Search in topic

Большая теория маленького кораблика

На форуме периодически появляются темы, связанные с теоретическими вопросами и расчетами. Обычно они заканчиваются выводом, что “взрослые” теории на модельки не распространяются, а произвести корректный (или хотя-бы прикидочный) расчет маленького кораблика невозможно в принципе.
Вот одна из таких тем: rcopen.com/forum/f129/topic342387
Вот еще одна: rcopen.com/forum/f68/topic514328
Я настроен более оптимистично и для начала хотел-бы разобраться в вопросах расчета и подбора гребных винтов. И как влияют на этот расчет такие явления, как попутный поток, засасывание и скольжение. Начать, наверное, можно отсюда: barque.ru/…/principle_of_operation_and_structure_o…
Графики зависимости основных характеристик винта от скольжения приведены тут: sea-man.org/vintovye-harakteristiki.html
А тут описываются попытки проведения подобных расчетов гребных винтов для моделей: …airbase.ru/…/t65739--raschyot-vintov-i-dvigatelej…
Базовая методика расчета бралась из книги Сахновского: m.shipmodeling.ru/content/…/newtypeships.pdf
Но там есть ошибки. В частности, в формуле 4.15 для расчета коэффициента попутного потока переменная “х” - это степень числа “бета”, а не показатель корня, корень там квадратный. Правильная формула Папмеля приведена тут: barque.ru/…/features_of_calculation_katernogo_prop…
Еще методика Сахновского не учитывает влияние дискового отношения гребного винта на его расчетные характеристики, но то уже мелочи.
Уважаемые коллеги, возможно вы располагаете сакральными знаниями или ссылками по теме. Поделитесь, пожалуйста 😃

P.S. Пока в планах написание пары-тройки простеньких калькуляторов типа как для расчета-подбора электродвигателей, а там посмотрим 😃

Попалась весьма интересная цитата GOLF_stream: …airbase.ru/…/t65739_2--raschyot-vintov-i-dvigatel…
“… По поводу товарищей Фруда и Рейнольдса. Ведут они себя в воде по-разному.
Подобие по Фруду однозначное, не зависит от масштаба. Волнообразование на модели и на настоящем пароходе идентичное. На этом и основаны все испытания моделей в опытовых бассейнах. Собственно, само число Фруда безразмерно и справедливо для корпуса любой длины.
А вот Рейнольдс капризничает. Ведет себя не так однозначно. Это известно и учитывается разными коэффициентами при испытаниях моделей скоростных судов и гребных винтов.
Даже на моделях водоизмещающих судов в носовой части на определенном расстоянии от форштевня приклеивают вертикально тонкую проволоку для того, чтобы за ней возникала турбулентность в пограничном слое, которая возникает на настоящих судах, но не возникает на модели (даже шестиметровой). Это именно учет масштабного эффекта.”(С)
А уже в следующем сообщении приведена ссылка на чрезвычайно интересную публикацию японцев: www.wrk.ru/forums/attachment.php?item=524260
Они исследовали на масштабных моделях длиной 300, 600 и 900 мм поведение килеватого днища глиссера на скоростях от 1 до 15 м/c, на углах атаки от 3 до 9 градусов. Это именно те диапазоны параметров, которые используют строители быстрых карповых корабликов. Выводы совершенно однозначные: на моделях законы гидродинамики работают на все 100% 😃 Но, поскольку определяющий размер (длина) в случае модели гораздо меньше, то и относительная длина участка ламинарного обтекания там значительно больше. Так что поведение товарища Рейнольдса действительно неоднозначное 😃 Чуть позже попробуем разобраться, чем это нам грозит…

Сегодня займемся вопросами попутного потока применительно к карповому кораблику 😃
“При движении корпус судна увлекает за собой воду, создавая попутный поток, поэтому действительная скорость встречи винта с водой Va всегда несколько меньше, чем фактическая скорость судна V. У быстроходных глиссирующих мотолодок разница невелика - всего 2 - 5%, так как их корпус скользит по воде и почти не “тянет” ее за собой. У катеров, идущих со средней скоростью хода эта разница составляет 5—8 %, а у тихоходных водоизмещающих глубокосидящих катеров достигает 15—20 %.”(С): www.motolodka.ru/vint.htm
Попутный поток, как следует из приведенной цитаты, может уменьшать скорость воды на входе в винт от 0 до 20%. Вопрос заключается в том, какое из этих значений можно использовать при расчете? 0%, 10% или 20% ?
Можно попытаться найти ответ на этот вопрос у Сахновского. Там для определения коэффициента попутного потока используется модифицированная формула Папмеля (4.15). Причем, в файле по ссылке выше она приведена неверно, а в книжке злополучный “х” написан так, что его можно отнести и к “бета”, и к показателю корня. Но важно даже не это, а то, что сама формула заточена на большие морские и речные суда и предлагается к использованию для расчета моделей этих судов. Насколько это правомерно?
Для начала попытаемся понять физику явления попутного потока. Сколько воды увлекает за собой судно? С какой скоростью движется увлеченная вода? И самый главный вопрос - какова толщина слоя этой воды и попадает-ли гребной винт в этот слой?
Прибегнем к теории относительности 😃 Если судно движется в стоячей воде, то увлеченная им вода - это попутный поток. Но если судно остановить и начать омывать его встречным потоком жидкости, то увлеченная вода становится налипающей и превращается в пограничный слой 😃
На поверхности стоящего судна скорость воды равняется нулю, на некотором расстоянии от его поверхности скорость воды равняется скорости потока. Это “некоторое расстояние” - толщина пограничного слоя.
Тут самое время вспомнить товарища Рейнольдса. В общем случае до значения Re=5∙10^5 режим обтекания ламинарный, от 5∙10^5 до 1∙10^7 режим обтекания переходной, свыше 1∙10^7 - турбулентный. Но, говорят, что на флоте даже число Пифагора бывает равно пяти, а уж Рейнольдса…😃 В общем, если обтекаемая поверхность достаточно гладкая, начало переходного режима может смещаться до значений 2,5∙10^6 (рис.20): parusa.narod.ru/bib/books/bayb/7.htm
Тут: seacrew.ru/gidrodinamicheskoe-soprotivlenie-kor.ht… утверждается следующее: “Конкретная точка перехода определяется формой и гладкостью корпуса. Опыты показывают, что при зеркально гладком корпусе ламинарное обтекание сохраняется до скоростей, соответствующих Re = 5∙10^6, что наблюдается при 4,5 км/час для судна пятиметровой длины и 6 км/час для трехметрового судна.”(С).
Значение числа Рейнольдса для карпового кораблика длиной 0,8 м, движущегося со скоростью 1,5 м/c в пресной воде при +20 гр.С равно: Re = w∙L/v = 0,8∙1,5/1∙10^-6 = 1,2∙10^6. В теории это соответствует турбулентному режиму, но “по жизни” вполне может попасть в ламинарный, поскольку большинство корпусов карповых корабликов сейчас формуют из листового пластика с достаточно гладкой поверхностью.
Формулы для расчета толщины пограничного слоя приведены тут: www.heuristic.su/effects/catalog/…/index.html
При ламинарном режиме толщина пограничного слоя в районе кормы кораблика составит 3,8 мм. При турбулентном режиме - 18 мм. Если этот-же кораблик “разогнать” до 5 м/c (глиссирование) и пока предположить, что смоченная длина днища уменьшится наполовину, мы получим Re = 2х10^6. Толщина ламинарного пограничного слоя при этом составит 4,6 мм, турбулентного - 8,1 мм.
Можно сделать предварительный вывод о том, что если в случае быстрых мотолодок влияние попутного потока составляет 2%, то в случае мелкой и быстрой модели это влияние еще меньше и им можно попросту пренебречь.

Предлагаю в данном случае не стоит озадачиваться Рейнольдцами и трением (конечно оно имеет место быть), главные проблемы совсем не здесь см. …wordpress.com/…/сопротивление-судна-распределение… нас интересует режим водоизмещающий, это на рисунке под буквой А, и видим, что главная проблема или составляющая сопротивления в этом режиме, это сопротивление формы. Вот сюда и надо обратить основное внимание. Т.е. все учитывать не имеет практического смысла, так как на практике главные потери в неправильном выборе основных параметров, а именно ВМГ, и форм и размеров корпуса в зависимости от заданного режима движения. Ну уменьшим сопротивление трения на 30% за счет гладкости корпуса, но эти 30% именно от трения, которое в общем сопротивлении имеет ничтожное значение, смысл?

Смысл простой. Сопротивление трения и влияние попутного потока - это часть факторов, влияющие на общую картину и входящие в методику расчета. А начинать расчет хочется с чего-то простого 😃 И по возможности определить те факторы, которые оказывают минимальное влияние и которыми можно пренебречь 😃 Нашел занятную книжицу "“Катера, лодки и моторы в вопросах и ответах”: …narod.ru/…/katera_lodki_motory_v_voprosah_i_otvet… Правда сканировали ее бестолково, половина формул и графиков пропала. Может у кого-то есть более качественный вариант? Так в этой книжице на стр. 98 есть табличка с рекомендованными значениями коэффициентов попутного потока. Для полноразмерных быстрых и легких спортивных лодок он может быть 1%, в случае кораблика им смело можно пренебречь.
Что касается влияния формы, тут ситуация несколько интереснее. Вы дали ссылку на чисто яхтенную статью 😃 Там так и написано: “Сопротивление воды движению яхты судостроители рассматривают состоящим из двух основных составляющих: сопротивления трения и сопротивления формы.”(С)
Само сопротивление формы там по сути сведено к волновому сопротивлению корпуса в полном соответствии с заветами товарища Фруда 😃 Но в общем случае сопротивление формы включает в себя еще и индуктивное сопротивление, связанное с выступающими частями и особенностями самой формы корпуса. Главной особенностью большинства любительских карповых корабликов типа “Арго”, “Вега”, “Камарад”, “Дельфин” и иже с ними является вертикальный транец. На режиме глиссирования к нему никаких вопросов не возникает. Но эти корпуса часто используются и в водоизмещающем режиме. Мне как-то попадалась информация (сейчас не найду), что на малых скоростях индуктивное сопротивление такого транца может составлять до 50% полного сопротивления корпуса. На яхтах, где к корпусам относятся гораздо ответственнее 😃, этого нет. Там термин “индуктивное сопротивление” иногда мелькает при обсуждении влияния руля при отклонении.
Пока предлагаю перейти к обсуждению скольжения и кпд гребного винта, а также влияния дискового отношения, количества лопастей и наличия кольцевой насадки на этот самый кпд. Еще можно пройтись по углам атаки. Была интересная профильная тема: rcopen.com/forum/f129/topic342387 Но ее обсуждение в предыдущий раз как-то угасло само собой. Возможно за прошедшую пятилетку коллегам удалось разжиться новой информацией или хотя-бы пополнить запасы энтузиазма 😃

Т.е. все учитывать не имеет практического смысла, так как на практике главные потери в неправильном выборе основных параметров, а именно ВМГ, и форм и размеров корпуса в зависимости от заданного режима движения.

Абсолютно согласен .

Попробовал написать простенькую математическую модельку гребного винта. Посчитал винтик диаметром 40 с шагом 40, 50 об/с. Получилась такая картинка (см. прикрепленное изображение). Голубеньким цветом - кпд (пропульсивный коэффициент). Остальные кривые - тяга, момент и мощность.
При максимуме кпд 59%, тяга 0,93 Н, момент 0,008 Н∙м, мощность на валу 2,5 Вт, скольжение 21%. Угол атаки конца лопасти 2,4 градуса, середины лопасти 5,8 градусов. На швартовых кпд 0%, тяга 2,9 Н, момент 0,0176 Н∙м, мощность на валу 5,5 Вт. На нулевом скольжении кпд 0%, тяги нет, момент 0,0022 Н∙м, мощность на валу 0,69 Вт. В этом режиме учитывается вязкое трение и лобовое сопротивление лопастей винта.
Таким-же образом попытался воспроизвести методики расчета Сахновского и Звездкиной.
По Сахновскому на максимуме кпд 59%, тяга 1,1 Н, момент 0,0085 Н∙м, мощность на валу 2,68 Вт, скольжение 30%. Из параметров винта вводятся только диаметр и шаг.
По Звездкиной на максимуме кпд 60%, тяга 0,84 Н, момент 0,0072 Н∙м, мощность на валу 2,25 Вт, скольжение 20%. Модель учитывает диаметр, шаг и дисковое отношение винта.
Методики Сахновского и Звездкиной построены по формулам статистической обработки экспериментальных данных с использованием расчетных коэффициентов тяги и момента К1 и К2. Моя моделька чисто теоретическая, используются базовые законы сохранения импульса и энергии, учитывается вязкое трение лопастей. Позволяет учесть количество, форму и толщину лопастей 😃 Первая попытка расчета была тут: rcopen.com/forum/f68/topic138133/29778
Поскольку моделька сырая, требуются советы, замечания и рекомендации грамотных и опытных коллег 😃

Попробовал написать простенькую математическую модельку гребного винта.

Такая моделька винта не имеет практической ценности (конструктивная критика) так как в динамике нужно иметь связку двигатель-винт, в динамике нагрузка двигателя меняется, меняются и обороты винта в зависимости от конкретного двигателя. Сколько лопастей у Вашего винта? и почему при максимуме КПД у винта с шаговым отношением равным 1, скольжение 20-21%? 5.8 градусов это не максимум КПД.
И еще чисто теоретический вопрос для Вашей модельки, почему КПД гребных винтов с увеличением шагового отношения до 1.6-2.0 растет, а затем убывает?

На теоретический вопрос ответить не готов. Пока не чувствую взаимного влияния различных факторов при расчете. Кроме того, сейчас сопротивление вращения винта считается отдельной программкой и ее только предстоит оформить модулем и ввести в основную модель.
Сами замечания принимаются. Моделька пока сырая, предстоит дальнейшая работа 😃 Как всем моделькам ей предстоит обрасти поправочными коэффициентами и, по-видимому, обзавестись подругами-модельками 😃
В целом, картина сложнее, чем Вы ее оценили. Сперва нужна моделька корпуса, чтобы вместе с товарищем Фрудом провести кораблик по волнам от швартовых до глиссирования и получить расчетную буксировочную характеристику.
А поскольку в процессе разгона скольжение винта будет выше, а кпд гораздо ниже оптимального (и у двигателя, скорее всего, тоже), придется писать модельку двигателя и смотреть сколько запасных Ватт должно быть на борту, чтобы пройти горб сопротивления.
Это уже три модельки. Видимо, четвертой должна быть моделька аккумулятора, поскольку сверхплановые Ватты он отдавать не любит. Пятой может оказаться моделька регулятора для оценки теплового режима на промежуточных оборотах… Стоп, фантазия 😃 В принципе, для базовой оценки работоспособности системы “корпус-винт-двигатель” должно хватить первых трех.
Пока мы только самом начале пути и не факт, что он будет пройден. Для этого нужен энтузиазм, который у меня был лет 20-30 назад и много свободного времени 😦 С винтом-бы разобраться…
А вот по поводу оптимального угла 7-8 градусов хотелось-бы подробностей. Сами эти цифры мне попадаются регулярно, а сам первоисточник найти не могу.
Тут: www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/090/477.htm пишут, что Су плоской пластины растет до 12 градусов, затем происходит срыв потока. Но это - у одиночного крыла, а винт больше похож на биплан или триплан 😃 и поток в зоне низкого давления одной лопасти поджимается следующей лопастью.
Тут: www.aha.ru/~aleon/soveti/Techn/…/hydrodyn.htm пишут и рисуют оптимальные углы атаки для глиссирования плоской пластины 2-5 градусов. Я как-бы понимаю, что 7-8 это где-то посередине, но хотелось-бы конкретики 😃
Есть еще один нюанс. Лопасть постоянного шага не может вся работать на углах атаки 7-8 градусов. На конце лопасти угол атаки будет меньше, у основания - больше. Чтобы вся лопасть работала на оптимальных углах атаки, придется отказаться от постоянного шага винта. На конце лопасти шаг придется увеличивать, у корня - уменьшать. Как такое чудо будет работать на режимах, отличных от расчетного, спрогнозировать весьма непросто.
И даже на оптимальном режиме у такого винта в диске винта появится поле скоростей. Корень станет нагнетать медленнее, чем конец лопасти, появятся разница давлений, начнутся перетечки вдоль лопасти и винт станет работать центробежным насосом 😃
P.S. Пока винтик рассматривался трехлопастный с дисковым отношением 0,5.

В целом, картина сложнее, чем Вы ее оценили

Естественно сложнее, но наша специфика далека от требований больших судов. Если в результате расчета модель пойдет не 1.5 м/с, а 1.4 м/с моделист это даже не заметит, а вот танкер пересекающий океан заметит в порту прибытия позже на несколько суток и несколько лишних тон сожженого топлива. Поэтому если на первом этапе научитесь делать расчет ВМГ. т.е. рисовать правильный динамический график, то в 90% случаев это уже решит проблему, а если на этот график наложить график динамического сопротивления корпуса модели, то уже можно получить расчетную точку пересечения этих графиков, но это уже “высший пилотаж” в расчете модели. По поводу моторов, у моделек, а именно электромоторов (в отличии от ДВС) при правильном использовании полно лишних ВАТТ за пазухой, посмотрите на графики электромотора, его максимум КПД лежит примерно на половине графика доступной мощности, т.е. если мотор рассчитан на режим максимума КПД, то у него в запасе есть еще ровно столько же мощности, и поэтому у глиссирующих электролодок нет проблем с преодолением горба.
Что бы я рекомендовал (во всяком случае, делаю так сам), 1) расчет необходимых параметров электро мотора из Io, R и Kv? т.е. необходимо найти режим максимального КПД, и дальше вычислить момент и обороты на валу для заданного тока (режима) он вовсе может не совпадать с максимумом КПД. 2) из известных оборотов и момента на валу, считаю винт для заданной скорости движения, диаметр и шаг при оптимальном скольжении.

Самое трудное построить динамический график упора, для заданного винта и мотора собранных в одну ВМГ.

По поводу 7-8 градусов в теме про “скольжения винта” я давал ссылки на литературу и приводил аргументы в обоснования этих углов, найдете другие данные очень хорошо, я не нащел.

Привет всем!

Перечитал … И понял что маленькая практика стоит большой теории.

Всем пока, пока, пока.

И понял что маленькая практика стоит большой теории.

Особенно, если эта практика - стоматологическая 😃
Motocalc у авиамоделистов это теория или практика? У них предварительный расчет-подбор мотоустановки давно стал правилом хорошего тона 😃
Рейнольдсами-Прандтлями я на жизнь зарабатываю больше 30 лет, теперь решил проверить, годятся-ли они для хобби, да и с расчетом винта давно хотелось поковыряться 😃

Для расчета мотора надо-то всего несколько формул, и они есть в инете, если не полениться их не трудно найти.
Основная n=(U-I*R)*Kv где n обороты/мин на валу, U(В) напряжение подведенное к мотору, I(А)-заданный рабочий ток, R(Ом) омическое сопротивление обмотки, Kv коэффициент оборотов. Io ток холостого хода.

Ток максимума КПД находится по формуле Корень(Io*U/R), сам максимум достижимый КПД находится (1-корень(Io*R/U))^2*100%, обращаю внимание, что КПД зависит от U, чем больше тем лучше, и от потерь в моторе Io и R чем меньше тем лучше.

Моделька моторчика - самое простое 😃 Естественно, что с нее все и начиналось. Основная сложность в том, что производители дают различный набор исходных данных. Для промышленных коллекторников сопротивление обмотки дают крайне редко. Тут пример данных, которые могут предоставляться: www.zip-2002.ru/?z=html&separ=98/
На картинке приведены результаты расчета для коллекторника RS-33110. КПД получается чуть выше паспортного, т.к. базовые формулы не учитывают наличие колллектора, а его считать запаришься, там процессы сильно нелинейные 😦 Поэтому пока проще сбрасывать 2-3% с расчетного КПД. С бесколлекторниками дело проще обстоит 😃

Привет всем!

Особенно, если эта практика - стоматологическая

Мы в этой теме разговариваем не о пломбах, мостах и пульпите.
Разговор вы подняли про судо, вот и отвечают в тему.
А о практике. Когда то в ранние года тоже пытался построить из себя умного.
Посчитал , нарисовал и изготовил. Хорошо что на воду с собой взял плоскогубцы, ножницы по металлу,
напильники и надфиля. Расчётный результат только в топку .
После колдовства в течении 2 часов с не зря взятым инструментом модель поехала. Дома получившееся изделие
было проверено по расчётам, там были совершенно другие результаты.

Если вам так нравится считать , то не буду больше мешать.

Всем пока, пока, пока.

У Вас хобби - попрактиковаться, у меня - посчитать, так что Вы мне особо не мешаете. И даже Ваш печальный опыт расчетчика не подорвет мою веру в силу базовых законов Ома, Ньютона и Архимеда 😃 Просто, судя по профилю, Вы на три года старше меня. Это значит, что в то время, когда Вы пытались “построить из себя умного” из считалок были доступны столбик, счеты и логарифмическая линейка. Сейчас ситуация поменялась и посчитать тоже можно в удовольствие. Да и практиковаться стало интереснее. Во времена моей юности гребной винт делали именно плоскогубцами и ножницами по металлу из консервной банки, а щас Вы, поди, ЧПУ для этой задачи практикуете. И на формулы, что сидят внутри CADа, особо не жалуетесь 😃

Для промышленных коллекторников сопротивление обмотки дают крайне редко. Тут пример данных, которые могут предоставляться

Это вообще подарок, так как все необходимые данные там есть, привожу пример, что нам надо Io? он есть 0.3А, R надо? см. формулу для оборотов, там обороты равны 0, когда ток равен току остановки (или пусковой ток), т.е. когда I*R=U, отсюда находим R=12/8,9=1,35 Ом, что еще надо, ах да KV? n=(U-I*R)*Kv или Kv=n/(U-IR) для данных ХХ имеем, Kv=6750/(12-0,3*1,35)=582, т.е. нашли все необходимые данные, подставляем их в формулу для нахождения тока Мах КПД =корень(0,3*12/1,35)=1,6А см. таблицу, ух ты, совпало! Для проверки считаем обороты номинального режима =(12-1,6*1,35)*582=5730, см. таблицу, ух ты опять почти совпало! подставляем в формулу максимума КПД 66% с точностью до округлений, которые в данных по мотору. Оказывается эти базовые формулы учитывают все необходимое, в том числе и коллектор, так как потери они включены в данные R и Io. так как эти величины измерены у готового мотора, и при измерениях эти потери присутствовали (в том числе и на коллекторе и на подшипниках). Но у Вас в расчетах все это есть! (это я расписал для читающих теоретиков, чтобы применять на практике)
см. Вашу диаграмму, где находится точка максимального КПД правильно 1.6А, а точка максимума мощности 4.6А =(U+R*Io)/2/R. Куча запаса по мощности за пазухой (почти 3-й запас).
Более точные данные по моторам приведены на сайте Мабучи моторс. Там все совпадает.

и иже с ними является вертикальный транец

www.boats-master.ru/view_post3a9f.php?id=6 это по поводу вертикального транца водоизмещающих корпусов, там описано зачем он нужен.

forum.katera.ru/index.php?app=core&module=attach&s… вот тут в справочнике Мордивинова стр. 236 еще объясняется про транцывую корму.

Спасибо за разъяснения по транцу. Я смутно догадывался, что это всё интриги товарища Фруда 😃 Теперь появилось понимание, которое можно пытаться переводить в цифры.
Прикинул на двух модельках винто-моторную группу, которую мы когда-то делали на базе RS-33110 и винтика 40 х 40. Получилась картина похожая на реальность. На оптимальном режиме винта моторчик работает с небольшим перегрузом (16 Вт вместо оптимальных 13 Вт), но там еще остается запас мощности до 24 Вт. Тяга получается слабенькая, всего 3,7 Н на оптимуме. Для полной картины нужны цифры скольжения с буксировочной характеристики конкретного корпуса.
“Женить” модельки пока пришлось вручную 😃 Поэтому рабочую точку удалось прикинуть только ориентировочно. Для получения полной картины надо накладывать в совместной модели ВМГ характеристики “обороты-мощность” для двигателя и винта и по кривой кпд двигателя определять его тепловой режим. Тогда можно будет понять, потянет он винт или сгорит 😈
В процессе работы появились новые вопросы и проблемы. Сначала вопросы практические:

1. Между винтом и двигателем стоит дейдвуд. На какое значение его кпд ориентироваться? От 90 до 99% ?
2. Угол атаки на конце лопасти получается меньше, чем у основания. Для оценки его оптимальности (7-8 градусов) требуется использовать какое-то усредненное значение. В самом простом варианте можно принимать угол атаки в средней части лопасти. Либо можно брать средневзвешенное значение, это будет точка между серединой и концом лопасти (ближе к середине).
3. Обычно в методиках расчета винта отсутствует учет диаметра ступицы. А при диаметре в 20% от внешнего диаметра винта она сразу “выедает” 4% расходных характеристик даже у идеального винта. У реального она еще трется о воду и добавляет потери.
   Теперь опять теория. Реальный винт отличается от идеального наличием потерь. Пока оценить их получается только косвенно по описанию устройств, повышающих кпд винта: "Для повышения эффективности работы гребные винты снабжают специальными насадками. Такие винты включают помимо самого винта кольцевую насадку, внутри которой размещается гребной винт. Винты с насадками успешно используются при необходимости создания дополнительного упора на малых скоростях хода. Обычно винты этого типа используются на буксирах-якорезаводчиках, на рыболовных траулерах, где за счет насадок обеспечивается от 40 до 50% упора винта при малых и близких к нулю скоростях хода. Иногда насадки делают поворотными. Но все это устройства, повышающие эффективность работы традиционных гребных винтов. "(С): sudostroenie.info/novosti/24255.html
   Поскольку упор и кпд связаны напрямую, получается, что кпд винта на режимах скольжения близких к единице, за счет индукционных потерь падает на 30-35%. Даже на катерах за счет кольцевой насадки можно получить прибавку в 10-12% club-fish.ru/snaryazhenie/…/Page-3.html Это значит, что при “традиционной” эксплуатации винт недодает 10-12% кпд.
   Кольцевая насадка в значительной мере снижает влияние индукционных потерь из-за перетекания воды из зоны нагнетания в зону всасывания на концах лопастей. На современных продвинутых винтах также используют угловые законцовки типа винглетов на самолетных крыльях. Индукционные потери пропорциональны разности давлений на всасывющей и нагнетающей стороне лопасти. Эту разность можно рассчитать относительно просто, а вот с коэффициентом перетекания придется играться вплоть до экспериментов 😦
   Кроме кольцевых насадок в статье по первой ссылке приведен ряд примеров направляющих и спрямляющих аппаратов, которые компенсируют потери от закручивания потока и способны добавить 3-5% к общему кпд винта. Винты без этих устройств выдают на выходе закрученную струю. Эта закрутка - следствие вязкого трения лопастей о воду в процессе вращения. У вектора скорости выходящего потока появляется тангенциальная составляющая, на которую тоже требуется тратить мощность.
   На больших скоростях применение кольцевых насадок и спрямляющих лопастей из-за собственного трения становится нецелесообразным. Они съедают больше, чем добавляют.

1. Между винтом и двигателем стоит дейдвуд. На какое значение его кпд ориентироваться? От 90 до 99% ?

Какой оптимист! на практике бывает и 0-50%!, посчитал как-то ВМГ на модель, параметры винта и какие должны быть токи на расчетном режиме, звонит хозяин модели и сообщает, что измерил ток и он в два!!! раза больше чем расчетный, я оторопел, стал выяснять, что и как, оказалось, что он дейдвуд длиной около 12см просто набил солидолом, так мотор, на модели не опущенный в воду, потреблял весь ток, который был предназначен для винта.
Поэтому засада в расчетах, учесть не профильные потери, хорошо сделанный дейдвуд проверяется воздухом, если подуть на винт (без соединения с мотором, а только вал в дейдвуде) винт должен вращаться, то смело можете брать 90%, а если серьезно подходить к задаче, т.е. эти потери надо просто измерить, и включить в расчет, т.е. собранную ВМГ включаем на воздухе и измеряем ток ХХ, и именно этот ток как Io используем в расчете мотора, еще надо учесть электрическое сопротивление всего, что есть до мотора, АКБ, провода, разъемы, регулятор и т.п. прибавляем к R, что бы получить более достоверный результат.
По пункту 2. У карабелов принято говорить о винте действительно на каком-то относительном радиусе, причем у разных школ этот радиус разный, в Советской школе это 0,6 у загнивающих 0,7, я в расчетах опираюсь на радиус 0,5 (так проще)
3. Не лезьте (пока) в эти тонкости и без них проблем хватает, ведь 7-8 градусов это для какого профиля? а какая крутка у лопасти? геометрическая и гидродинамическая? о чем говорить если просто истинный шаг винта зачастую не известен, ни кто его не измеряет, верит на слово. А какой профиль у лопасти? а Вы про кольцевую насадку, да она увеличивает упор винта, но в то же время здорово увеличивает общее сопротивление. Да и те проценты, которые Вы указали они очень зависят от точности изготовления этих насадок (профиля, минимального зазора винт-насадка) в модели это реализовать очень сложно. Еще бы и ВИШ упомянуть.

Сейчас надо определиться мы изобретаем двух режимную модель (с грузом и без) или учимся считать? вложил свой расчетный файл для винта 40х40 и мотора 33110, не такой красивый как у Вас.
Видим, что винт для скорости 1.5 м/с и этого мотора при 12В не оптимальный, это и КПД показывает. А Вы про пограничный слой.

Для сравнения более подходящий винт для этих условий. См. его максимальный КПД ниже, чем у предыдущего (это и понятно H/D меньше), но на нужном режиме его КПД выше, и при том же токе упор выше. Да и разгонные параметры лучше, т.е. груженая модель пойдет быстрее. Когда считаешь, приходит оценочное понимание в какую сторону надо смотреть.

Какой оптимист! на практике бывает и 0-50%!

За такие задачи обычно берутся оптимисты, переоценивающие свои возможности 😃 Эксперименты коллег из темы карпового кораблика я помню хорошо. В эпоху RS-33110 ток холостого хода моторчика, проходя через дейдвуд, удваивался и даже утраивался 😃 Но щас у рыбомоделистов появилась мода на полуспортивные скорости и на килоВаттные моторы - мощность на рабочем режиме 300-500 Вт. Если половина этих Ватт останется в дейдвуде, то он превратится в паяльник, а сам кораблик - в пароход.
Поэтому я пока просто зарезервирую в программе ячейку под кпд дейдвуда, как это сделано в Вашей программе для коэффициентов попутного потока и коэффициента засасывания. Даст Бог, и до замеров доберемся.
По второму пункту - спасибо. Я себе ситуацию примерно так и представлял. Попробую определить средневзвешенный угол атаки и соответствующий ему радиус. Он должен болтаться где-то между двумя школами - по результатам решу, к кому примкнуть 😃 Шаг винта пока принимаем геометрический.
Что касается тонкостей, то при переходе от теории к практической методике расчета сперва нужно выявить факторы с минимальным влиянием на конечный результат. 4% от влияния ступицы таким фактором не является и его нужно вводить в методику (уже введен). С попутным потоком я для себя определился - не учитываем. С закруткой потока я попытался разобраться (именно через массу пограничного слой на лопастях винта). У меня получился угол закрутки потока 0,3 градуса, так что пренебрегаем 😃
Что касается кольцевой насадки, то я не собираюсь ее ни делать, ни устанавливать. Она просто позволяет оценить влияние индуктивных перетечек винта без насадки и с насадкой, типа базового уровня. Как “Советская власть - это коммунизм минус электрификация всей страны” 😃
Что касается изобретаемой модели, то в качестве конечного результата я предполагаю возможность оценки произвольной конфигурации “корпус-винт-двигатель” с произвольной-же загрузкой. То есть, это именно та задача, которую постоянно решают наши практики, мешками закупая движки и винты на алиэкспрессе. Только бесплатно и ничего не делая 😃
С корпусом будет больше всего проблем. Пока его моделька выглядит совсем страшненько (см. картинку), но уже может посчитать площадь поверхности корпуса, его массу, полное водоизмещение, координаты центра тяжести и центра давления. Дальше буду пытаться сечь корпус плоскостью воды под разными углами для расчета крена, диффирента и осадки при различной развесовке и углах установки дейдвуда. Тут нужны навыки написания CADов, у меня их нет, хотя есть пара-тройка профильных книжек.
Так что, считаем мы именно карповый кораблик со всеми возможными вариантами загрузки и без каких-либо гарантий успеха. Еще одна из ключевых задач - моделька должна на цифрах показать, что строительство готических замков на днище кораблика - занятие малоперспективное. Только модерн и минимализм, как в большом спорте 😃
Пока хотелось-бы разобраться с природой засасывания. Я правильно понимаю, что это явление аналогично обтеканию верхней выпуклой поверхности самолетного крыла? За счет обтекание формы днища под ним создается разрежение и судно притапливается тем сильнее, чем быстрее оно идет? У глиссирующей плоской пластины этот эффект должен отсутствовать либо быть пренебрежимо малым? Суть вопроса - каким образом засасывание влияет на расчет винта, если оно должно учитываться при расчете гидродинамики корпуса? По попутному потоку вопросов нет - он напрямую влияет на скорость, к которой вода набегает на винт.

Предлагаю упорядочить систему приоритетов для прикормочного кораблика . И только потом решать где проблема мешающая совместить желаемое с достигнутым .

За счет обтекание формы днища под ним создается разрежение и судно притапливается тем сильнее, чем быстрее оно идет?

Явление не аналогично обтеканию самолетного крыла . Судно движется на границе двух сред . Присасывание присутствует только при движении на мелководье . balt-lloyd.ru/…/prosedanie-sudna-na-melkovode

Суть вопроса - каким образом засасывание влияет на расчет винта

Оно (засасывание) у меня учитывается только в скорости набегающего потока на винт (но это так, для самоуспокоения). Но если все таки изобретать карповый кораблик, то я бы смотрел именно в эту сторону motorlodki.ru/motornye-lodki/lodka-kejs, Компактность при перевозке, и почтение к господину Фруду по длине, сопротивление упадет, скорость при тех же энергозатратах вырастет.

У меня нет цели в расчетах получить абсолютные данные, важно получить оценки этих величин, и их зависимости от тех или иных факторов, уточнять расчеты все равно придется на практике, так как учесть все или много всего, просто невозможно в виду массы неизвестных факторов.