Куполообразные винты / Umbrella-shaped propellers
Без всяких эффектов Бернулли, перед винтом образуется область низкого давления. Куда по куда более простым закономерностям, допустим по закону Паскаля, рабочее тело стекается практически со всех направлений, кроме самой плоскости винта. А после винта - поток практически сразу начинает расходиться в стороны конусом. Очень хорошо видно, если палку с волосиками/веревочками туда сунуть и её поводить. Не даром у импеллеров, для лучшей фокусировки потока, делают небольшое сужение перед выхлопом. Ну не хочет поток без специальных мер дуть плотной струёй без расхождения.
@ADF: нет, не со всех направлений, а именно из конуса перед винтом, т.к. и для поступательно движущегося, и для висящего аппарата существует установившийся поток через винт. В непосредственной близости от винта поток выглядит примерно так, как на первом моём рисунке. С поправкой: на нём картина для поступательно движущегося аппарата (поначалу я нарисовал горизонтальные винты, но для коптерной темы развернул). Для висящего будет как здесь.
Но главное - фокусировка-расфокусировка за винтом в нашем случае не важна. Забудьте про неё. Важнее угол схождения потока перед винтом (определяющий количество прокачиваемого воздуха). Для пропеллеров я не встречал понятий “эффективный диаметр”, “аэродинамический диаметр” - видимо, потому что всегда используются “плоские”, и достаточно сравнить геометрические диаметры. Хотя по крайней мере одно исключение есть - соосная схема, про которую даже Вики не забыла упомянуть подсос воздуха нижним винтом “сбоку”. Вот это оно и есть - можно КМК сказать, что эффективный диаметр такой системы больше, чем геометрический.
И ещё про практическую реализацию. Пожалуй, чтобы почувствовать разницу, достаточно будет немного согнуть лопасти у ступицы (придать винту rack). Всё равно для тяги важнее режим работы внешних участков лопастей - соответственно, их положение по отношению к потоку надо оптимизировать в первую очередь.
/в предыдущем сообщении вместо rack читать rake
О! Вот! Нашёл примерно то, что надо. Впрочем, в ближайший месяц у самого точно руки не дойдут 😦
@ADF: нет, не со всех направлений, а именно из конуса перед винтом, т.к. и для поступательно движущегося, и для висящего аппарата существует установившийся поток через винт…
Повторяю: сосёт со всех направлений. Поток установившийся? Есть рассмотреть область вблизи плоскости вращения винта, приближаясь к краю - то обязательно найдется место, где поток не движется через плоскость винта.
Вообще, всё это можно отлично увидеть глазами. Взять пылесос, поднять в комнате пыль, чтобы в воздухе висела плотно, подсветить лампой сбоку. И смотреть, как пылинки засасывает в дышло пылесоса. На самом срезе трубы, конечно, поток движется перпендикулярно дырке (его там стенки ограничивают), но в область непосредственно перед отверстием пыль засасывает равномерно из всей полусферы. Надо иметь очень бохатое воображение, чтобы там конус какой-либо увидеть! Эксперимент простой, советую.
О! Вот! Нашёл примерно то, что надо. Впрочем, в ближа
Обычный планерный складной винт. Ни разу не видели? При вращении, когла лопасти центробежной силой оттопыривает, выглядит как обычный воздушный винт.
@ADF, ну хорошо, несущий винт создаёт, можно сказать, баальшой тороидальный вихрь, и выделить там конус - это действительно нужно иметь воображение и смотреть вблизи. Но чем больше воздуха поступает “сбоку” - тем по моим представлениям полезнее загнуть лопасти, чтобы расположить ометаемую поверхность перпендикулярно линиям потока. Т.е. для несущего винта “купольность” обещает быть важнее, чем для пропеллера.
Складные винты видел, но не задумывался о них как о грубом аналоге “зонтика” (если закрепить лопасти в промежуточном положении, ближе к развёрнутому).
В авиамоделях, между несущим и маршевым винтами нет большой разницы. Коптерные винты зачастую не отличаются от самолетных серии SF.
Купольность может несколько уменьшить пагубное влияние концевых эффектов на лопастях, но при прочих равных - уменьшает ометаемую площадь. И поток после такого винта, как уже заметили, все равно “раскидает” в стороны и абсолютно также - ведь степень осевого закручивания потока будет примерно той-же.
Но если хочется в опыты - советую сделать стенд для испытаний. Тут примеры образцовых стендов попадались: замеряется тяга, момент (как момент “отдачи” при вращении винта), обороты мотора, а также напряжение и ток. Т.е. имеем приборный контроль как электрической мощности, так и мощности на валу (момент и обороты), так и производимой тяги. На таких стендах производится оптимизация силовых установок и винтов.
@ADF, в том-то и дело, что “эффективная” ометаемая площадь по замыслу должна увеличиться.
Винты могут быть одинаковыми, но характер потока у самолёта и висящего аппарата - разный. Ещё интереснее получается, если “ветер” против потока от винта (например, вертолёт снижается с порядочной вертикальной скоростью) agalakov.spb.ru/Shared/…/Tinyakoff/ с. 130-131
Со стендом, думаю, для начала поступить можно проще: тяга, напряжение и ток. Строго говоря, это даёт КПД не винта, а винтомоторной группы - но при небольших отличиях в оборотах КПД электродвигателя можно считать постоянным.
Придумал как несложно реализовать “зонтичность”.
… что “эффективная” ометаемая площадь по замыслу должна увели
Делайте полноценный испытательный стенд, иначе достоверных замеров не получете.
Винты могут быть одинаковыми, но характер потока у самолёта и висящего аппарата - разный.
В теории. А на практике - у моделей, при их характерных скоростях полёта, разница не так велика, если только не рассматривать какие-то особо скоростные или крупные.
Выходя за рамки коптерной темы - вот такой вариант, с учётом толщины фюзеляжа/гондолы. Здесь центр тяжести лопасти — в той же поперечной плоскости, что и крепление к ступице — соответственно, центробежная сила создаёт изгибные напряжения только в самой лопасти.
Смысл — опять же, расположить ось лопасти везде примерно перпендикулярно потоку. Иначе часть энергии уходит на расширение потока (не только за счёт центробежной силы, но и за счёт “локально косого” обтекания винта) - что КМК совершенно напрасно: центростремительные радиальные составляющие скорости потока увеличивают давление за винтом и преобразуются в осевой импульс, а центробежные надо считать паразитными.
Поток разбрасывает в стороны не из-за формы винта. Лопасть толкает воздух не строго вдоль оси вращения, а вдоль оси вращения и немножко вперед относительно мгновенного положения лопасти по ходу её движения. Так как полная аэродинамическая сила состоит не только из подъёмной, но и из паразитной составляющей, формирующей лобовое сопротивление.
@ADF, разумеется, кроме осевой и радиальной, есть ещё и тангенциальная составляющая (закручивание потока, которое, как и осевое ускорение, начинается ещё перед винтом). Да, я идеализировал картину, абстрагировавшись и от закручивания, и от спирального вихря, генерируемого перетеканием через конец лопасти. Чтобы обратить внимание на то, что кроме этих неизбежных потерь, пожалуй, имеют место ещё и потери из-за неоптимального локального положения лопасти по отношению к потоку - и это касается не только шага. Так же, как эффективность крыла определяется не только профилем и углом атаки, но и углом стреловидности.
Всего то в позапрошлом веке Грибоедов написал “Горе от ума”, а уже все забыли…)
Константин, угадайте с трех раз почему никто из знаменитых производителей - Зингер, МастерАйрСкю или АРС, например, не делают купольных пропов… Явно ведь не потому, что у тамошних инженеров образование хуже Вашего, или они фундаментальных законов не знают, или просто тупые…) Заодно, поясните чем и почему отличаются пропы для ДВС и для электро.
@ssilk, ничего я Вам не смогу пояснить насчёт отличий, к сожалению. А Вы, если такой образованный, дайте ссылку на статейку по купольным винтам (хоть прошлого века). Заранее благодарен.
К слову. Центробежные силы при вращении винта столь велики, что в случае лопастей, которые торчат не перпендикулярно - потребуется невиданая жесткость и прочность основания лопасти, чтобы её в горизонт не выгнуло.
Попробуйте свой куполообразный винт до рабочих оборотов раскрутить - сами увидете 😃
@ADF, да я понимаю, и центробежная сила, и изменяемый шаг/флюгирование… Но во-первых микромасштаб, во-вторых современные композиты, в-третьих напомню рисунок в этой ветке с самолётиком, где я попытался “помирить” купольность и центробежную.
@ssilk, таки погуглил насчёт отличий для ДВС и электро - не нашёл ничего относящегося к форме лопастей: rcopen.com/forum/f36/topic147242
Если рассмотреть все силы, что на лопасть действуют, центробежная - чуть ли не на два порядка превышает все прочие. Микромасштаб, композиты - не довод. Линейные скорости на концах лопастей у моделей - сравнимы с линейными скоростями на концах лопастей у реальных самолётов и вертолётов (не идентичны, но сравнимы). И свойства углепластика более чем хорошо известны, материал в современном моделизме повсеместный и никаких мифов о его свойствах нет. Говорю, эксперимент уже сделайте. Долго ли, на мотор винт насадить и включить? Пусть даже стенды еще не готовы.
А Вы, если такой образованный
А я не образованный, я просто пользуюсь здравым смыслом…) Если никто из производителей с мировым именем не делает купольных пропов, значит на это есть веская причина. Александр указал Вам на эту причину прямо
Центробежные силы при вращении винта столь велики, что в случае лопастей, которые торчат не перпендикулярно - потребуется невиданая жесткость и прочность основания лопасти
А я косвенно, спросив про разницу конструкций пропов для ДВС и электрики. У пропов для ДВС ступица гораздо массивнее, потому что рабочие обороты ДВС в несколько раз превышают таковые у электромоторов. Если проп для электромотора поставить на ДВС, его разорвет. Точно так же разорвет и Ваш купольный, если он не будет достаточно мягким, но тогда его разогнет и вся Ваша задумка сделает адью…
для ДВС ступица гораздо массивнее, потому
- что им нужен маховик.
что рабочие обороты ДВС в несколько раз превышают таковые у электромоторов.
Аж в несколько раз?! Что за чушь, простите! Даже если сравнить типовые моторы типа 2217 с кв в районе тысячи с примерно сравнимым с ним хоббиынйм калильником на 2,5 куба - разница в максимальных оборотах в лучшем случае полтора раза. А электромоторы они разные бывают. Можно и 1400 и 2000 Кв воткнуть на тот-же аэроплан - там обороты электромотора будут выше, чем у хиббийного ДВС. Если же спорт рассмотреть - то там и ДВС, и Электромоторы где-то под 45-50 тысяч крутить могут.
Если проп для электромотора поставить на ДВС, его разорвет.
Ничего не разрывает! Уже неоднократно проверялось. Если винт Е-серии, конечно. А если SF - так его и электромотор разрывает… 😁
если сравнить типовые моторы типа 2217 с кв в районе тысячи с примерно сравнимым с ним хоббиынйм калильником на 2,5 куба - разница в максимальных оборотах в лучшем случае полтора раза
Надо сравнивать не максимальные обороты, а максимальный КПД. У электромотора он будет в диапазоне оборотов равных 0.5*kV*Vпит.*0.8±20%, грубо говоря, рабочие обороты у БК электромотора раза в 2 ниже, чем максимальные обороты ХХ, то есть kV*Vпит.
Можно и 1400 и 2000 Кв воткнуть на тот-же аэроплан
Можно, но только мотор с таким kV способный крутить винт того же диаметра, что и ДВС, будет значительно тяжелее и прожорливее… К тому же, это должен быть строго инраннер с развитой системой охлаждения статора, минимум радиатор должен быть…
ЗЫ. Далеко не все, что не укладывается в рамки наших представлений - чушь… Смотрите на проблему в целом.
@ADF, в микромасштабе при одних и тех же материалах прочность “стОит” гораздо меньше по массе (закон квадрат-куб).
Говорю, эксперимент уже сделайте
В ближайший месяц - никак: у меня приоритет электроскутер. Да и с ассортиментом в Минске не очень круто: возможно, придётся заказывать винт в Китае, возможно - искать на барахолке аппарат ради комплектухи. Не лезу на ветку к мотопланеристам, у которых такие винты наверняка есть - бо самому поэкспериментировать интересно. Зимой расскажу, что вышло - если никто не опередит. Повторюсь: куда двигаться б.-м. ясно, спасибо всем за обсуждение.
Надо сравнивать не максимальные обороты, а максимальный КПД.
Ответ не верный! Прочностные характеристики винтов закладываются с учетом именно МАКСИМАЛЬНЫХ оборотов, а не оптимальных.
грубо говоря, рабочие обороты у БК электромотора раза в 2 ниже
Вы историю электрических силовых установок в авиамоделизме же знаете, да? БК моторы специально сделаны менее оборотистыми - чтобы использовать преиммущества от вращения больших винтов. Это даёт больше грамм тяги на каждую единицу мощности.
А чисто по оборотам, БК-шик, работающий в пол газа, обычно имеет не 50% оборотов от максимальных, а где-то 70-80%. Тяга от оборотов зависит очень нелинейно.
Но все это, как уже сказано, не имеет отношеия к прочности, заложеной при проектировании винтов! Винты проектируют под максимальную нагрузку.
мотор с таким kV способный крутить винт того же диаметра, что и ДВС, будет значительно тяжелее и прожор
Вот и нет: если говорить о хоббийных моторах, то электрическая силовая получается +\- такая же, как ДВС. Откуда там возьмётся значительно тяжелее?
Про прожорливость конечно спорить не буду: электромотор всегда жрёт электричества больше, чем жрёт электричества ДВС 😁
К тому же, это должен быть строго инраннер с ра…
Ну это уже простите совсем оффтоп… К слову, у автомоделей (это которые НЕ авиа 😒), у которых условия обдува мотора значительно хуже, чем у самолета - сплошь применяются инраннеры. А удельные мощностя силовых установок там теже, что у самолётов: около 350 Вт на каждый килограмм аппарата.
@ADF, в микромасштабе при одних и тех же материалах прочность “стОит” гораздо меньше по массе (закон квадрат-ку…
Предельные линейные скорости одинаковы. С углепластиковым винтом можно чуть-чуть превысить скорость звука на концах (на авиамоделях такие силовые установки обычно не применяют, даже у винтов на F5D скорость на концах лопастей лишь приближается к скорости звука), на большее прочности материала не хватает.