Помогите рассчитать подъёмную силу винта

S

slavka33bis

Да, его. Утопично?
В каком это смысле "утопично"?

Во-первых, такой вентилятор впринципе для создания тяги непреднозначен.
Он нужен только для " дунуть воздухом".

А во-вторых, как Вы собирались этот вентилятор компановать в квадрокоптере и при чем тут озвученные Вами пять метров????
 

Nininet

Проектирую трилёт!
Откуда
Саратов
Да, его. Утопично?
В каком это смысле "утопично"?

Во-первых, такой вентилятор впринципе для создания тяги непреднозначен.
Он нужен только для " дунуть воздухом".

А во-вторых, как Вы собирались этот вентилятор компановать в квадрокоптере и при чем тут озвученные Вами пять метров????
Сначала пытаюсь понять возможность создания необходимой тяги. Компоновать как и обычные винты.
Для простоты расчета взял диаметр винта 6 м.
По диаграмме 6м, 500кг тяги, 120л.с. Все ок, кроме габаритов-- мне нужно влезть в 3х5м.
Начал ходить от ометаемой площади:
6м обычного винта = 28м2
Затем поставил лопасть в тангенциальный вентилятор длиной 6м, диаметром 1, 5м.
Получил ометаемую площадь 28м2.
Одинаково - совпадает, отлично...
Мне нужно 4 винта, и не вылазить за габариты. Я делю винты на 4 и вычисляю ометаемую площадь:
Обычный:               6/4=1.5 (1.76м2) итого: 7м2
Тангенциальный:   6/4=1.5 (7м2) итого:     28м2 !!!!!!!!
Логика присутствует, истина где-то рядом...
Я не понимаю принципа работы тангенциального вентилятора, но в теории можно получить нужную тягу.
 

Anatoliy.

Верной дорогой идете товарищи!!!
Откуда
Севастополь
Затем поставил лопасть в тангенциальный вентилятор длиной 6м, диаметром 1, 5м.
Получил ометаемую площадь 28м2.
Смысл в ометаемой площади состоит в том, что это есть поперечное сечение отбрасываемой струи воздуха.
Далее умножаем это поперечное сечение на скорость отбрасывания струи воздуха и получаем секундный объем отбрасывания воздуха.
Затем этот объем умножаем на плотность воздуха не забывая о его температуре и давлении (высоте полета) и получаем секундную массу отбрасываемого воздуха.
А потом, вспоминая многими ненавистного Ньютона, умножаем эту секундную отбрасываемую массу воздуха на скорость отбрасывания того же воздуха и получаем тягу измеряемую в Ньютонах.
Так что Ваша "карусель" с тангенциальным вентилятором никак не вписывается в законы создания подъемной силы.

И еще одно замечание.
При расчете тяги винта не важно с какой площади собирается воздух, а важно значение поперечного сечения отбрасываемой струи воздуха.

Можете поверить, что наилучшим создателем подъемной силы является простой воздушный винт.
И чем больше его диаметр, тем больше его удельная тяга.
Ни одно устройство не смогло превзойти этот простой воздушный винт по удельной тяги как в прошлом, как в настоящем, так и в будущем не превзойдет.
Все попытки уменьшить ометаемую площадь приводят к повышению потребной мощности.
В тех случаях где не важна эта мощность и перерасход горючего, конструктора могут себе позволить уменьшить ту самую ометаемую площадь.
 

Nininet

Проектирую трилёт!
Откуда
Саратов
Anatoliy, спасибо.
"Так что Ваша "карусель" с тангенциальным вентилятором никак не вписывается в законы создания подъемной силы" - вписывается и это факт http://www.youtube.com/watch?v=Yw2KlU6GlQk
По видео заметна мощная тяга вверх-вперед, а не только вперед.
А вот как просчитать... это вопрос, т.к. поперечное сечения отбрасываемой струи воздуха в этой конструкции не понятно, не понятно как и в каком количестве, и с какими потерями отбрасывается.

У меня и есть проблема маленьких винтов и непомерной мощности (500л/с на 500кг).
 

Anatoliy.

Верной дорогой идете товарищи!!!
Откуда
Севастополь
"Так что Ваша "карусель" с тангенциальным вентилятором никак не вписывается в законы создания подъемной силы" - вписывается и это факт http://www.youtube.com/watch?v=Yw2KlU6GlQk
Как принято у авиадвигателистов - летает сам двигатель, а все остальное ему мешает.

Когда Вы приводите всякие курьезы в авиамоделизме, неплохо бы было приводить параметры "достижений".
Типа: удельная мощность предлагаемого недоразумения и удельная мощность классической модели при том же весе и скорости полета.
Кто же спорит, что прицепив двигатель в два, три или более мощнее не сможет взлететь  простое полено?
Все зависит от поставленной задачи.
Если надо лететь пару километров и не более 5 минут, то можно сварганить любую чуду-юду.

Совет Вам как конструктору.
Всегда оперируйте с конкретными цифрами, а не так как Вы это делаете:
По видео заметна мощная тяга вверх-вперед, а не только вперед.
А вот как просчитать... это вопрос, т.к. поперечное сечения отбрасываемой струи воздуха в этой конструкции не понятно, не понятно как и в каком количестве, и с какими потерями отбрасывается.
Если Вам все же удастся одолеть секреты расчета подъемной силы лопастей, то Вы с горечью обнаружите, что кучка маленьких воздушных винтов с суммарной площадью равной площади проекции той газонокосилки будет иметь суммарную подъемную силу заметно большую.
Так что не питайте особых иллюзий по поводу тангенциальных вентиляторов.
 
S

slavka33bis

- вписывается и это факт http://www.youtube.com/watch?v=Yw2KlU6GlQk
.
А не могли бы Вы набросать приблизительный эскиз квадрокоптера с такими вентиляторами???

Желательно, что бы пропорции были приблизительно соблюдены.

Вас интересует длянна аппарата 5...6 метров?
А ширина 4...5 метров???

Ну и накого диаметра должны быть эти вентиляторы???

Даже если этот вентилятор будет иметь диаметр 2 метра, сколько же этот вентилятор будет весить ???

Вы представляете ???

А ведь этим лопаткам, учитывая скорость их вращения, необходимо обеспечить достаточную жесткость и прочность.
Это увеличение веса.

А ведь это чудо должно уметь ещё и висеть на месте!!!

Как же обеспечить поворот струи именно вниз???
Видимо, какими-то пластинами, похожими на те, которые есть у того самолетика!!!

Это тоже дополнительный вес...
Жуть...

Вобщем, снежный ком, который поднять в воздух будет ох какзатратно.
 
S

slavka33bis

И на фоне вех этих вращающихся четырех каруселей обычный и простенький двухлопастный воздушный винт по сравнению с одной из этих четырех каруселей в итоге будет весить как минимум раз в двадцать меньше.

А выглядеть на три порядка проще.
 

Nininet

Проектирую трилёт!
Откуда
Саратов
Согласен с Вами. Плюс полезное действие лопасть совершает только огибая 50% части цилиндра. Для моего аппарата утопичный вариант.
Появилась мысль "согнуть" обычный винт. Т.е. при вращении получается полусфера выталкивающая воздух вниз, ометаемая поверхность больше. По расчетам взлететь должен, при 170л.с.
 

Anatoliy.

Верной дорогой идете товарищи!!!
Откуда
Севастополь
Появилась мысль "согнуть" обычный винт. Т.е. при вращении получается полусфера выталкивающая воздух вниз, ометаемая поверхность больше.   
У Вас есть однодумец.
Он силится протолкнуть свой коммулятивный винт.

Еще раз повторюсь.
При создании тяги совершенно не важно с какой площади "сгребается" воздух, а важна поперечная площадь отбрасываемой струи воздуха.

У простого воздушного винта поперечная площадь отбрасываемой струи равна ометаемой поверхности. И это является самым оптимумом.

Лучшего не придумать.

По расчетам взлететь должен, при 170л.с. 
Простите, по каким таким расчетам?

Как бы Вы не пытались изогнуть лопасти, а поперечная площадь отбрасываемой струи будет одной и той же.
 

Nininet

Проектирую трилёт!
Откуда
Саратов
В данном случае рискну не согласиться и сделать модель. Я воспринимаю винт "ввинчивающимся в воздух", а отбрасываемый воздух побочным полезным действием. Первичное полезное действие лопасть совершает в момент преодоления сопротивление, на определенном расстоянии, а после ей безразлично, что она "отбросила".
Представьте винт(болт) вертикально. Накрутите на него гайку на н-ное количество оборотов. Отпилите винт под гайкой. Что изменилось для гайки?
Площадь отбрасываемой струи воздуха важна, но важен и поток воздуха. В моем случае поток воздуха = сгребаемому площадью винта.
 

Anatoliy.

Верной дорогой идете товарищи!!!
Откуда
Севастополь
В данном случае рискну не согласиться и сделать модель. Я воспринимаю винт "ввинчивающимся в воздух", а отбрасываемый воздух побочным полезным действием.
Даже если бы воздух был совершенно жестким и неподвижным ("приколоченный" к поверхности земли), то тот "ввинчивающийся" воздушный винт будет, хотите ли Вы или не хотите, отбрасывать весь воздух планеты Земля и саму Землю.

Но поскольку воздух слишком подвижен и на него нельзя опереться, то остается один единственный метод создания силы тяги за счет реактивного движения.
То есть, отбрасывание воздушных масс является единственной первопричиной возникновения силы тяги воздушного винта.

... а после ей безразлично, что она "отбросила".
Представьте винт(болт) вертикально. Накрутите на него гайку на н-ное количество оборотов. Отпилите винт под гайкой. Что изменилось для гайки?
Вот в чем Ваша кардинальная ошибка.
В тот самый момент, когда Вы накручивали гайку на болт происходило то самое отбрасывание болта вместе с опорой (Ваши руки) и вместе с этими частями демонстрационной установки происходило отбрасывание планеты Земля в которую упиралась платформа опоры (Ваши ножки).
Поэтому в тот момент, когда Вы только остановили накручивание гайки на болт закончилось то отбрасывание масс.
Так что пилить остаток болта нет никакой необходимости.
Всё уже произошло до того.

Площадь отбрасываемой струи воздуха важна, но важен и поток воздуха. В моем случае поток воздуха = сгребаемому площадью винта. 
На сколько я понял, Вас волнует неразумно большая мощность требуемая для создания подъемной силы устройством имеющим малые геометрические размеры (ширина, длина).
Так вот сила тяги некого устройства производящее эту силу тяги (не важно как оно сконструировано, как выглядит и как называется)  равна произведению секундной массы того, что отбрасывается на скорость этого отбрасывания.
Других законов физики не открыто до сих пор.
Сама мощность потребная для отброса этих самых масс материи вычисляется так же просто.
Надо перемножить силу тяги на скорость той отбрасываемой массы вещества.
Зная эти два нехитрых закона физики из программы средней школы все конструктора трудятся над проблемой сокращения потерь, стараясь приблизиться к вожделенным 100 %.
Но как учит жизнь достичь 100 % КПД никому не дано.
И степень уникальности конструктора зависит на сколько ближе он может приблизиться к этой неприступной величине.
 
G

gimcrack

В данном случае рискну не согласиться и сделать модель. Я воспринимаю винт "ввинчивающимся в воздух", а отбрасываемый воздух побочным полезным действием. Первичное полезное действие лопасть совершает в момент преодоления сопротивление, на определенном расстоянии, а после ей безразлично, что она "отбросила".
Представьте винт(болт) вертикально. Накрутите на него гайку на н-ное количество оборотов. Отпилите винт под гайкой. Что изменилось для гайки?
Площадь отбрасываемой струи воздуха важна, но важен и поток воздуха. В моем случае поток воздуха = сгребаемому площадью винта.
Как бы я не относился к Толику, ( Anatoliy.) лично, в смысле политических разногласий, нужно сказать, ОН прав!!!
И сравнивать теорию протекания воздуха через НВ, с гайкой и болтом, как минимум некорректно...
Поэтому сначала читаем книгу, онлайн, которую я сегодня специально разместил.
http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1385839029/466#466
Ответ #466.
Прямая ссылка: http://twistairclub.narod.ru/johnson/index.htm
Потом, осознав и покаявшись, спрашиаем дальше.  :)
 
S

slavka33bis

В данном случае рискну не согласиться .
Ну и зря.

Воздушный винт, плоскость вращения которого представляет из себя не плоскость, а конус или часть сферы является частично нагнетателем воздуха.

Это так, к слову.

А вообще, воздух отбрасываемый каким-то отдельным элементом лопасти винта отходит от этого элемента строго перпендикулярно.

Это значит, что этот элемент лопасти отбрасывает воздух не строго паралельно оси вращения винта, а в направлении слегка наклоненном в сторону этой оси.

Вот.

И значит все элементарные вектора, образовывающиеся каждый на своём относительном радиусе будут образовывать не цилиндры, а остроконечные конусы.

В общем, на эту муть обращать внимания не стоит.

В расчёт необходимо брать только проекцию элементарного вектора на ось вращения.

Чем больше будет угол отклонения лопасти от перпендикуляра к оси вращения винта, тем меньше будет проекция вектора тяги от этой лопасти.

И теперь попробуйте сравнить конструкцию простенького двухлопастного винта
с винтом, у которого лопасти зАгнуты.

Центробежная сила при вращении такого винта обязательно будет эти лопасти выгибать.

Это значит, что придется эту лопасть делать гораздо более прочной, а значит более тяжёлой.
При том, что тяга (при прочих равных) получится примерно одинаковой.

А если винт тяжелее, но имеет тот же диаметр и ту же скорость вращения, то гироскопические моменты при попытке изменить положение в пространстве оси его вращения
будут гарантированно выше.
Это протребует сделать конструкцию ЛА ещё более прочной и более жёсткой.

И кому это надо?????????????
 

Nininet

Проектирую трилёт!
Откуда
Саратов
Анатолий, подскажите пожалуйста по винту 1,5 метра:
В программе достиг максимума в тяге 60кг, на 20л.с мощности. Все дальнейшие манипуляции результатов не приносят (угол атаки, обороты...) т.к. скорость набора высоты уходит в минус.
Это нормально? Т.е. больше из него не вытянуть увеличивая мощность?
 

Вложения

В программе достиг максимума в тяге 60кг, на 20л.с мощности
Мой Вам совет - если хотите летать физически, а не виртуально, обратитесь лучше к производителям воздушных винтов. Они Вам подробно расскажут и про тягу, и про мощность, и про количество лопастей. 
Смотрю в вашем скане программы фигурирует цифра "Re" всего 1х10[sup]6[/sup]. Это Re считает только треть лопасти от корня, в остальной части программа будет лгать непомерно. В моей программе до угла альфа 20* тоже есть любые профиля с точными значениями, а что касается
Anatoliy. сказал(а):
но для совершенно неподходящего числа Re = 440000
это только для корневых участков отстающих лопастей, где "Re" такое собственно и есть. Анатолий, как-то избирательно меня цитировал.  ::) Дай бог ему силы для скорейшей постройки "Эвереста".  :)

Кстати, Анатолий действительно вывел меня на чистую воду, сказав, что я программу не дописал. Так оно и есть. Будучи недавно в двухмесячной командировке, от нечего делать, я и так выяснил непонятные мне вопросы по взлету автожира с изменяемым шагом лопастей (не путать с прыжком), именно для выяснения этих вопросов и писалась изначально программа. Ну и как бы, дальнейшее создание программы потеряло смысл.
Что касается несущего винта, то здесь вообще все просто. Есть куча летающих вертолетов в качестве точки отсчета. Простые арифметические подсчеты и + (-)  10% в ваших руках. Не ошибетесь.
 

Anatoliy.

Верной дорогой идете товарищи!!!
Откуда
Севастополь
Анатолий, подскажите пожалуйста по винту 1,5 метра:
В программе достиг максимума в тяге 60кг, на 20л.с мощности. Все дальнейшие манипуляции результатов не приносят (угол атаки, обороты...) т.к. скорость набора высоты уходит в минус.
Это нормально? Т.е. больше из него не вытянуть увеличивая мощность?

Конечно, к винту можно приложить и большую мощность, но удельная тяга будет падать.
Скорее всего вы нашли оптимальный вариант.

У меня маршевый винт диаметром 1,4 метра и при работе "на месте" примерно такие же параметры.

Но я при поиске оптимального варианта очень пристально слежу за результатом в ячейке с удельной тягой.
Это основной индикатор оптимальности воздушного винта.
И если воздушный винт диаметром 1,5 метра при работе "на месте" имеет удельную тягу порядка 3, то на скорости эта удельная тяга сильно падает и обойти эту проблему не удается.

Вот посмотрите на мой маршевый винт на скорости 350 км/час.
Удельная тяга всего осталась 0,446 кг/л.с.

[highlight]Удалил ошибку.[/highlight]
 

Вложения

Anatoliy.

Верной дорогой идете товарищи!!!
Откуда
Севастополь
это только для корневых участков отстающих лопастей, где "Re" такое собственно и есть. Анатолий, как-то избирательно меня цитировал.Круглые глаза Дай бог ему силы для скорейшей постройки "Эвереста". 
Влияние числа Re на параметры профиля вроде бы имеются, но применительно к воздушным винтам это влияние не такое уж фатальное.
Все дело в суммарном сопротивлении вращению лопасти.
Оно очень сильно зависит от угла обдува и в разы и даже в десятки раз превышает то профильное сопротивление, которое обычно видят на характеристиках профилей.

Так что разница в конечных величинах будет исчезающе малой и значительно меньшей по сравнению с точностью расчета.

Но если кому это принципиально, то тот может ввести в программу другие данные.
Могу объяснить как это проделать.

Вот для примера привожу семейство поляр для профиля NACA 23012   для чисел  Re  от 1*10[sup]6[/sup]   до 5*10[sup]6[/sup].

Кстати, Анатолий действительно вывел меня на чистую воду, сказав, что я программу не дописал. Так оно и есть.
Да бог с ним, с этим "выведением".
Забыли.
Предлагаю мир и сотрудничество.
 

Вложения

Оно очень сильно зависит от угла обдува и в разы и даже в десятки раз превышает то профильное сопротивление, которое обычно видят на характеристиках профилей.
Ну а как же иначе! Вот как раз программа и нужна, чтобы наложить проекции вектора Сх на плоскость вращения в зависимости от условий обдувки. А исходные данные то все равно остаются табличными, и именно они играют главнейшую скрипку.

Предлагаю мир и сотрудничество.
На всякий случай отказываться не буду. Но в настоящий момент потребности в теориях не испытываю. Спасибо.
 

Anatoliy.

Верной дорогой идете товарищи!!!
Откуда
Севастополь
Ну а как же иначе! Вот как раз программа и нужна, чтобы наложить проекции вектора Сх на плоскость вращения в зависимости от условий обдувки. А исходные данные то все равно остаются табличными, и именно они играют главнейшую скрипку. 
При расчете воздушного винта надо накладывать проекцию не Сх на плоскость вращения винта, а надо проецировать вектор полной аэродинамической силы на плоскость вращения, что бы вычислить силу сопротивления вращения, а так же проецировать тот вектор на ось вращения, что бы вычислить силу тяги.

А поступать как Вы предложили не правильно, так как проекция силы сопрпотивления на плоскость вращения будет всегда меньше самой силы сопротивления лопасти вдоль направления обдува лопасти.

Привожу ниже рисунок обо всех векторах на лопасти воздушного винта.
 

Вложения

Все верно, это я неправильно выразился. Не потрудился представить в голове эту схему, поэтому и попутал. Именно такой схемой расчетов и я пользуюсь уже давно.  :)
 
Вверх