Search in topic

Большая теория маленького кораблика

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.

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

Явление не аналогично обтеканию самолетного крыла . Судно движется на границе двух сред . Присасывание присутствует только при движении на мелководье…

О бесчинствах господина Бернулли я осведомлен с детства: allforchildren.ru/sci/perelman2-63.php 😃
Но вопрос был не о том, что произойдет с кораблем, если его зажать в узком месте. Коэффициент засасывания вводится в расчет винта в общем случае, а не только для каналов и мелководья.

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.

Например, кинематическая вязкость воды при нагреве с 10 до 30 градусов падает на 35%.
А так - да, чистая теория может дать оценочный результат. Потом этот результат параметризуется по результатам экспериментов для определенного диапазона значений. Но корабельные теории обычно уже содержат в себе статистическую обработку ряда экспериментальных работ.

Компактность при перевозке, и почтение к господину Фруду по длине, сопротивление упадет, скорость при тех же энергозатратах вырастет.

Идея длинной складной лодки хороша. Но у нее есть два серьезных недостатка:

1. низкая маневренность (чего не скажешь о коротком корытце или двухмоторном катамаране);
2. складывать-раскладывать придется вместе с “пассажирами” - внутри куча электроники, размазанной по всему корпусу.

1. низкая маневренность (чего не скажешь о коротком корытце или двухмоторном катамаране); 2) складывать-раскладывать придется вместе с “пассажирами” - внутри куча электроники, размазанной по всему корпусу.

Не вижу проблемы с маневренность, модели эсминцев с функцией раздрай разворачиваются практически на месте, я конечно не очень в теме именно карпового кораблика, но зачем ему супер маневренность? и я бы на кораблик ставил два мотора и два винта для надежности вернуться к берегу.

По поводу электроники, то на мой взгляд это решаемо, моторы с винтами и дейдвудами в задней части, а батарея в носовой (провода легко изгибаются), бункера можно разместить и там и там.
Но при том же водоизмещении можно получить корпус в два раза длиннее и примерно в два раза уже, что при той же энерговооруженности позволит примерно вдвое увеличить скорость.

Вот проект, который понравился-бы товарищу Фруду: rcopen.com/forum/f68/topic524224
Правда он не складной и не разборный, маневренность обеспечивается подрулькой, а длина ограничена шириной багажника.
Проблему проводов Вы недооцениваете. В случае разборного кораблика на палубе одной половины должен устанавливаться герметичный разъем, а из второй торчать кабель с гермовводом. Схожая проблема есть у моделей большегрузных авто. Сейчас она решается установкой автономного блока управления в прицепе со своим питанием и местной связью по WiFi, есть фирмы, выпускающие соответствующие приблуды.
Кроме того, скорость в 10-12 км/ч не считается пацанской. По понятиям пустой кораблик должен развивать 20-30 км/ч. Но я не сомневаюсь, что при появлении на рынке противокарпового линкора, у него найдутся свои сторонники 😃 Он сможет гонять вдвое быстрее катамарана при отличной экономичности.
Но вернемся к теории. Кажется, я разобрался, почему оптимальным углом атаки считается угол 7-8 градусов. Внизу прикреплена табличка для винта 40х40. Зона лопасти разбивается на десять колец с шагом 10% радиуса. Первый столбец - скольжение, второй соответствует углу атаки в середине первого кольца, т.е. в точке, отстоящей на 5% длины лопасти от ступицы, второй -15%, …, одиннадцатый - 95%, двенадцатый - средневзвешенный угол атаки по длине лопасти.
Точка, в которой угол атаки равен средневзвешенному действительно плавает около 0,6 длины лопасти. При средневзвешенном значении угла атаки 8 градусов, угол атаки возле ступицы выходит за 12 градусов, т.е. превышает критический угол атаки. После этого винт начинает работать “нелинейно”. Соответственно, тяга на швартовых, рассчитанная по “импульсной” модели, получается больше фактической 😦 Придется разбираться с физикой и с поправками на срыв потока. По-хорошему, моделька должна корректно работать во всем диапазоне скольжений.

P.S. Михаил, простите за нескромный вопрос, в параллельной реальности MikleB - это Вы?

в параллельной реальности MikleB - это Вы

Да! По Вашей таблице ничего не понял, скольжение это параметр режима, а не винта. и еще учтите, что лопасть в корне (у ступицы) значительно толще, т.е. имеет место геометрическая крутка. И угол атаки принято принимать от хорды профиля, а не от 5% длины лопасти от ступицы (лучше бы нарисовать, хоть от руки, что имелось в виду)

устанавливаться герметичный разъем

А зачем разъем, два гибких провода от АКБ. и пара гибких проводов обратно для привода бункера. Как у ноутбука или телефона раскладушки. Секции лодки не отделяются они раскладываются.

Я искал информацию по гидродинамике плоской пластины, случайно наткнулся на Вашу тему на катерном форуме и примерно понял, что чувствовал Робинзон на необитаемом острове 😃
По раскладушке. В промежутках между сочинениями теорий я иногда инженерю 😃, поэтому достаточно хорошо представляю потенциальные проблемы конструкции проектируемого изделия. Парой проводов обойтись не получится. В передней части должны быть фары, габариты, возможно - эхолот и видеокамера. Все это требует питания и управления. В итоге получится порядка 20 точек коммутации. На поворотных скользящих контактах 30А к мотору не подведешь. Сложить такой кораблик можно по днищу, но там килеватость, руль и винт. Можно по палубе, но там бункера. Остается борт и торчащая наружу петля проводов либо силовой многоточечный разъем у второго борта. В итоге получается стыковочный узел космического корабля 😦 Это прототип можно легко сложить по условной палубе - он плоский сверху, как ноутбук и пустой внутри. И никаких проводов 😃
Теперь по винту. Поскольку основная цель - именно кораблик, по винтам я пока ориентируюсь на RABOESCH: toyhobby.ru/shop/catalog/product_info.php?cPath=21… Они доступны, лопасти у них плоские из листа, есть возможность выбора количества лопастей и у них более-менее достоверные характеристики по шагам. То есть, просматривается перспектива проверки теории практикой.
По скольжению я-бы сформулировал так: винт, подобранный для конкретной лодки считается оптимальным, если он может обеспечить скорость этой лодки 75-80% от теоретической, при этом максимумы КПД винта и двигателя должны совпадать. При этом режиме лопасть винта по всей длине работает на максимально возможных докритических углах атаки (длина лопасти идет вдоль радиуса винта).
Картинку винта привожу. Концентрические кольца - зоны разбивки. Углы атаки считались для середины каждой зоны.

По скольжению я-бы сформулировал так: винт, подобранный для конкретной лодки считается оптимальным, если он может обеспечить скорость этой лодки 75-80% от теоретической, при этом максимумы КПД винта и двигателя должны совпадать

Это задача не однозначна, таких винтов может быть много с разным отношением H/D. Что такое угол атаки середина зоны?

Естественно, что углы атаки будут зависеть от шагового отношения. В первой табличке шаговое отношение было равно 1 (диаметр 40мм и шаг 40мм).
В табличке внизу посчитан винт диаметром 40мм с шагом 60мм (шаговое отношение 1,5). Просто сравните циферки в крайней правой колонке и все станет на свои места.
Теперь по расчетным точкам. Радиус винта - 20мм, радиус ступицы 8 мм. Радиусы расчетных точек: 4.8мм, 6.4мм, 8мм, 9.6мм, 11.2мм, 12.8мм, 14.4мм, 16 мм, 17,6мм, 19,2,мм. Последняя зона (конец лопасти) ограничена окружностями радиусом 18.4мм и 20 мм. Значит средний радиус этой зоны равен (18.4+20)/2=19.2мм.

радиус ступицы 8 мм

“Нифига себе” ступица диаметром 16мм, где Вы такие винты видели? Уточнение терминов, углы атаки и углы закрутки, это разные углы? Таблицу подпишите столбики, для Вас колонки родное детище, а я задолбался искать названия в тексте.

Ошибся я 😦 Диаметр ступицы 8 мм, радиус - 4 мм, первая контрольная точка от ступицы - на радиусе 4,8 мм. Табличка мне не особо родная, просто пришлось вывести пачку промежуточных результатов расчета для общего понимания ситуации. И речь не идет об углах закрутки, а именно о локальных углах атаки. По табличке видно, что по мере увеличения скольжения, срыв потока начинается у ступицы и дальше распространяется на всю лопасть.
Немного поигрался с методикой расчета винтов Мичиганского Университета по Вашей старой ссылке на катерах. Все запустилось, но меня ждал сюрприз - когда лопасти спрофилированы, у винта присутствует остаточная тяга при нулевом скольжении. То есть, точки нулевого геометрического и нулевого гидродинамического скольжения могут отличаться на 5-15%. Такой-же эффект дает методика расчета Звездкиной, где зависимости получены статистической обработкой результатов экспериментов для серии отечественных винтов.
Второй сюрприз - расчетная тяга на швартовых по методике Звездкиной и по мичиганской методике получается в полтора раза меньше, чем по импульсной модели 😦 Зато сами результаты расчетов по обеим методикам для режима на швартовых бьются практически один в один. Так что стало чуть понятнее, куда двигаться дальше 😃