Диалоги об пневмореактивном приводе НВ с газоген. в виде ДВС

[Владимир Александрович]

Вопрос в нахождении баланса. Нет?

        Какой-то минимальный компромисс расчетным путем можно подобрать всегда. Но это будет еще большее ухудшение и так неважного варианта. Ведь реактивный привод НВ по своей природе в два раза менее эффективен, чем механический привод. Трудно оправдать движение в сторону еще меньшей эффективности.

И эжектор, в моём предложении, должен находиться там же - на выпуске ДВС, в идеале сразу на выхлопном патрубке цилиндра/цилиндров

         Это схема выхлопной системы до импульсной турбины дизеля трактора "Кировец". Только там турбина крутит крыльчатку для наддува цилиндров, а вы хотите от крыльчатки подавать воздух в лопасти. Правильно я понял?

Опять же, форсажную камеру предполагается устроить СРАЗУ за крылчаткой "турбоотдува", а уже готовый сгоревший газ подавать в магистраль. 

        Любое дожигание топлива после ДВС будет с низким термическим КПД по причине, указанной мной выше.

Давление газов/воздуха на выходе того же МТ-8(Х-1) достигает ~0,7 МПа и температурв у них - 1100 гр. Цельсия (я так понимаю эти значения для максимальных оборотов ДВС), после турбины будет поменьше, конечно, но можно "дуть и палить" до турбины, только придётся устраивать ещё камеру смешения, чтоб колесо не спалить, и т.д. 

          На самом деле указаны параметры начала выпуска в выхлопном тракте МТ-8. Дальше волна давления и температуры снижается и в очень длинном канале установились бы средние значения параметров. Не только турбины, но камеры сгорания в импульсном режиме работают плохо с более низким КПД, чем в случае стационарного потока.

Ну это можно подсчитать, для взлётного режима понадобится не сильно много 

      Если только для взлетного режима - задача имеет практическое решение.

 

[Anatoliy]

Уменьшение хорды имеет некий предел, т.е. на "пучке прутиков" полетать не получится. В идеале ессно, всё обстоит так, как Вы описываете, на практике имеем некий компромисс.

Учитесь у корифея пневмопривода лопастей.
Только восемь лопастей.
Это подтверждается многолетней отлёжкой проекта на полке. За длительное время неиспользования количество лопастей в его зонтике не изменилось ни в меньшую, ни в большую сторону. Это магическое число лопастей, восемь, хорошо подходит и к сорокаместному летательному аппарату, и к четырехместному аппарату. Видать это самый оптимальный предел по количеству лопастей для любой вместимости пневмоприводных вертолетов.

 

[Владимир Александрович]

Видать это самый оптимальный предел по количеству лопастей для любой вместимости пневмоприводных вертолетов. 

         Вам еще ничего не "видать", Анатолий". У четырехместного 6 лопастей, а у вертолета Хьюз-500 еще меньшей размерности, например, их 5.    

 

[JohnDoe]

Трудно оправдать движение в сторону еще меньшей эффективности.

Насчёт механики - никаких сомнений, а вот оправдание использования именно этой системы в обсуждаемом проекте Х-1 есть - это использование "бесхозной" энергии выхлопа для привода НВ. И только.

Только там турбина крутит крыльчатку для наддува цилиндров, а вы хотите от крыльчатки подавать воздух в лопасти. Правильно я понял?

Да, именно так. Изначальный пост был о том, что воздух, нагнетаемый обычно в цилиндры, подавать в выхлоп ЗА рабочим колесом турбины. Это позволяет снизить температуру газов (чтобы не "спалить" лопасть), одновременно увеличить расход используя для прокачки энергию выхлопа (вместо охлаждения в радиаторе= потерям энергии), снизить сопротивление на выхлопе ДВС, которое увеличивается с установкой турбины, но подача воздуха ЗА рабочее колесо способно этот негатив уменьшить. Также была озвученна мысль с эжекцией, как возможной алтернативой турбокомпрессору. Ну а далее просто пошло озвучание вариантов (отбор горячего воздуха от радиаторов для "утилизации", автономный привод для "турбососа", различные комбинации всех этих подходов и т.д.).

Любое дожигание топлива после ДВС будет с низким термическим КПД по причине, указанной мной выше.

и впрыск воды были указанны ТОЛЬКО для взлётного/чрезвычайного режима.

Дальше волна давления и температуры снижается и в очень длинном канале установились бы средние значения параметров. Не только турбины, но камеры сгорания в импульсном режиме работают плохо с более низким КПД, чем в случае стационарного потока.

Весь компот крутится вокруг вертикального (или около того) режима. В номинале выхлоп служит для подкрутки ротора, что, по идее, может дать прибавку в скорости.

 

[Anatoliy]

Вам еще ничего не "видать", Анатолий". У четырехместного 6 лопастей, а у вертолета Хьюз-500 еще меньшей размерности, например, их 5. 

Понял.
Для двухсотместного оптимальное число лопастей этак будет 15 или 20.

 

[Владимир Александрович]

...оправдание использования именно этой системы в обсуждаемом проекте Х-1 есть - это использование "бесхозной" энергии выхлопа для привода НВ.

      Я с этим целиком согласен. Мое личное мнение сводится к тому, что самым простым, надежным и эффективным решением в данной ситуации будет тонкостенный газовод в лонжероне лопасти с соответствующей теплоизоляцией и охлаждающей пленкой вторичного воздуха. Такое решение исключает многие проблемы, которые непременно дадут о себе знать при детальной проработке конструкции.

 

[Владимир Александрович]

Понял.
Для двухсотместного оптимальное число лопастей этак будет 15 или 20. 

        У складывающегося НВ есть минимум - 5 лопастей, из условия предотвращения сдвига задних кромок лопастей относительно друг друга при их сведении в жесткую балку. Есть максимум - 8 лопастей, из условия технической возможности пропуска по каналам требуемого расхода воздуха, с параметрами, при которых общий КПД реактивного привода можно считать приемлемым для взлетно-посадочных несущих систем вертолетного типа.

 

[Anatoliy]

У складывающегося НВ есть минимум - 5 лопастей,[highlight] из условия предотвращения сдвига задних кромок лопастей относительно друг друга при их сведении в жесткую балку.[/highlight] Есть максимум - 8 лопастей, из условия технической возможности пропуска по каналам требуемого расхода воздуха, с параметрами, при которых общий КПД реактивного привода можно считать приемлемым для взлетно-посадочных несущих систем вертолетного типа. 

[highlight]Сложить лопасти задними кромками можно при условии отсутствия крутки. [/highlight]У Вас это не получится так как Вы так и не научились строить треугольник скоростей для всех сечений лопасти от корня до конца лопасти, а воспользовались только средним значением угла обдува лопасти на одном сечении.

Я так и не услышал от Вас о скорости того сжатого воздуха в общем воздуховоде-оси НВ и в воздуховодах лопастей. Кстати, какая там геометрия сечения воздуховода и его размеры?
А еще хочется спросить как поведет тот сжатый воздух в Ваших поворотных узлах по пути от компрессора к выходному соплу на конце лопасти.
Очень похоже на то, что ответа я так и не дождусь в конкретном цифровом выражении, или услышу от Вас, что там все в порядке и Вы не намерены все рассказывать, так как это великая тайна. 😀

 

[Владимир Александрович]

Вы так и не научились строить треугольник скоростей для всех сечений лопасти от корня до конца лопасти

        Что я умею и что не умею - судить не Вам. Вы еще у колыбели той суммы знаний в авиации, на которую претендуете.

Я так и не услышал от Вас о скорости того сжатого воздуха в общем воздуховоде-оси НВ и в воздуховодах лопастей. 

        Я предлагал для начала разговора на эту тему освоить работу Ю.Г.Бехли, чтобы была понятна методика и терминология. Да и многие "детские" вопросы отпадут сами собой. Все расчеты велись по его методике. Ничего не придумывалось. И вам польза и уровень обсуждения поднимется.

....или услышу от Вас, что там все в порядке и Вы не намерены все рассказывать, так как это великая тайна.

       После изучения вопроса Вам и самому станет понятно, что так оно и есть - там все в порядке. Нет ничего особенного, что было бы неизвестно проектировщикам таких систем.
 

 

[Anatoliy]

После изучения вопроса Вам и самому станет понятно, что так оно и есть - там все в порядке. Нет ничего особенного, что было бы неизвестно проектировщикам таких систем.

Как и следовало ожидать автор не имеет понятия какими параметрами обладает та конструкция, которую он выдает за свою.
Словоблудие, словоблудие и словоблудие.
А цифры так я и не услышал.
Далеко Вы так пойдете со своим проектом.  😀

 

[JohnDoe]

****

Четко выраженной границы здесь нет. Просто с уменьшением скорости истечения уменьшается и потребное давление подаваемого воздуха, а для создания той же величины тяги надо увеличивать его расход по каналу.

Извините, Владимир Александрович, но согласно формуле тяги» R = Мрт * (С5 – V), при скорости истечения С5 = V, тяга R = 0. При дальнейшем снижении скорости истечения С5 – ниже значения V – тяга становится отрицательной. Т.е. РП со скоростью истечения С5<=V не имеет смысла, становясь тормозом.
Из закона сохранения энергии: R * Vокр <= Мв * (С5^2)/2, - после подстановок и сокращений получается ещё более жесткое требование С5 * Vокр <= (С5^2)/2 или С5 => 2 * Vокр.
Получается, что для РП существуют четкие ограничения на скорость истечения рабочего тела из сопл – физика и математика это утверждают.
Возникает и дополнительный вопрос: какую тягу R – стендовую или полетную - Вы приводите в данных по 4-х местному «ВС» (900 Н)?

 

[Владимир Александрович]

Извините, Владимир Александрович, но согласно формуле тяги» R = Мрт * (С5 – V), при скорости истечения С5 = V, тяга R = 0. 

        Безусловно!

При дальнейшем снижении скорости истечения С5 – ниже значения V – тяга становится отрицательной. Т.е. РП со скоростью истечения  С5<=V не имеет смысла, становясь тормозом.

     Этот случай, мне кажется, не стоит даже упоминать как нереальный. Потому что поскольку есть постоянная скорость V конца лопасти значит к ней подводится мощность, достаточная для разгона массы потока, проходящего по каналу и его поджатие. То есть  С5=V (без учета потерь на трение, конечно).

Из закона сохранения энергии: R * Vокр <= Мв * (С5^2)/2, - после подстановок и сокращений получается ещё более жесткое требование С5 * Vокр <= (С5^2)/2 или С5 => 2 * Vокр.

      Чтобы не быть голословным, в этом вопросе, я сошлюсь на выдержку из известной ранней работы академика Б.Н.Юрьева "Исследование летных свойств геликоптеров" Стр.17, где он высказывается о реактивно-компрессорном приводе.
"... Затраченная работа равна разности уходящей и приходящей живой силы струи, т.е.
                               Т=m/2*(V[sup]2[/sup] - U[sup]2[/sup])
            (обозначение работы - Т; Скорость истечения - V; Окружная скорость - U; Секундная масса воздуха в канале - m) 
Полезная работа Т`равна   Т`= Q*U     (Q - тяга сопла), следовательно механический к.п.д. такой турбины:
                                КПД=Т`/Т = 2(V-U)U/(V[sup]2[/sup] - U[sup]2[/sup]) = 2U/(V+U)
......................................................................................................................................................
Окружная скорость геликоптерных винтов берется малой из-за необходимости снять возможно большую тягу с затраченной мощности. Обычно она близка к 100 м/с. Если заставить воздух вытекать из сопла со скоростью V=150 м/с, то получим:
                                КПД=2U/(V+U)=2*100/(150+100)=0,8
т.е. довольно хороший к.п.д. Однако трудно будет подвести воздух внутрь лопасти.  ........................................ Следовательно, канал для подведения воздуха должен иметь сечение в несколько дециметров, и его трудно вписать в профиль лопасти."

    Видно,что здесь отношение скоростей 150/100=1,5.  Этой выдержкой я хотел сказать, что границы по скорости истечения как таковой нет, а есть невозможность пропуска по лопасти количества воздуха, требуемого для малых скоростей истечения.
     С другой стороны, я поддерживаю выбор соотношения указанных скоростей в интервале 2-2,5, как наиболее выгодные при применении турбокомпрессора, питающего систему сжатым воздухом с давлением 0,4-0,45МПа.

Возникает и дополнительный вопрос: какую тягу R – стендовую или полетную - Вы приводите в данных по 4-х местному «ВС» (900 Н)? 

    Это полетная тяга. Точнее тяга взлетного режима, выдаваемая для взлета или висения у земли после учета всех потерь в системе привода винта.

 

[slavka33bis]

Надо считать и дуть в натуральную невращающуюся лопасть и замерять тягу концевого сопла на месте.

Владимир Александрович, Вы правы.
Именно с этого я и собираюсь начать свои эксперементы.

Сегодня провёл-таки простенький эксперемент.
Газогенератором был двигатель ВАЗ-2108 (1500 куб.см.).
Честноговоря, вазовский движок в качестве газогенератора меня сильно разочаровал.

Диаметр примитивного сопла 0,8 см. (простой хромированный штуцерочек).
Я, грешным делом, ожидал того, что двигатель с таким соплом на выхлопе (и с педалью газа, утопленной в пол) не сможет раскрутиться даже до 3500 об/мин.
Оказалось, что уже при трети от полного хода педали газа двигатель выходил на 5000 оборотов.
А весы не показали даже 300 грамм тяги.

Не знаю ...  :-/
Можно, конечно, подсчитать ...
Не плохо было бы замерить скорость струи ...
Возможно, сопло Лаваля что-нибудь добавит.

Но думаю, что от дырочки на конце лопасти (двухлопастного ротора), диаметром меньше  0,5 см
ожидать ощутимой тяги, думается мне, не стоит.
:-/  Хотя, кто его знает ...
Помощь от того, для кого реактивная тема - это "семечки", была бы кстати ...

 

[JohnDoe]

@ slavka33.150
А куда "штуцерочек" прислюнили? Схемкой опыта и подробностями проведения оного не поделитесь? А то может статься Вы чего-нить забавное нарыли, что может пригодиться в другой ипостаси.

 

[Владимир Александрович]

Оказалось, что уже при трети от полного хода педали газа двигатель выходил на 5000 оборотов.
А весы не показали даже 300 грамм тяги. 

         Вячеслав, результат зависит от того, как был организован газовый тракт. Если Вы поставили сопло после глушителя на выхлопном патрубке, то других данных по тяге нельзя было ожидать. Газ в глушителе уже расширился не совершив никакой работы.
         Сечение газового тракта после клапана должно меняться так, чтобы полное давление потока (статическое давление+ динамическое давление) в идеале не менялось, а практически постепенно падало только за счет потерь на трение о стенки канала и потерь при его поворотах. Тогда большая часть энергии дойдет до концевого сопла и после разгона в нем потока даст соответствующую тягу.
          Глушителя как такового с его объемами и перегородками с дырками в системе газоподающего тракта быть не должно.
            

 

[slavka33bis]

Вячеслав, результат зависит от того, как был организован газовый тракт.

Он был организован (я, как обячный человек, понадеялся на чудо и на халяву) именно так, как Вы и предполажили.
А именно, я забирал газ после глушителя.
И понял.
Халявы не будет.
:-/  Придётся потрудиться.

 

[slavka33bis]

Владимир Александрович, не могу найти более-менее полной информации об этом аппарате.
Поможете?

          
Или наберите ключевые слова в поисковике "Вертолет-автожир Х-1", если ссылка здесь не откроется.

Спасибо.
Я с самого начала так и сделал, но нарывался на скудные тексты без рисунков.
Но раз Вы написали, что рисунки там есть, я решил-таки покапаться более предвзято.
И таки-нашол.

Информации мало, но основные цыфры таки-есть.
Двигатель МТ-8 (Днепр).
Маёвцы расчитывали получить от этого газогенератора до 10 л.с. эквивалентной мощности на НВ.
А при дополнительной установке реактивных двигателей на концах лопастей они планировали, что аппарат сможет взлетать вертикально.

И некоторые другие цыфры.

В общем спасибо Владимир Александрович.

 

[JohnDoe]

Вячеслав, а как вела себя машина? Пробовали поездить со штуцерочком на выхлопе? Как изменилось поведение авто по сравнению с обычным(без штуцера), хуже/лучше/как обычно? Не пробовали мерять расход(может БК имеется)? Оооооччччень интересует.
А по поводу халявы... Подобрать турбокомпрессор под двигатель(если это авто, то не составит труда, благо есть их), причём половина из стандартного комплекта не потребуется(байпасы там всякие). Прикручиваем турбокомпрессор к коллектору, на вход "холодной"/нагнетательной части ставим воздушный фильтр(чтобы крыьлчатку пылью и мусором не сожрало), с выхода нагнетателя дуем в лопасть/воздуховод. Можно на выходе из нагнетателя устроить теплообменник, в котором воздух дополнительно подогревать остатками тепла выхлопа. Бехли обещает существенный прирост КПД газогенератора(стр. 318).
Кстати, а может кто-нить "на пальцах" объяснить, почему Бехли пишет, что схема с теплообменником имеет КПД выше схемы со смешиванием потоков(газов и выхлопа) на 20%?! :-?
Вроде в последнем случае потерь должно быть даже меньше(газы обмениваются теплотой напрямую, без посредников).

 

[JohnDoe]

Помощь от того, для кого реактивная тема - это "семечки", была бы кстати ... 

Вы просили? Получите! 😉

 

[Tommy Versatty]

Помощь от того, для кого реактивная тема - это "семечки", была бы кстати ...

Как-то мимо глаз пролетела ветка с моей любимой тематикой, Слава, что ты в личку не написал, реактивный привод лопастей это же моя любимая тема, тем более мы с летавшим тут кучу экспериментов провели, есть от чего отталкиваться...

Давай по полочкам разложим, какой ЛА ты хочешь получить (взлетный вес, диаметр ротора), а я поделюсь тем что есть у меня по этой теме...