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.