переведённые в G-code. Красными кружками обозначена площадь печати для каждой детали. Разница в положении запечатываемых частей. Вертикально стоящая лопатка и продольная база для ступицы. Ну и варианты для сравнения качества и прочности. А на других фото готовые детали. Лучше всего качество лопатки с верт. положением. И, одновременно, низкая прочность (сломана пальцами при среднем усилии нажима на центр лопасти. Худшее качество у детали, опиравшеся только на угол лопатки (база -горизонтально). И самый удовлетворительный результат (качество vs. прочность) показала лопатка, опиравшаяся на торец базы и равномерно поддержанная в гориз. положении сапортами. Несколько минут обработки кромок и выпуклой пов. бархатным надфилем привели лопатку в состояние пригодное для шпаклёвки и окончательной обработки. Материал: ABS, infill-0%. Сейчас печатается та же партия, но с infill.
По следам разговора о 3D технологиях. Напечатал первые образцы лопатки для сборного ротора EDF 80. Для сравнения были определены 3 позиции для печати. На 1 фото с монитора программы slicer показаны 3-x мерные модели (stl), переведённые в G-code. Красными кружками обозначена площадь печати для каждой детали. Разница в положении запечатываемых частей. Вертикально стоящая лопатка и продольная база для ступицы. Ну и варианты для сравнения качества и прочности. А на других фото готовые детали. Лучше всего качество лопатки с верт. положением. И, одновременно, низкая прочность (сломана пальцами при среднем усилии нажима на центр лопасти. Худшее качество у детали, опиравшеся только на угол лопатки (база -горизонтально). И самый удовлетворительный результат (качество vs. прочность) показала лопатка, опиравшаяся на торец базы и равномерно поддержанная в гориз. положении сапортами. Несколько минут обработки кромок и выпуклой пов. бархатным надфилем привели лопатку в состояние пригодное для шпаклёвки и окончательной обработки. Материал: ABS, infill-0%. Сейчас печатается та же партия, но с infill.
Каким соплом и какой слой?
Пробовали нейлоном печатать? он вроде прочнее
Каким соплом и какой слой?
Пробовали нейлоном печатать? он вроде прочнее
Инжектор - 0.4 мм. Толщина слоя - 0.15 мм. На самом деле в slicer есть очень много настроек, от которых зависит как качество поверхности, так и прочность детали. А напечатанная лопатка (вариант -2) практически на пределе возможностей FDM принтера. Не забывайте, что есть сопрягаемая деталь (ступица с гнёздами) которая также должна соответствовать показателям хотя бы разрешения (чтобы соединение типа “ласточкин хвост” было по посадке точным).
Nylon для этих задач мне не представляется возможным конструкционным материалом из-за высокой пластичности. Как и PLA. Единственно прекрасно обрабатываемый слесарным, токарным и фрезерным , пескоструйным инструментом, а также хим.полированием, является ABS. А довести до рабочего состояния ротор ducted fan без дополнительной мех.обработки не представляется возможным. Даже после Stratosys нужно доводить изделие, не говоря уже о бытовых принтерах.
Nylon для этих задач мне не представляется возможным конструкционным материалом из-за высокой пластичности. Как и PLA.
Интересно почему? Некоторые производители отливают (не печатают) крыльчатки из нейлона и хвалят его прочность.
Единственно прекрасно обрабатываемый слесарным, токарным и фрезерным , пескоструйным инструментом, а также хим.полированием, является ABS.
ABS мягок и ломок, к сожалению. PLA жестче, его сложнее обрабатывать механически, но после нагрева или обработки растворителем это становится проще. Химически он полируется легко, просто другими составами.
Вопрос был про печать. Опустим технологию отливки из nylon. Обычно это делают либо из polyurethane resin или из специальных эпокси с высокой текучестью. Под прочностью в данном случае нужно понимать “прочность на разрыв”. У всех видов печатных материалов она достаточна для производства ducted fan’s импеллеров. PLA наиболе “дружелюбный” материал для печати, однако нужно помнить, что для завершения детали на уровне аэродинамического качества чистоты поверхности, необходимы механические методы обработки. А PLA (термореактопласт) “плывёт” и не поддаётся точной обработке. Изготавливать из него кинематические системы с высоким разрешением сопряжения практически невозможно. ABS в современном мире полимерных технологий находится в 10 лидеров. Именно из АBS изготовлены высокопрочные элементы огромной номенклатуры изделий.
При изготовлении импеллера в технике 3D печати нужно помнить (и понимать), что высокий процент успеха приходится на мех. доводку напечатанных узлов и элементов. Тем более, когда речь идет о конструкции сборного импеллера, когда лопатки, ступица (hook) и кок (spinner) печатаются ОТДЕЛьНО и собираются на клеевой основе. Учитывая тот факт, что Nylon 6 Polyamide НЕ ИМЕЕТ адгезии ни к одному из конструкционных компаундов или клеёв, использовать его для печатных версий импеллеров бессмысленно. Но это моё персональное мнение, (хоть и основанное на 45 летнем стаже работы в Space Industry и конкретными разработками собственных конструкций EDF) и вы у себя вольны поступать так как понимаете или так как вам подсказывают ваши источники информации.
Александр, расскажите пожалуйста каких существенных успехов вам удалось достичь в разработке EDF ?
Ну там выдающиеся статическая тяга/динамическая тяга/КПД/скорость потока и может еще чего
По следам разговора о 3D технологиях. Напечатал первые образцы лопатки для сборного ротора EDF 80.
Можете скинуть 3d модель вашей лопатки в stl? у вас на сколько лопаток импеллер?
Александр, уж простите меня, пожалуйста, я не рассматривал изготовление крыльчатки по частям с последующим склеиванием. Вы правы, PLA действительно плывет при нагреве вышли 70-80 градусов. Однако, я обычно обрабатываю получившиеся детали руками и у меня подобных температур не возникает.
Молодой человек, подобные вопросы задают/вали (и на них отвечают/чали) на всякого рода партактивах и комиссиях. Здесь место для обмена информацией на основе доброжелательности и общей заинтересованности. Никаких задач по получению “особенно-выдающихся” ТТХ я не ставил. Интересно и очень полезно было освоить проектирование и производство сложного и точного изделия (ducted fan) в аддитивной технологии. Также полезным был этап сбора информации и создание расчётных моделей. Хотя дизайн импеллера был, в общем собирательным и основывался на имеющихся в наличии коммерческих образцов EDF. С ними потом и сравнивались построенные прототипы. На испытаниях замерялись в основном статическая тяга в зависимости от мощности источника питания, а также радиационная температура и скорости потока на входе и выходе. Все модели имели кроме того входные и выходные насадки расчётной геометрии. С ними также были проведены различные эксперименты. По каждой модели были сделаны краткие резуме, видео с данными были выложены на You Tube и на ветке этого Форума: rcopen.com/forum/f101/topic372604 В общем и целом результаты были вполне удовлетворительными как по части общей конструкции, так и по достигнутым результатам. Замеры статической тяги и скоростей потока для разных моделей помогли проверить качество расчётов и правильность выводов эмпирической теории. На одном из печатных EDF 64 был построен и облётан контурный Su 34. Собственно, вернулся к этой теме только для того, чтобы закончить конструкцию сборного 8 -и лопаточного ротора для EDF 80. Этот EDF испытывался с 14-и лопастным полнопечатным ротором (ABS) и дал весьма средние характеристики тяги, главным образом из-за отсутствия оптимального источника питания для 1kW мотора. Но конструктивно эта модель была лучшей, имея дюралевый статор и возможности по изменению геометрии потоков. Ну вот, собственно и весь “отчёт”.
Валентин! Конечно, могу выложить stl лопатки, но лучше иметь весь ротор в сборке (ступицу с гнёздами и spinner), чтобы полнее понимать конструкцию. Пробный вариант я вчера собрал, выявил дефекты печати в ступице (надо поменять позицию на 180º) и теперь должен напечатать заново. Ну и комплект лопаток. Когда я это сделаю, покажу, а тогда и выложу.
…я обычно обрабатываю получившиеся детали руками и у меня подобных температур не возникает.
PLA не только “плывёт” (и закусывает инструмент) при повышении температуры, например при сверлении глубоких каналов или при проточке на станке, но ещё и имеет очень низкий коэффициент уноса материала при обработке абразивами/надфилями/напильниками. Поэтому доработка PLA обычно заключается в прохождении облойных кромок, рассверливании до 10% каналов и склейке в основном циакрином и эпокси с заполнением стыков. Попытка ошкуривания поверхности перед грунтовкой разлохмачивает верхний слой. Поэтому лучше это делать после 1 слоя грунта. Ну и точные сопряжения на малых размерах с этим материалом получаются плохо. А вот однослойная печать высоких “стаканных” пространственных фигур получается хорошо вследствие относительно низких температур. Как и, например печать нервюр с заполнением геодезической сеткой.
PLA не только “плывёт” (и закусывает инструмент) при повышении температуры, например при сверлении глубоких каналов или при проточке на станке
Вы не знаете, когда наступает срыв потока на лопасти в импеллере? Есть ли методика расчета?
Поэтому доработка PLA обычно заключается в прохождении облойных кромок, рассверливании до 10% каналов и склейке в основном циакрином и эпокси с заполнением стыков.
Хм… странно, у меня совсем другой опыт работы с PLA… Вот такие шарики я делал из деревянного PLA к новому году:
Печатается одним куском с поддержкой из того же материала.
Соответственно, очень много работы по удалению поддержки, шкурению и полировки растворителем.
Кстати, растворителем PLA клеится на ура, сильно лучше чем циакрином и эпоксидкой.
Хм… странно, у меня совсем другой опыт работы с PLA… сильно лучше чем циакрином и эпоксидкой.
Сергей!
Собственный опыт бесценен. Его надо приумножать, лелеять и пользоваться:)) Чем больше Вы будете работать в этой технике, тем больше узнаете и тем дальше отодвинете горизонты… Однако, мы говорим о разных вещах. Я всегда имею в виду “детали машин и механизмов”, спроектированные в технике цифрового дизайна и изготовленные в аддитивной технике (методом добавления материала) 3D printing. Попробуйте на своём принтере, например, изготовить макет шасси для модели-копии. У меня как раз такой проект на ходу и я с удовольствием поделюсь архивами для сторонних изготовителей (всегда любопытно увидеть собственную разработку со стороны). Тогда и сможете прочувствовать нюансы материалов, детали настроек принтера, особенности обработки (пока не проектирования) напечатанных деталей с целью попадания в допуски сборки и функционирования.
Для примера вот такое фото: сборка макета стойки шасси (Як-1, 1:8) (справа) выполненная (печатные детали) из PLA в зоне шлиц-шарнира. Слева, тот же шлиц-шарнир уже в варианте прототипа лётной модели, изготовленный из ABS. Даже на фото видны отличия пластиковых деталей в части их подгонки, терминации кромок и комбинации с металлическими деталями.
Кстати, у меня нет опыта работы с растворителем PLA. У нас он продаётся на Mercado Libre (свободный Inet рынок), но как-то нужды особой в его покупке я не увидел, обходясь традиционными для конструктивов компаундами и клеями. Ведь, повторяю, подобные узлы, как правило относятся к гибридным сборкам, то есть соединениям пластика с металлом, деревом или другими полимерами или композитами.
Вы не знаете, когда наступает срыв потока на лопасти в импеллере? Есть ли методика расчета?
В общем и целом тогда же, когда и в простом пропеллере… Вам надо начать именно с теории пропеллера, поскольку ducted fan - это частный случай многолопастного п. Теория п. достаточно хорошо прописана в советских учебниках по аэродинамике. А вот теории DF что-то не припоминается. Есть огромная библиография по расчётам насосов, но там другая среда и другие физические феномены (кавитация). В англоязычной литературе теория DF хорошо прописана, вплоть до модельного уровня. Могу дать ссылки или просто выложить из моего архива. Например, в прекрасной книге “Model Aircraft Aerodynamics” есть хорошо иллюстрированная глава Теория Пропеллера с заключительной темкой именно о DF. Но с преамбулой, что это сложно и здесь не рассматривается, хотя основные моменты теории списаны именно с 2-х лопастного случая простого п. Из доступного в архиве есть пара обзорных статей на тему моделирования DF UAV Theory O.J.Ohanian (набить в Google). В них теория DF изложена на вполне доступном тех. eng. Есть, в том числе, и расчёты эффективности DF в зависимости от угла pitch от которого, собственно и зависит скорость потока и распределение эпюр давления на лопатке. Надо внимательно почитать и посмотрть таблицы и, я думаю, какой-то алгоритм расчёта критических параметров, приводящих к срыву потока на лопатке, обязательно проклюнется.
Вам надо начать именно с теории пропеллера
Собственно, все прописано в этой книге: “Основы теории крыльев и винта”, Г. Глауэрт, 1931. Tеория винта изложена и как частный случай может приложена к ветряку и вентилятору (импеллер). “Добрые” советские дяди уже перевели её для Вас. Вот здесь можете её забрать:
www.dropbox.com/s/…/Main_rotor%26wing.djvu?dl=0
А в простейшем выражении: Vtip blade =pi x D x n </= 250 m/s (avg. sound velocity).
www.dropbox.com/s/…/Propellery.djvu?dl=0
А здесь наиболее полная версия на русском:“Воздушные винты”, Александрова. 1951. С такой разложенной по полочкам прикладной теорией можно построить весьма качественный импеллер. Успехов.
На печать времени уходит немного, а вот на доработку… За рабочую неделю, по вечерам, удалось доработать 5 лопаток. В основном, использовались бархатные ювелирные надфили, Dremel с насадками (вплоть до фетра с пастой), гладилка (штихель для дерева) и губки с абразивом. После механической обработки напылялся полиуретановый фон (Rust Oleum) с последующей шлифовкой и новым напылением. Ступица и спиннер были рассверленына станке до рабочего диаметра 6 мм и склеены цианакрилом. затем шпаклёвка в аэрозоле. После доработки всех напечатанных лопаток, импеллер будет собран и проточен на токарном станке для получения опимальной центровки на оси.
www.dropbox.com/s/…/Propellery.djvu?dl=0
А здесь наиболее полная версия на русском:“Воздушные винты”, Александрова. 1951. С такой разложенной по полочкам прикладной теорией можно построить весьма качественный импеллер. Успехов.
Не открывается, не смотря на все советы в программе “Акробат”???
На печать времени уходит немного, а вот на доработку
У меня вот почему то при печати высоких и тонких моделей, трескается по слоям.
Ширину лопасти есть толк делать большой? или как у пропеллера процентов 8 делать от диаметра?
в программе “Акробат”???
Иосиф!
Книга в формате DjVu. Вам надо установить DjVu reader и книга откроется автоматом. Успехов и здоровья.
почему то при печати
Если Вы внимательно читали мои посты о технологии печати единичной лопатки, то должны были обратить внимание на результаты качество vs. printing position. Лопасть ДОЛЖНА печататься лёжа. А основание - стоя. Тогда сопряжение основание - ступица будут иметь удовлетворительное разрешение, а лопатка удовлетворительную прочность вдоль главной оси. Но качество поверхности после печати будет низким и требует доработки (со шпаклёвкой). В случае большой детали это совсем не сложно, надо только иметь шаблоны и следить за весом. Но это плата за возможность полукустарного индивидуального производства детали со сложной геометрией. Кстати, импеллеры для турбин, в основном дорабатывают на CNC из отливок, покупая готовые заготовки, чтобы не тратить время и деньги на стружку. Вопрос о геометрической форме лопасти следует увязывать с расчётной моделью имп.(вентилятора), а не сравнением с пропеллером.
У них разные задачи. Ширина лопатки, и-в, например, напрямую связана с эффективностью пропускания потока между соседними лопатками. Посмотрите на свой и. сбоку и Вы увидите и поймёте как ширина (и угол установки) лопатки влияет на создание щели-туннеля, в котором разгоняется поток. А пропеллер ведь работает в свободном потоке.
P.S. А вообще, именно умение оптимизировать дизайн детали и настройки принтера для получения удовлетворительного соотношения: качество-прочность и отделяет простого пользователя 3D принтера, печатающего в основном с чужих stl, от грамотного проектировщика (digital 3D print prototyping) и опытного оператора печатающей машины. В идеале надо стремиться к совмещению этох функций. На дистанции, не зная ни вашего дизайна, ни принтера, ни програмы slicer, которой Вы пользуетесь, ни материала из которого печатаете (ABS?) трудно дать совет. Вам бы, по-хорошему, нужно было открыть тему о разработке такой ВМУ на базе 3D printing. И начать с проектной части с увязкой её с технологией изготовления. Это как хлеб печь. Вроде у всех мука, дрожжи, вода и печь, а хлеб разный получается.