Ищу помощи по параметрическому моделированию винта и продувке в САПР

Мы используем кордную стеклоткань Т-25 , толщиной около 0,3мм в пакете и 320г/кв.м -сухая. Тонкую долго укладывать, много слоев надо.
Не понял почему хотите 4 лопасти? Неразъемный четырехлопастной винт 1,5м даже в легковую машину не влезет для перевозки. Двухлопасной проще, ну лопасти у него соответственно пошире будут. Соединять можно как угодно, т.к. всю прочность несет стеклоткань. Программка КПД считает. См. картинку для 1,5м, 2 лопасти, 50 км/час. кпд -0,574, хорда макс.-102мм.
Что-то я подумал, что пластик с 3Д принтера наверное тяжеловат все-таки будет.
А не лучше ли напечатать матрицу из двух половинок на принтере, отшкурить, отполировать ее и спокойно клеить в ней стеклопластиковые винты. Вариантов изготовления - много. Можно пустотелый двухлопастной винт под вакуумом полиэтиленовым мешком с выходом мешка через ступицу. Можно сделать еще одну матрицу для отливки пенопласта (двухкомпонентный ППУ) с заданной геометрией с учетом стеклоткани, затем обклеить пенопласт пропитанной смолой стеклотканью и сдавить двумя половинками основной матрицы. Получится- серийное изготовление винтов, т.к. часто бывают ломаются они об землю. Также переставные винты можно делать с покупкой втулок.

Посмотреть вложение 582870
Про 4 лопасти тут немного выше рассказывал:
Опыта в расчётах у меня нет, поэтому положился на показания PropSelector.
Исходный планируемый двигатель - 20 л.с.

Было два варианта пропеллеров:

1) Один двухлопастной на 20 л.с. Плюсы - проще изготовить. Минусы - ниже КПД, чем у второго варианта, а также высокая окружная скорость и больше центробежная нагрузка. Также минус - большой диаметр - можно сделать 160/175 и даже 180см, но это как-то слишком многовато, как по мне.
2) Два четырехлопастных винта (каждый по 10 л.с.) соосной схемы противоположного вращения. Минусы - сложный самодельный редуктор (аж подумать страшно!... в планах использовать для редуктора шестерни саттелитов дифференциала от Газели в напечатанном корпусе, притом корпус будет усилен металлическими вставками и оклеен стеклотканью). Ещё минус - чуток сложнее изготовление. Плюсы - КПД чуток выше (в прошлых комментариях я прилагал скрины - Propselector показывает КПД одного такого винта 66% против 60% у двухлопастного). Плюс пара-тройка процентов КПД появится за счет соосной схемы. Ещё плюс - меньше диаметр и меньше габариты готовой телеги. И ещё плюс - соосные винты компенсируют реактивный момент. Момент так-то можно парировать триммированием парапланерного крыла, но это опять таки дополнительные потери.
 
Ну-с, подводим итоги моих трёхдневных мучений:

Переход с первого сечения на ступицу я всё таки доделал. Увы, не идеально. И до идеала далеко. Устраивает ли меня это? Нет. Но, лучше, увы, сделать не получилось.
Параметризация худо-бедно работает - можно будет подкрутить и диаметр, и шаг, и профили отдельных сечений.

Увы, совсем гладкий переход сделать на получилось. Пришлось добавить 2 дополнительных сплайна:

1.JPG


Из-за этого получились некрасивые углы:

2.JPG

3.JPG


4.JPG


Возможно, получится это безобразие как-то сгладить. Да, совсем не идеально но, лучше, чем было у меня, когда я делал переход, заменив первый профиль на овал, который вытягивал "лофтом" в круг.

Плюс к этому возникла новая проблема - тело перехода отказалось объединяться с телом лопасти и ступицы - непонятно, почему. Но, так-то не беда - при печати можно будет перевести в полигональный формат и вручную сшить сетку.

Ещё один недостаток - пришлось заднюю кромку перехода делать не со скруглением, как все профили, а с плоской фаской - иначе поверхность не строилась почему-то. Видимо, я криворукий. Щель сзади между верхней и нижней половинкой профилей - 0,8мм. То есть высота "ступеньки" около 0,35мм. Тупо закроется стеклотканью потом, нестрашно так что. Вот так вылядит:

5.JPG



Ну и общий винт винта:

6.JPG


Текущие параметры таковы:
Диаметр 1500мм, шаг 90мм по всей длине лопасти.

Так что теперь одной проблемой меньше и остаётся только пересчитать винт под приемлемые параметры.
Кстати, вопрос на засыпку - какой профиль наиболее подходит под такой винт? Я длины хорд и толщину профилей взял напрямую из учебника с т.н. "английского винта. Но вот не знаю, как правильно делать: во-первых, надо сам профиль верный выбрать и, во-вторых, надо обеспечить достаточную толщину, чтобы была приемлемая прочность (напечатанный слишком тонкий кончик лопасти, как мне кажется, может отвалиться)

P.S. Четырехлопастный вариант (выборку втулки пока делал):


1.JPG


2.JPG
 
Если считаете по английскому винту, то все параметры (и профиль) берете от него. Тонкий кончик для стеклопластика не проблема.
 
Если считаете по английскому винту, то все параметры (и профиль) берете от него. Тонкий кончик для стеклопластика не проблема.
То есть, если я взял длины хорд и толщину профилей отсюда:

Снимок.JPG



то тогда их можно считать условно верными и останется только пересчитать шаг и обороты? Тут кто-то писал выше - обороты вроде как нужны 2600.
Хотя вот тут:
написано про про аналогичный винт. Обороты, я так понял, двигателя - 3600-3800. С редукцией 2/1 обороты винта будут около 1800-1900. Чуть выше, чем у меня, но всё равно не 2600.

P.S. На картинке из учебника размеры даны в процентах от диаметра.
 
Почему рассчитываю на 50 км/ч, а не статичную тягу?
Как я говорил раньше - по капельке выжимаю максимальную экономичность везде, где только можно. Обычным летунам важна именно статичная тяга, т.к. взлетают либо на лыжах со снега, либо на колесах с земляных или даже травяных полей. А мне важна именно экономичность в полёте. Да, дистанция взлета увеличится, да и взлетать придётся с асфальта - но это вообще не проблема.
В случае дельталётов и паратрайков, разницы не заметите - проектировать по статической тяге или на скорость 50 км/ч.
Пропеллер работает в зоне "затенения" , а точнее, заторможенного потока. Потому, что толкающий и расположен "в аэродинамической тени" от тележки.
Я обсчитывал готовый пропеллер, ( двухлопастной деревянный моноблок для 28 л.с. Ф1420 мм шаг 0,7 м ) на котором летал с максимальной скоростью 90+ км/ч. Получалось, что на той скорости, у него концевая часть работала на отрицательных углах атаки... Из этого, можно сделать заключение, что реальный угол атаки и скорость набегаюшего потока значительно отличаются от воздушной скорости ЛА данных типов.
 
1757672794707.jpeg

Это не безобразие. Реальное сечение будет более вытянутым по горизонту и приплюснутым. Острые углы скругляются при обработке.

Когда Вы получите удовлетворительный результат, то распечатайте пробник ступицы с ближними сечениями размера 1:5 увидите, как всё переходит от ступицы к профилю.
 
Это не безобразие. Реальное сечение будет более вытянутым по горизонту и приплюснутым. Острые углы скругляются при обработке.
Лучше сразу сделать скругления уголков малым радиусом на комлевом сечении - поверхность станет гладкой.
 
Лучше сразу сделать скругления уголков малым радиусом на комлевом сечении - поверхность станет гладкой.
Это уже в понедельник попробую сделать (моделирую на рабочем компьютере, ибо ПО отказывается работать на Win 7 что стоит у меня дома, да и рабочий компьютер помощнее).
Правда, надо будет как-то объединить ступицу, переход и в лопасть в одно целое тело. Сейчас лопасть и ступица сделаны одним телом, а переход вторым - почему-то отказываются объединяться. И вот уже после объединения можно будет попробовать сделать сглаживание.
 
Если уж параметризировать процесс создания модели винта в CAD программе, то я бы пошел таким путем (на примере Компас-3D):
1. Параметрический эскиз на котором задается форма лопасти в плане, расположение плоскостей с профилями, линия, относительно которой будет производиться крутка сечений (не обязательно).
2. Параметрические эскизы, задающие плоскость хорд (можно привязаться к шагу, можно нелинейную крутку замутить).
3. Выдавливаем несколько плоскостей, по контурам заданным ранее, и получаем линию пересечения этих плоскостей - пространственный сплайн передней и задней кромки на котором присутствуют точки пересечения с плоскостями сечений профилей.
4. Подготавливаем один или несколько файлов с параметрически заданным профилем лопасти, построенным по координатам, с привязкой к длине хорды и относительной толщине.
5. Вставляем этот (эти) файл(ы) в первоначальный файл с контурами кромок с привязкой к передней и задней кромке (расстояние между точками пересечения плоскостей профилей с контуром передней и задней кромки берется автоматически если параметрически их связать).
6. Строим поверхности - верхняя, нижняя, передняя и задняя кромки.
7. Параметрически заданная ступица.
8. Обрезка лишнего и сшивка.
Вуаля.
Для полной красоты добавить углы притекания в каждом сечении - но это уже другая песня.
 
Если уж параметризировать процесс создания модели винта в CAD программе, то я бы пошел таким путем (на примере Компас-3D):
1. Параметрический эскиз на котором задается форма лопасти в плане, расположение плоскостей с профилями, линия, относительно которой будет производиться крутка сечений (не обязательно).
2. Параметрические эскизы, задающие плоскость хорд (можно привязаться к шагу, можно нелинейную крутку замутить).
3. Выдавливаем несколько плоскостей, по контурам заданным ранее, и получаем линию пересечения этих плоскостей - пространственный сплайн передней и задней кромки на котором присутствуют точки пересечения с плоскостями сечений профилей.
4. Подготавливаем один или несколько файлов с параметрически заданным профилем лопасти, построенным по координатам, с привязкой к длине хорды и относительной толщине.
5. Вставляем этот (эти) файл(ы) в первоначальный файл с контурами кромок с привязкой к передней и задней кромке (расстояние между точками пересечения плоскостей профилей с контуром передней и задней кромки берется автоматически если параметрически их связать).
6. Строим поверхности - верхняя, нижняя, передняя и задняя кромки.
7. Параметрически заданная ступица.
8. Обрезка лишнего и сшивка.
Вуаля.
Для полной красоты добавить углы притекания в каждом сечении - но это уже другая песня.
Увы, идеально не сделать (при моём опыте моделирования). Вообще, исходник модели выложил в открытый доступ какой-то англоговорящий товарищ, за что я ему безмерно благодарен, ибо до этого пытался делать винты в OpenScad и это тот ещё ужас.
Этот исходник был в имперской системе измерений - пришлось переводить в метрическую.
Также там было всего 5 сечений для построения лопасти - я добавил ещё две.

По поводу Ваших идей:

1) Форма лопасти на виде сверху осуществляется перемещением каждого профиля взад и вперед. Правда, есть один недостаток - профили перемещаются не по глобальным осям, а взад-вперед относительно хорды. А так как хорда у нас под углом к плоскости вращения винта, то чтобы передвинуть профиль взад и или вперед по глобальным осям, приходится двигать профиль относительно хорды не только взад и вперед, но ещё и вверх/вниз.

2) Первоначально все профили вычисляют свои установочные углы исходя из заданного глобального шага. После этого в отдельных строках можно для каждого профиля ввести поправку для шага. Допустим, я задал глобальный шаг 900мм, а потом для первого профиля (ближнего к центру) ввести поправку -300мм, чтобы там шаг стал 600мм.

3) Так как передний верхний сегмент и передний нижний сегмент профиля задаются двумя отдельными параметрическими кривыми, то в месте соединения присутствует точка. За эту точку можно прицепиться и провести сплайн через все 7 профилей. Один сплайн передней кромки и два задних. Почему два? А потому что задние верхний и нижний профили не соединяются в точку, а имеют щель, которая закрывается скругляющим сплайном по касательной. Возможно, в будущем смогу это переделать.

4) Длины хорд задаются для каждого профиля отдельно. Плюс к этому каждый профиль параметризирован по системе NACA из 4-х цифр, которые как раз таки и привязываются к длине хорды.

5) Ну, этот пункт отпадает, т.к. у нас уже есть параметризированные профили.

6) Вот поверхность у меня отказывалась строиться - это да, печально. Видимо, я что-то делаю не так...

7) Ступица тоже параметризирована - диаметр, высота. Диаметр центрального отверстия. Плюс параметры для отверстий винтов - количество, диаметр отверстий, а также диаметр окружности, где располагают эти отверстия.

8) Обрезка лишнего тоже была но я её сломал... Печальбеда.

Вуаля будет, если попробовать всё переделать с нуля. Возможно, займусь этим на досуге - в конце концов, двигатель-то у меня ещё не куплен. Так что можно моделить, пока коплю деньги.

А что такое углы притекания?
 
Как я получаю твердотельную модель лопасти для несущего винта.

1. После проектирования лопасти в моей программе, то есть определения хорд, относительных толщин, углов установки в 10 сечениях лопасти и выборе самого профиля, в примитивнейшей программе 3D MAX строю сплайн профиля в корневой части лопасти.
2. Выдавливаю этот сплайн до нужной длины лопасти.
3. Заключаю выдавленную прямую как доску лопасть в контейнер.
4. Изменяю размеры границ контейнера так, чтоб лопасть имела то нужное по расчету сужение и изменение относительной толщины вдоль лопасти.
5. Заключаю эту уже обуженную лопасть во второй контейнер и закручиваю его по тому закону крутки, который был получен как наиболее подходящий в той моей программе по расчету воздушного и несущего винта.
Можно эту операцию пропустить закрутив тот первоначальный контейнер по принятому в расчете закону, но с двумя контейнерами проще.

Усё, получена твердотельная модель пригодная для обработки на ЧПУ станке.
 
Последнее редактирование:
Как я получаю твердотельную модель лопасти для несущего винта.

1. После проектирования лопасти в моей программе, то есть определения хорд, относительных толщин, углов установки в 10 сечениях лопасти и выборе самого профиля, в примитивнейшей программе 3D MAX строю сплайн профиля в корневой части лопасти.
2. Выдавливаю этот сплайн до нужной длины лопасти.
3. Заключаю выдавленную прямую как доску лопасть в контейнер.
4. Изменяю размеры границ контейнера так, чтоб лопасть имела то нужное по расчету сужение и изменение относительной толщины вдоль лопасти.
5. Заключаю эту уже обуженную лопасть во второй контейнер и закручиваю его по тому закону крутки, который был получен как наиболее подходящий в той моей программе по расчету воздушного и несущего винта.
Можно эту операцию пропустить закрутив тот первоначальный контейнер по принятому в расчете закону, но с двумя контейнерами проще.

Усё, получена твердотельная модель пригодная для обработки на ЧПУ станке.
Спасибо за ещё одну идею.
Хотел вот, что спросить: А если делаете винт на ЧПУ, то убираете ли с 3D модели слой под толщину слоя будущей стеклоткани? Или без правок фрезеруете и оклеиваете поверх, добавляя таким образом лишней толщины?
 
Хотел вот, что спросить: А если делаете винт на ЧПУ, то убираете ли с 3D модели слой под толщину слоя будущей стеклоткани?
Если надо обклеивать лопасть чем то, то, естественно, вычитается тот слой.
Это надо вначале закладывать при построении твердотельной лопасти.
Но с обклейкой лопасти намучаетесь.
Когда будете доводить поверхность, то повредите стеклоткань. Потом надо будет как то закрепить (упрочнить) слегка "лохматую"
поверхность и еще раз прошкурить и загладить чем то.
Всякая "хрень" прислюнявленная к полимеризованному стеклопластику будет иметь не ахти какую прочность адгезии к поверхности.

Проще сделать разъемную матрицу и там раздуть корку лопасти.
Сразу получите гладкую поверхность лопасти и точную.
Поищите в своем городе тех, кто работает на фрезерно-гравировальном ЧПУ станке.
Это или рекламные конторки или те, кто "стругает" фигурные двери.

Я таких матриц кучу наделал одной конторе для БПЛА от 40 сантиметровых до 1,8 метровых.
Так что Вам помогут местные умельцы.
 
4) Длины хорд задаются для каждого профиля отдельно. Плюс к этому каждый профиль параметризирован по системе NACA из 4-х цифр, которые как раз таки и привязываются к длине хорды.

А что такое углы притекания?
Длина хорды привязана к контуру передней и задней кромки - переметрически. Профиль может быть и не NACA. Профиль, который вы пытаетесь применить создавался в начале прошлого века, уже пора что-то менять. Верхняя и нижняя дужка должны соединяться по задней кромке радиусной кривой, а в носке кривой, вырезанной из дужек профиля, так, чтобы в итоге было 4 кривых, формирующих профиль. Это поможет получить плавные поверхности лопасти и при "баловстве" с крутками (шагом).
Если почитаете литературу по теории винтов, то оттуда и узнаете - что такое углы притекания. И, возможно, поймете зачем нелинейная крутка.
Если надо обклеивать лопасть чем то, то, естественно, вычитается тот слой.
И осторожнее с советами от Анатолия, он еще "тот-то" советчик и писатель опусов.
 
И осторожнее с советами от Анатолия, он еще "тот-то" советчик и писатель опусов.
Что Вы советуете?
Верхняя и нижняя дужка должны соединяться по задней кромке радиусной кривой, а в носке кривой, вырезанной из дужек профиля, так, чтобы в итоге было 4 кривых, формирующих профиль.
Возьмите несколько поверхностей (четыре вместо пяти), сшейте эти три поверхности, а затем превратите в твердое тело.
Хорошенький совет строить четыре отдельные поверхности бегая вокруг них с бубном сшивая их между собой.

А я предлагаю построить только один неразрывный сплайн и далее из него единственного просто построить лопасть с любой формой обвода лопасти любой относительной толщиной и с любой круткой без всяких там сшиваний четырех поверхностей.

Или, ну очень дельный совет:
Профиль может быть и не NACA. Профиль, который вы пытаетесь применить создавался в начале прошлого века, уже пора что-то менять.
А посоветовать что то конкретное вместо прошловекового профиля не сподобились?


Вы считаете, что эти Ваши советы особо ценны и прислушиваться надо именно к Вашим советам?
 
И осторожнее с советами от Анатолия, он еще "тот-то" советчик и писатель опусов.
Вы свой главный в жизни опус уже написали.
Ваш опус называется "Как спроектировать нелетающий в принципе вертолет Афалина".
Второй Ваш опус готовится выйти в свет под названием "Как скопировать прошловековой вертолет Фурия и назвать его Партизан"

Вот цена Вас как конструктора и советчика.
 
Если надо обклеивать лопасть чем то, то, естественно, вычитается тот слой.
Это надо вначале закладывать при построении твердотельной лопасти.
Но с обклейкой лопасти намучаетесь.
Когда будете доводить поверхность, то повредите стеклоткань. Потом надо будет как то закрепить (упрочнить) слегка "лохматую"
поверхность и еще раз прошкурить и загладить чем то.
Всякая "хрень" прислюнявленная к полимеризованному стеклопластику будет иметь не ахти какую прочность адгезии к поверхности.

Проще сделать разъемную матрицу и там раздуть корку лопасти.
Сразу получите гладкую поверхность лопасти и точную.
Поищите в своем городе тех, кто работает на фрезерно-гравировальном ЧПУ станке.
Это или рекламные конторки или те, кто "стругает" фигурные двери.

Я таких матриц кучу наделал одной конторе для БПЛА от 40 сантиметровых до 1,8 метровых.
Так что Вам помогут местные умельцы.
Ну я изначально и предполагал, что надо будет на модели вычесть этот самый слой на оклейку. Правда, при таком подходе появляется одна особенность - на модели кончик лопасти должен иметь запас толщины, чтобы при снятии слоя не потерять всю толщину и не превратиться в "ноль", тогда лопасть-то укоротится и стеклоткань будет не на что наклеивать. Да и оставшаяся толщина должна иметь достаточную прочность, чтобы не деформироваться при оклейке стеклотканью.
Да, читал, что оклеивать всё нужно за один заход, пока эпоксидка не схватилась, иначе если приклеить что-то эпоксидкой на уже застывшую эпоксидку, то прочность будет так себе.

Увы, традиционный метод изготовления мне недоступен - нет формы, нет компрессора, полиэтиленовых рукавов тоже нет.

С фрезером всё печально - он у нас есть на работе, но вот доступа у меня к нему нет. А так можно было бы тупо отфрезеровать винт из доски и оклеить.
 
Длина хорды привязана к контуру передней и задней кромки - переметрически. Профиль может быть и не NACA. Профиль, который вы пытаетесь применить создавался в начале прошлого века, уже пора что-то менять. Верхняя и нижняя дужка должны соединяться по задней кромке радиусной кривой, а в носке кривой, вырезанной из дужек профиля, так, чтобы в итоге было 4 кривых, формирующих профиль. Это поможет получить плавные поверхности лопасти и при "баловстве" с крутками (шагом).
Если почитаете литературу по теории винтов, то оттуда и узнаете - что такое углы притекания. И, возможно, поймете зачем нелинейная крутка.

И осторожнее с советами от Анатолия, он еще "тот-то" советчик и писатель опусов.
Вот с профилями, да - печальбеда. Даже не знаю, какие лучше использовать - либо Klark-Y, либо Raf-6, либо что-то выпукло-вогнутое.

А почему длина хорды должна привязываться к передней и задней кромке? Я думал, что логичнее сделать наоборот - прописать длину хорд и уже по ним строить кромки.
 
Что Вы советуете?

Возьмите несколько поверхностей (четыре вместо пяти), сшейте эти три поверхности, а затем превратите в твердое тело.
Хорошенький совет строить четыре отдельные поверхности бегая вокруг них с бубном сшивая их между собой.

А я предлагаю построить только один неразрывный сплайн и далее из него единственного просто построить лопасть с любой формой обвода лопасти любой относительной толщиной и с любой круткой без всяких там сшиваний четырех поверхностей.

Или, ну очень дельный совет:

А посоветовать что то конкретное вместо прошловекового профиля не сподобились?


Вы считаете, что эти Ваши советы особо ценны и прислушиваться надо именно к Вашим советам?
Как я выше писал - у меня Autodesk Inventor почему-то отказался строить одну цельную поверхность по двум кромкам и семи половинкам сечений. Либо особенность программы, либо я накосячил, либо же в геометрии что-то неправильно сделано. В понедельник ещё разок гляну - вдруг что-то смогу исправить. Потому что хотелось бы сделать идеальную параметризированную модель пропеллера, а не довольствоваться посредственным результатом и каждый раз "лечить" модель, если на ней поменяются параметры (шаг, диаметр и т.д.)
 
Назад
Вверх