Методика расчета воздушного винта
Уважаемые моделисты!
Пишу наверное с тем, чтобы поделиться или выслушать мысли.
В расчетах всяких мощностных параметров различных винто-моторных групп (электро и ДВС) пришел к следующему выводу:
Для того чтобы посчитать КПД конкретной силовой установки необходимо знать мощность на валу воздушного винта. Для того чтобы её узнать нужно знать число оборотов в минуту на валу и крутящий момент. В итоге получается, что крутящий момент померить можно, но сложно. И я подумал, а можно ли крутящий момент посчитать, хотя бы на глазок. Ну и решил написать программу расчета воздушного винта в программе Mathcad 15.
В качестве исходных данных это параметры воздушного винта диаметр и шаг в дюймах, решил задать скорость набегающего потока, и частота вращения винта. На выходе следующие данные: Тяга винта, крутящий момент, и потребная мощность для раскрутки воздушного винта.
Решил считать по методике представления лопасти в виде крыла. Решил разделить лопасть на много сегментов (100 штук, можно в принципе и 1000 выбрать не важно) ну и самое сложное это распределение геометрии воздушного винта в этой программе. У меня под рукой оказался воздушный винт 10х4.7 и начал его считать. В первую очередь я решил найти угол атаки в середине лопасти. Это было легко зная шаг и диаметр.
Вроде самое легкое прошли, теперь осталось самое сложное. Задать всё геометрическое распределение по длине лопасти. С помощью математических инструментов задал законы распределения хорды по длине, угла атаки по длине. Все законы старался скопировать с вышеуказанного винта. Далее получил числа Re и посчитал. Зная числа рейнольдса, начал искать в базе данных программы Profili2 похожий профиль винта. И вроде как нашел им оказался DA0101.
Далее в программе XFLR5 решил посчитать вышеуказанный профиль для чисел Re от 150 000 до 1 000 000, Более менее адекватный диапазон на углах атаки до 20 градусов.
Получил какие-то картинки и графики более менее сливаются в одну сплошную линию в удовлетворительной для меня погрешности и опять же написал закон зависимости через инструменты mathcad.
Ну теперь вроде самое сложное я переборол далее идет сплошная простая математика.
посчитать для каждого сегмента значение подъемной силы и просуммировать, тоже самое касается общего крутящего момента, и там и до мощности на валу недалеко.
В итоге я взял параметры для винта
10x5 - 14.8В - 16A - 1180г тяги www.*************/ru/product/2475921/
Зная от этого мотора обороты 730кв на 14.8В, и получил значения оборотов до 10800 об/мин.
Ну и посчитал в своей программе. У меня получилась тяга менее 300 грамм, а в жизни 1180 грамм. Разность получилась в 4 раза по расчетам меньше.
Обычно аналитические расчеты не учитывают огромное количество потерь по практике расчета самолетов. А тут наоборот в жизни круче чем в теории.
Я не удовлетворен написанной программой.
Вообщем направляю программу в mathcadе ( в программе, которую уже направляю, уже начал подгонять коэффициенты аэродинамические увеличивая их в 1.3 раза.)
ССылка на скачивание
картинки из программы
Навскидку, не вникая в формулы, несколько замечаний:
1.
необходимо знать мощность на валу воздушного винта.
Для электромоторов достаточно перемножить напряжение на ток и к.п.д.( обычно китайцы указывают 85-87%)
2.
угол атаки в середине лопасти. Это было легко зная шаг и диаметр.
Тут Вы спутали угол атаки с установочным углом, а они весьма сильно разнятся, даже при работе винта в статике.
3. И главный вопрос - зачем? Что Вы хотите получить на выходе? Есть классическй метод расчёта воздушных винтов, разработанный ещё в позапрошлом веке Н.Е.Жуковским, чем он не устраивает?
Для электромоторов достаточно перемножить напряжение на ток и к.п.д.( обычно китайцы указывают 85-87%)
Согласен, это тоже альтернативный подход. Но это когда мотор известен. А тут как говорится методом от винта)) не зная характеристики мотора.
Тут Вы спутали угол атаки с установочным углом, а они весьма сильно разнятся, даже при работе винта в статике.
Ну вообще я прошу пояснить, а на сколько сильно я ошибся? То что в статике разные, так это от его деформации во время работы?? верно? Если так, то в данной программе я этим принебрег. я думаю этим можно принебречь особенно для жесткий винтов типа даже которые идут на ДВС. Но насколько они меняются во время работы?
- И главный вопрос - зачем? Что Вы хотите получить на выходе? Есть классический метод расчёта воздушных винтов, разработанный ещё в позапрошлом веке Н.Е.Жуковским, чем он не устраивает?
Вот честно, я лежал на кровати и думал “о высоком”. Попытался определить аналитическим путем мощность продаваемого в магазине ДВС на разной подаче топлива. В другой теме запросил статистику, там всё дали (если не летать на полную мощность) Дали винт, обороты и даже расход топлива. Но фактическое КПД я посчитать не могу, не хватает мощности. не хватало крутящего момента. Вот и решил своим путем “на зло врагам” написать методику расчету. В методику Жуковского не вникал (даже не думал про такую методику, есть она или нет). Но возможно когда остыну немного, то в неё загляну.
К вопросу зачем это?, то вопрос несколько пошлый, каждый извращается как он хочет, но ладно я отвечу. То что меня поймут на это не рассчитываю.
Если в целом считал различную эффективность для написания методик полета долголетов, и прочих летательных аппаратов. Так сказать освоить методику хотел. Это является часть более глобальных расчетов.
не зная характеристики мотора.
Ну, эти характеристики китайцы сами берут почти с потолка. Нужно мерить самому, т.е. нужен хотя бы Е-метр.
а на сколько сильно я ошибся? То что в статике разные, так это от его деформации во время работы?
Раз так в 5-10😒. И дело не в деформации. Поток, набегающий на лопасть, даже в статике имеет приличную осевую составляющую, которая значительно уменьшает угол атаки. Если бы это было не так и лопасть встречала поток с нулевой осевой скоростью, то практически вся лопасть работала бы на закритических углах атаки с соответствующей подьёмной силой. Вою было бы много, а тяги мало. На практике винт на месте всё же тянет, и нехило!
А по поводу “зачем? - а захотелось!!!” это как раз очень позитивная причина, но, боюсь, трудновыполнимая. Расчёт винта намного сложнее, чем, например, крыла - больше переменных, влияющих на конечный результат. По разговорам со знакомыми из ЦАГИ там осталось всего пара учёных старой школы, которые могут расчитать винт, на практике выдающий расчётные параметры.
Если всё-таки решите копать эту тему дальше, то поищите книгу “Luftschraube fur Modelantribe”. Она, правда, на немецком, но там всё хорошо розжёвано про проектирование и работу модельных винтов. Удачи.
Вот и решил своим путем “на зло врагам” написать методику расчету.
Это не методика. А программа расчёта это и есть описанная языком программирования методика изложенная на бумаге. Вот в этой книге найдёте примеры расчёта винта для моделей. Сумеете сделать расчёт в виде программы - получите вменяемые результаты. И полностью согласен с Юрием, задача очень сложная.
Раз так в 5-10. И дело не в деформации. Поток, набегающий на лопасть, даже в статике имеет приличную осевую составляющую, которая значительно уменьшает угол атаки
Так получается наоборот, моя тяга еще упадет в разы. И разница меня уведет еще не на 4 порядка от правды, а на 5-6 и даже больше…
Что же там всё-таки не так?
По разговорам со знакомыми из ЦАГИ там осталось всего пара учёных старой школы, которые могут расчитать винт, на практике выдающий расчётные параметры.
Хм… Интересные у Вас знакомые.
Я попробую потом подойти к методике Жуковского, а потом уже дойти еще Аэродинамика Мхитаряна. Посмотрю что пишут умные дяденьки.
Уж на немецкую литературу энтузазизма мне не хватит.
Это не методика. А программа расчёта это и есть описанная языком программирования методика изложенная на бумаге. Вот в этой книге найдёте примеры расчёта винта для моделей. Сумеете сделать расчёт в виде программы - получите вменяемые результаты. И полностью согласен с Юрием, задача очень сложная.
Ну не методика согласен, а программа. Переписав всё на вордовский вариант без расчетов, то получится методика, так что от методики я далеко не ушел.
"Вот в этой книге " можете скинуть название этой книги, а то её банит роскомнадзор.
Видимо в моей программе ну учтены следующие составляющие в виде возмущенного потока на входе, что повышает число Рейнольдса (это совсем немного повысит коэффициенты) что роли особо не сыграет. То что угол на входе в винт станет меньше за счет осевой составляющей потока на входе, согласен, но опять же снизит тягу. Остается только еще одна составляющая, что в моей голове также снижает тягу винта это центробежная составляющая потока, что воздух перетекает на переферию и сбрасывается на концах лопасти, но может он как-то волшебно перетекает, что в нужных областях создает более плотный поток, который и дает максимальную составляющую тяги воздушного винта. Больше я думаю составляющий нет, которые я забыл учесть в своей методике.
энтузазизма мне не хватит.
А, жаль, просто это дело не быстрое, а вдруг?
"Вот в этой книге " можете скинуть название этой книги, а то её банит роскомнадзор.
Странно, у меня ничего не банит. Может у Вас в браузере не установлен VPN? Тогда ко многим сайтам нет доступа. Книга называется Болонкин А - Теория полета летающих моделей - 1962.
для написания методик полета долголетов, и прочих летательных аппаратов.
Вы настроены прямо-таки совершить переворот ещё и в аэродинамике. В той же книге есть и аэродинамический расчёт моделей.
И Вы наверное огорчитесь, но реально работающие программы уже есть. Оценить модель можно в программе XFLR5 (виртуальная аэродинамическая труба), MachUp и других. Винт, а точнее силовую установку, правильнее не проектировать, а подбирать к модели. И для этого тоже есть неплохие программы. Например E-Calc или MotoCalc. Практические советы (очень дельные). Есть таблицы по подбору винтов. Посему просто думы о “высоком” с подходом “от балды” не работают. Прежде чем браться за сложную работу, надо перелопатить массу литературы и ознакомиться с существующими программами, а желательно их ещё проанализировать. Только тогда можно создать что-то лучше существующего.
Ну и к тому же теория и практика зачастую расходятся, например по соображениям компоновки и по массе других причин.
Хочу внести свои три копейки, т.к. с разными винтами давно в дружбе. Знаю несколько человек, которые делают винты для лёгких самолётов, дельталётов, парапланов и проч. У них есть программы расчета винтов, причём программы разные. Исходные данные - мощность движка, обороты винта, скорость полёта оптимальная. Так вот изготавливается обычно 3 винта: - первый точно по расчетам, второй на 5-10 процентов тяжелее (аэродинамически) третий на 5-10 процентов легче. И не факт, что при этом получится то, что нужно. А ещё профили очень большую роль играют, что для одного “Русского хорошо”, то “немцу смерть”. Так что Ваш компьютерный расчёт - это только тема для начала работы методом проб и ошибок.
Для СЛА готовые винты стоят как космический корабль, поэтому дешевле их посчитать и изготовить самостоятельно. В моделизме быстрее и дешевле подобрать готовый винт под конкретный мотор и под модель. Собственно модельные программы в основном под это и заточены.
Для СЛА готовые винты стоят как космический корабль, поэтому дешевле их посчитать и изготовить самостоятельно.
Позвольте с Вами не согласиться, хороший винт для СЛА - измеряемый на земле шаг, 3 лопасти, карбон, и ресурс 700-1500 лётных часов стоит в районе 30000 рублей плюс - минус (иногда хороший плюс) деревянные моноблочные естественно дешевле. Делают их сейчас профи, которые только этим и занимаются, но вот винты получаются очень разные и по качеству и по характеристикам. Уверяю Вас, что тому, кто этим не занимался очень сложно сделать хороший винт. Далеко не всякий винт, на котором летает например “БЕКАС” подойдёт для “Атамана” или “ВиС-5”. Мне например категорически не подходят двухлопастные из-за резонансов со спутной струёй сходящей с крыла. Все профи кого я знаю летают только на фирменных винтах, да и безопаснее.
Подскажите пожалуйста, а Вы наверное были знакомы с Володей Борзовым - это мой старый друг, с которым мы познакомились в моделке, когда ещё Пал Яковлевич был руководителем.
Занимался я винтами когда ещё не было никаких программ. Пришлось к своему самолёту делать и получилось с первого раза, тяга на 100% соответствовала расчётной. И всё врукопашную, никаких ЧПУ тогда тоже не было.
Все профи кого я знаю летают только на фирменных винтах
Вот и я о том же. Готовый винт с известными характеристиками подобрать к мотору и к конкретному самолёту проще и, главное, надёжней.
С Павлом Яковлевичем знаком был шапочно, с Борзовым знаком не был. Да он особо ни с кем и не контачил, технические замечания воспринимал в штыки и всё делал по-своему (по авиамодельному). Результат знаете.
Книга Александров В.Л. Воздушные винты, дела не прояснит?
Давно “выпал” из самолетной темы … заранее извиняюсь за тупой вопрос …😎
Знакомый попросил помочь, а я впал в ступор.
Самолет 2м размах такой.
extremeflightrc.com/78-Extra-300-V3-RedBlackWhite_…
Укомплектован мотором PYRO 850-24 P
www.kontronik.com/en/products/…/pyro-850-24.html
Контроновский же регулятор 120А
Батарейка 10 банок.
Встал вопрос о винте … предлагается использовать 22х12.
Забиваю параметры в калькулятор на сайте контроника.
www.ecalc.ch/motorcalc.php?kontronik
И он однозначно ругается на “неперевариваемость” такого винта данной силовой …
Вопрос, возможно я где то бью в штангу указывая параметры ?
Выслушаю любые пожелания и замечания …😃
С уважением, Соло.
По Вашей ссылке аккумулятор указан 3s1p.
Это ссылка на сам калькулятор …
Я забивал актуальные параметры модели:
Размах 1900мм
ВВ 6000г.
Площадь 80дм2
Батарея 10S
Регулятор 120А
Винт 22х12
E-calc всего лишь калькулятор. В самом верху написано что считает он с ошибкой +/-10%. Если рекомендуют винт 22х12, то видимо он будет нормальным для данного мотора. По калькулятору у меня получилось 3995.8 Вт. Если предположить что результат завышен на 10%, то будет 3 596,22 Вт. Т.е. практически без перегруза. Для гарантии можно ограничить газ 95%.
Если использовать винт 21х12, максимальная мощность будет 3596.2 Вт. А если калькулятор завышает данные, то и того меньше.
Сам производитель рекомендует для модели 21х10.
extremeflightrc.com/78-Extra-300-V3-RedBlackWhite_…
Поставщик предложил 22х12 …
Меня смутили “предупреждалки” в калькуляторе по температуре и мощности …
По этому решил переспросить.
Что-то ссылка не открывается. 21х10 явно легковат для этой модели.
На температуру обращать внимание особо не стоит. На моторе есть вентилятор на валу. Калькулятор это даже при значении охлаждения “отличное” вряд ли может учесть.
Я такими сложностями, как калькулятор не заморачивался, когда поставил на Як 1800 мм размахом электродвижок вместо ДЛЕ-30. На земле погонял с винтом от ДЛЕ это 18Х8 самик хорошо взлетал с 6S, но летал медленно и петли выполнял исключительно на тяге и некрасиво. На земле ток был около 70 ампер. Поставил винт 18Х10 самик залетал весьма неплохо. Поставил аккумулятор 8S и с винтом 18х8 самик уходит вертикально с набором скорости.
ИМХО на 10 банках винт 22х12 для этого мотора все таки перебор,
и да размер модели располагает к винту 20/21х10/12, я бы остановился на 20х12.
а кроме того, для модели с взлетным 6 килограмм, зачем 12+кг статики ? (вопрос риторический)
Получается eCalc в топку …
Подставил параметры своих моделей в вертолетной версии, то же ругается на запредельное превышение температуры. На практике такого не происходит …
В eCalc полно гибких настроек. Поставьте режим охлаждения двигателя (меню сразу под двигателем) со “среднее” на “отличное” и все перегревы уйдут.
С винтом 22х12 не уходят.
Еще вопросик …
В наличии нет “электро” винтов, только деревяшки под ДВС.
Есть между ними “аэродинамическая” разница или только конструктив ?