Делаем деревянный винт.

Насчет оклейки, этот винт не оклеивался, сосна какая то попалась твердая. Хотел только лаком. Но блин лохонулся на лаке. Один товарищ лет 5 назад дал полторашку лака, типа совковый еще - суперлак. Ну думаю испытаю щас! Лак оказался хороший но сохнуть он не захотел 🙁  Пришлось долго его смывать. Нужно все проверять.
Обычно оклеиваю стеклотканью, с плоской стороны можно наклеить дополнительные слои для прочности, а потом обернуть всю лопасть одним слоем. Ложить стекло естественно под 45 градусов. На этом этапе можно на более легкую область наложить кусочков стеклоткани для балансировки. Если винт не оклеивается, то балансировку можно сделать лаком. Кстати данный винт до лакировки весил всего 1кг 50гр.
Теперь оковка. Мы практикуем нержавейку-фольгу 0.1мм. Наклеивая ее на кромку винта. НО, нужно подогнать фольгу по кромке, вырезами через примерно 15 мм. Потом шкурим внутреннюю поверхность, мажем старым добрым БФ2, сушим в духовке, как написано на тюбике. Потом шкурим немножко и клеим уже к винту на смолу. После оклейки стеклотканью нужно шпатлевать и грунтовать, поэтому выступ фольги при этом замажется заподлицо.
Вот вроди и все.
Если что не понятно, спрашивайте. 🙂
 
Мнение с предысторией.
Я около полугода заходил на сайт читал разные советы отзывы, мнения и прочее. Пришел у выводу амфибия необходима или лодочка с веслом. Для чего? А чтобы переплывать всю воду которая здесь (на форуме) плюхается.
Прочитав здесь про  основы изготовления винта могу сказать это единственное четкое и относительно краткое описание.
Спасибо автору. :IMHO
 
Здорово! Очень напоминает изготовление авиамодельных винтов.
Нижнюю поверхность проще не сделать, а на верхней можно было провести линию по 25...30% плана сверху (согласно максимальной толщины профиля), так же пропилить ножовкой с учетом толщины задней кромки, и снять много лишнего материала до этой линии сразу. Мне кажется, так легче было бы подгонять сечения по шаблонам - опыт из авиамоделизма.
А относительная толщина постоянная по всей длине? И шаг не уменьшается? (программу пока не смотрел - надо переустановить Windows).
 
Классно!
Здорово-действительно, написано понятно и доходчиво (даже для меня!)
В скором временипланирую в Николаев-передам привет хозяину "Фольксвагена" заодно и посмтрю в реале!
 
Шаг постоянен. Тоесть для каждого сечения постоянен по радиусу. Тут по Жуковскому.
Относительная толщина конечно же уменьшается к законцовке. Просто можно все коэффициенты менять одним параметром, а можно и каждый индивидуально.
Верхнюю часть вчерновую я снимал рубанком, забыл просто написать, кое где подрубывал топориком. Нужен очень острый топорик.
 
Шаг постоянен. Тоесть для каждого сечения постоянен по радиусу. Тут по Жуковскому.
Относительная толщина конечно же уменьшается к законцовке.  

Здесь ошибка. Хороший винт так не получится.
 
Шаг постоянен. Тоесть для каждого сечения постоянен по радиусу. Тут по Жуковскому.
Относительная толщина конечно же уменьшается к законцовке.  

Здесь ошибка. Хороший винт так не получится.

Ваши предложения, Denis, по улучшению характеристик винта: диаметр винта, форма в плане, изменение шага по радиусу, относительной толщины, ширины лопасти, профилей сечений... ?

Если верить главному конструктору фирмы Хоффман, винт нельзя рассчитать, его можно только подобрать, поэтому вполне может быть, что винт собственного изготовления для конкретного двигателя может оказаться лучше, чем приобретенный в фирме, занимающейся этим профессионально.
Да и у многих просто есть интерес в изготовлении собственных винтов как хобби, а на этой ветке автор убедительно показал, что делать их вполне реально - честь ему и хвала за это!
 
Денис, я был бы очень признателен что если бы ты выложил отточенный софт по расчету пропа.
Я же сказал что описываю только сам процесс изготовления, тобиш технологию а не математику.
И кстати какие винты вы ставили на свои два фольксвагена. Кто делал, и какие параметры они выдали. Ветку я начал про винт именно для VW именно потому что сделать никто из известных винторезов не взялся. Опыта нету! А после изучения вопроса я увидел что все винты для VW не зависимо от мощности имеют один диаметр, и это определяется обоотами естественно.
Я был бы очень рад если бы появилась ветка - Расчитываем воздушный винт. Но боюсь что нету у нас математиков на форуме.
Я пробовал различные методики и программы - резульат один. :-/
 
Задача проектирования винта не может быть решена чисто расчетным путем.

Несмотря на то, что современные методы вычислительной гидродинамики позволяют моделировать обтекание в сложных случаях, используя только их не удастся получить хороший результат. При проектировании винтов неизбежно использование большого объема экспериментальных данных и кропотливая доводка. По этой причине целесообразно разрабатывать серии винтов, а затем подбирать подходящиий винт из подходящей серии по семействам винтовых характеристик.

Здесь отмечу, что разработка серии винтов на несколько порядков сложнее разработки семейства профилей крыла.

Основной проблемой при разработке винта является реализация наилучшего распределения индуктивной скорости по радиусу.

Идеализированное распределение реализовать невозможно даже на одном режиме работы винта. Линейная скорость лопасти от корня до конца изменяется в 6-8раз, а квадрат этой скорости, соотвественно в 36-64 раза. Близкое  к максимальному значение Сy/Cx профиля достигается в относительном диапазоне Су менее 2.
Поэтому совершенно невозможно получить оптимальные условия работы сечений лопасти на малом расстоянии от корня. Приходиться считаться с тем, что в пределах первых 30-40% радиуса лопасти винта в основном сопротивляются, а не создают тягу и потребляемую этими сечениями мощность придется почти целиком записать в потери.

Из-за невозможности эффективной генерациии индуктивной скорости корневыми  сечениями лопастей. в центре диска винта при работе на месте возникает обратное перетекание потока, а сечения лопасей там охвачены срывом. По мере разгона скорости возникает расшимряющееся мертвое пятно, в котром винт не ускоряет, а наоборот, тормозит поток.

В каждом сечении лопасти действует сумма трех векторов скорсти, линейной скорсти сечения (лежит в плоскости винта), индуктивной скорости (немного отклонен от оси винта из-за закрутки потока) и скорости полета (не обязательно совпадает с осью винта, в зависимости от углов тангажа и рыскания). За счет вектора скорсоти полета результирующий вектор скорости отклоняется назад и угол атаки уменьшается.

разберем этот процесс подробно.

Распределение индуктивной скорости по радиусу лопасти имеет максимум в диапазоне 60-80% радиуса и основная часть тяги создается в этом кольце.
По мере роста относительной поступи J=V/nD (у нас ее называют не J а lambda),  вышеописанное отклонение результирующего вектора скорости назад и соответссвенное уменьшение местных углов атаки сечений происходит по-разному на разных радиусах. Чем ближе к корню , тем оно сильнее, поскольку там значительно меньше местная линейная скорость сечения.
Сначала за счет этого явления улучшается обтекание корневых сечений и снижаются потери. КПД винта при этом растет, а коэффициент мощности первоначально изменяется мало. Максимум индуктивной скорости обостряется и устанавливается вблизи 75% радиуса лопасти. По этой причине выбор расчетного сечения и определение геометрического шага именно  на 75% не случайны.
При дальнейшем росте J коэффициент мощности начиает заметно уменьшаться и при постоянномшаге и положении РУДа  винт раскручивается по оборотам.  КПД растет и достигает максимума, при этом коэжффициент мощности Cp (он же beta) снижается примерно на 50% по отношению к статическому.

При дальнейшем росте J корневые сечения начинают создавать выраженную отрицательную тягу, винт дальше облегчается и КПД начинет интенсивно падать. В дальнейшем тяга всего вингта становится отрицательной при положительной потребляемой мощности, а затем вместо потребления мощности от мотора винт сам его начинает крутить (режим ветряка).

Как я уже отметил, особую трудность в анализе этого процесса вызывает  сложный нелинейный характер изменнеия местных угглов атаки сенчений и его влияние на распределение индуктивной скорости.

С учетом отмеченных неидеальностей в руках разработчика винтов остается только возможность ограниченно влиять на изменение расперделения индуктивной скорости по радиусу в функции относительной поступи J.

Воздействовать на этот процесс можно за счет выбора распределения хорд, толщины и кривизны профиля и геометрической крутки по радиусу. Наэту тему наработано много экспериментального материала и   начиная с середины 30-х годов прошлого века уже мало что меняется, особенно для легконагруженных винтов, работающих при малых J и Cр.

Еслия пишу понятно, продолжение следует.      
     
 
Денис! Теория винта - вещь интересная и неоднозначная, но здесь ее всю не описать! А ближе к практике! Конкретно к похожему случаю! СЛА, крейсерская скорость 100 - 140 км/ч, 3400 об/мин, диаметр 1.37 м (из условия невозможности трансзвуковых скоростей на концах лопасти), двухлопастной винт (наименьшая величина покрытия), задан шаг - постоянная величина вдоль радиуса (выбран из статистики по аналогичным двигателям и самолетам). Получены: ширина лопасти и толщина по сечениям.
(Хотя шаг, наверное, можно было бы и посчитать для прикидки).

Вопрос: как двигать и в какую сторону параметры винта, чтобы получить серию, из которой можно было бы выбрать оптимальный?

А Cy у профиля винта, наверное все таки, около 1, угол атаки обычно 3-5 градусов.

Волнует еще и вопрос прочности - сосна - все таки мягкое дерево,
при максимальной ширине лопасти 98.64 мм и диаметре 1.37м получается относительная ширина 0.072, а должно быть не менее 0.09, наверное, без стеклоткани не обойтись!
 
Денис! Теория винта - вещь интересная и неоднозначная, но здесь ее всю не описать! А ближе к практике! Конкретно к похожему случаю! СЛА, крейсерская скорость 100 - 140 км/ч, 3400 об/мин, диаметр 1.37 м (из условия невозможности трансзвуковых скоростей на концах лопасти), двухлопастной винт (наименьшая величина покрытия), задан шаг - постоянная величина вдоль радиуса (выбран из статистики по аналогичным двигателям и самолетам). Получены: ширина лопасти и толщина по сечениям.
(Хотя шаг, наверное, можно было бы и посчитать для прикидки).

Вопрос: как двигать и в какую сторону параметры винта, чтобы получить серию, из которой можно было бы выбрать оптимальный?

А Cy у профиля винта, наверное все таки, около 1, угол атаки обычно 3-5 градусов.

Волнует еще и вопрос прочности - сосна - все таки мягкое дерево,
при максимальной ширине лопасти 98.64 мм и диаметре 1.37м получается относительная ширина 0.072, а должно быть не менее 0.09, наверное, без стеклоткани не обойтись!

То, что я пока написал не теория, а практика. До теории мы здесь не дойдем, потому что тогда никакого форума не хватит.

Что вы понимаете под постоянством шага вдоль радиуса? В предыдущем посте я попробовал описать как сильно меняются условия работы сечения лопасти на разных радиусах и разных режимах полета. Это приводит к необходимости непрерывного изменнеия профиля по радиусу, а также нахождения оптимальной геометрической крутки, кторая в конечном результате дает непостоянный геометрический шаг. Решить эту задачу возможно только путем последовательных приближений и большого объема испытаний.

По этой причине проститесь с мыслью самостоятельно разработать винт с нуля.

При подборе винта к самолету единственный путь, позволяющий относительно быстро получить хороший результат - использование известных серий винтов. В двухтомном РДК СЛА, изданном в Новосибирске, приведены характеристики двух подходящих серий деревянных винтов - ЦАГИ СДВ-1 и английских РАФ. Эти данные, в свою очередь, взяты из книги Кравца "Храктеристики воздушных винтов" 1939 года.

Для малонагруженных высокооборотных винтов вне конкуренции серия СДВ-1, именно ее мы используем для моторов Фольксваген Жук.    

Отмечу, что за прошедшей с той поры время никакого существенного прогресса  в этой области не случилось, также как для легких самолетов не удалось превзойти классические деревянные винты по совокупности характеристик ни металлическими, ни композитными винтами.   Немецкий конструктор Герд Мюльбауэр (MT-Propeller) с гордостью заявляет, что использует классические винтовые серии 30-х годов прошлого столетия, а Его Величество Дерево называет не иначе как  "природный композит".

Винтовая серия строится из винтов с одинаковой лопастью, но разным углом установки (шагом). Для каждого из этих винтов в испутаниях определяют коэффициенты мощности и КПД для каждого значения J=V/nD.  Полученные кривые строят на общем графике. Имея такой график, можно определить диаметр и шаг винта данной серии, подходящий для данного мотора и самолета.

Сама по себе работа по выбору винта из серии также достаточна сложна и требует большого объема вычислений, а также знания кривой потребной мощности ЛА (из аэродинамическогорасчета или испытаний) и внешней характеристики двигателя. В прошлом, когда не было кормпьютеров, эту работу пытались упростить путем построения специальных номограмм, привязанных к к конкретным сериям винтов.  Побдбор винта упрощается, если изщвестны результаты применения винтов данной серии, с данным мотором на самолетах с близкими характеристиками. Например, если это американские винты Sensenich с моторами Континентал и Лайкоминг.

В нашем случае однозначно придется считать и готовиться к изготовлению 2-3 винтов. Однако, результат будет достоин затраченного труда.


Поэтому начните со знакомства с серией винтов СДВ-1. Для того, чтобы использовать испутанную серию винтов, нужно иметь семейство винтовых кривых по результатам испытаний и данные по геометрии лопасти, которые включают в себя распределение хорды, толщины и крутки по радиусу , а также координаты дужек профиля. Все эти данные есть в вышеназванных первоисточниках. После определения диаметра и шага, на основании геометрических данных строят чертеж будущего винта и на его основе делают шаблоны сечений.

В рассматриваемых винтах используются профили одной серии (ЦАГИ ВС-2 для СДВ-1), но переменной по размаху толщины. Вмесите с толщиной изменяется и относительная кривизна профиля, а с ней вместе и угол нулевой подъемной силы. Характеристики серий профилей ВС-2 и Clark-Y в таком  диапазоне толщин даны в книге Чумака и Кривокрысенко "проектирнование сверхлегких самолетов", там можно увидеть насколько сильно они меняются в зависимости от толщины. Однако, приведенный в той же книге алгоритм аэродинамического расчета винта следует отнести в детскую песочницу.

Я могу здесь попытаться изложить принципы оптимизации аэродинамической компоновки лопасти винта, но боюсь, что форум лопнет, да и практического смысла в этом нет, как я уже объяснил выше.

Но некоторые моменты объяснить надо, почему все хорошие винты для конкретной области применений строятся по одинаковому принципу и очень похожи друг на друга.

Если это интересно, продолжение следует.    

Пов вопарсу прочности соснового винта. Почность более чем достаточна. Определенные проблемы могут возникнуть при очень большом диаметре винта (который в нашей практике не встретится) из-за того что сечения лопастей растут пропорционально квадрату линейного масштаба, а массаа - кубу.

Мы успешно использовали сосновый винт диаметром 1.5м на оборотах до 3600об/мин.  
 
А поподродробнее. Какой конкретно мощности VW, какой шаг у винта. Мне мало верится что можно винт 1.5 метра раскрутить на 3600 даже в полете. Да и я так и не видел, что бы для VW предлагались винты в 1.5 метра у американцев. И если можно фото винта в студию.
И я в начале ветки конкретно сказал - расчет дело не благодарное. У Кривокрысенко согласен - бред сумашедшего.
И меня немного смущает что двигатели в хамельенжин загружают шагом а не шириной или диаметром. Шаг напрямую влияет на скорость полета.
 
Я был бы очень рад если бы появилась ветка - Расчитываем воздушный винт. Но боюсь что нету у нас математиков на форуме.
А математики здесь абсолютно не при чем... Программку расчета винта мог бы при желании написать любой школьник, увлекающийся программированием.... Ведь формулы - это такой же язык описания, как и слова... Сможете описать словами - опишите и формулами и наоборот...
 Проблема в другом... Не существует хотите теории, хотите модели работы винта... Вернее теорий и моделей много, но НИ ОДНА наверное даже близко не говорит о том, какой же должен быть винт, чтобы перегнать механическую энергию двигателя с максимальным КПД в энергию движения САМОЛЕТА....
 Мы научились достаточно точно считать ядерную физику - есть хорошая теория (или хорошая модель, четко согласующаяся с действительностью),но до сих пор точность (погрешность)ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ расчетов того же реактора не выше 20%, хотя человечество знакомо с теплогидравликой (в отличие от ядерной физики) уже несколько тысячилетий и мы четко знаем, что хотим получить на выходе...
 И не верьте тем, кто будет утверждать, что он хорошо знает физику работы винта... Если в приводимых им формулах появляется хоть один критерий подобия - Прандтля, Нуссельта, Рейнольдса и т.д. -  это означает единственное - об этом процессе мы не знаем НИЧЕГО....
 
Программку расчета винта мог бы при желании написать любой школьник, увлекающийся программированием....

Так желательно что-бы программа могла выдавать в распечатку готовые шаблоны, представлять прорабатываемый винт графически , а не только цифирь пережевывать. Короче - какую методику расчета винта уважаемая  публика полагает достойной представления в програмном варианте ?
 
Что вы понимаете под постоянством шага вдоль радиуса? В предыдущем посте я попробовал описать как сильно меняются условия работы сечения лопасти на разных радиусах и разных режимах полета. Это приводит к необходимости непрерывного изменнеия профиля по радиусу, а также нахождения оптимальной геометрической крутки, кторая в конечном результате дает непостоянный геометрический шаг.

То же что и вы под непостоянным геометрическим шагом.

Решить эту задачу возможно только путем последовательных приближений и большого объема испытаний.
По этой причине проститесь с мыслью самостоятельно разработать винт с нуля...
...Сама по себе работа по выбору винта из серии также достаточна сложна и требует большого объема вычислений, а также знания кривой потребной мощности ЛА (из аэродинамического расчета или испытаний) и внешней характеристики двигателя. В прошлом, когда не было кормпьютеров, эту работу пытались упростить путем построения специальных номограмм, привязанных к к конкретным сериям винтов.  Побдбор винта упрощается, если изщвестны результаты применения винтов данной серии, с данным мотором на самолетах с близкими характеристиками. Например, если это американские винты Sensenich с моторами Континентал и Лайкоминг.

При современном развитии компьютерной техники проблемы с последовательными приближениями и огромным математическим аппаратом нет. Была бы вразумительная теория.

С испытаниями хуже, но как раз для геометрии первого приближения и существует статистика и интернет.

...профили ЦАГИ ВС-2 для СДВ-1 и английских РАФ...
Для малонагруженных высокооборотных винтов вне конкуренции серия СДВ-1, именно ее мы используем для моторов Фольксваген Жук.  
...Характеристики серий профилей ВС-2 и Clark-Y... .

Для деревянных винтов с 30-х годов применяются профили ВС-2 и РАФ по причине высокого аэродинамического качества при относительно больших относительных толщинах, то есть их выбирали и выбирают для обеспечения достаточной прочности.
Сейчас, когда лопасть можно усилить к примеру стеклотканями, эта безусловная необходимость выбора именно из этой серии профилей отпала. Даже здесь автор использовал Clark-Y, а можно использовать и другие крыльевые типа NACA. Мне кажется на характеристики винта больше влияет не профиль, а шаг и ширина лопасти, ну и геометрическая крутка. Не может один и тот же профиль работать одинаково хорошо и в корне (30% радиуса) и на конце лопасти почти в трансзвуковой области, где скоростной напор в 10 раз больше, а заодно и число Рейнольдса - тут нужны меньшие углы атаки (а ведь еще есть и концевой эффект !). Для этого и нужна геометрическая крутка, а заодно и для оптимального распределения осевой силы тяги винта по длине лопасти.

Отмечу, что за прошедшей с той поры время никакого существенного прогресса  в этой области не случилось, также как для легких самолетов не удалось превзойти классические деревянные винты по совокупности характеристик ни металлическими, ни композитными винтами.   Немецкий конструктор Герд Мюльбауэр (MT-Propeller) с гордостью заявляет, что использует классические винтовые серии 30-х годов прошлого столетия, а Его Величество Дерево называет не иначе как  "природный композит".

Все дело в аэроупругой устойчивости лопасти, просто дерево благодаря своей малой плотности, относительно высокой жесткости достаточно полно удовлетворяет необходимым инерционным и жесткостным требованиям (изгибным и крутильным), а если еще взять и относительно низкую себестоимость! Из композитов можно сделать, наверное, не хуже, но стоимость оснастки!!!

Винтовая серия строится из винтов с одинаковой лопастью, но разным углом установки (шагом)...
...В нашем случае однозначно придется считать и готовиться к изготовлению 2-3 винтов. Однако, результат будет достоин затраченного труда

Не только, но и с разной шириной лопасти, разной геометрической круткой, а может и диаметром винта. У авиамоделистов есть термины: тянущий винт - с большим диаметром, меньшим шагом и большей шириной лопасти, и скоростной - у которого все наоборот...
Тремя винтами в серии, скорее всего, не обойтись, но нужно их изготавливать последовательно, после нащупывания нужного направления.

По вопросу прочности соснового винта. Почность более чем достаточна. Определенные проблемы могут возникнуть при очень большом диаметре винта (который в нашей практике не встретится) из-за того что сечения лопастей растут пропорционально квадрату линейного масштаба, а массаа - кубу.

Приведенная выше в другом сообщении минимальная относительная ширина лопасти для мягкого дерева 0.09 выведена для относительно толстых профилей типа ВС-2 и РАФ, если используется другой более тонкий профиль наверное нетрудно составить программу разчета эпюры изгибных моментов (хотя бы в Excel) чтобы отбросить все сомнения. Дерево вы не проверите на наличие скрытых деффектов, тем более что здесь показан процесс изготовления вината практически из цельного бруска (сосны!), а не из переклея. При том изобилии видов стеклотканей, которое сейчас есть, я бы обязательно обертывал хотя бы тканью толщиной порядка 0.1мм даже если выполнены условия прочности - вес добавиться минимальный, но дерево перестанет дышать, чего не скажешь о нитролаках.
 
Программку расчета винта мог бы при желании написать любой школьник, увлекающийся программированием....

Так желательно что-бы программа могла выдавать в распечатку готовые шаблоны, представлять прорабатываемый винт графически , а не только цифирь пережевывать. Короче - какую методику расчета винта уважаемая  публика полагает достойной представления в програмном варианте ?

никакую 🙁
 
Программку расчета винта мог бы при желании написать любой школьник, увлекающийся программированием....

Так желательно что-бы программа могла выдавать в распечатку готовые шаблоны, представлять прорабатываемый винт графически , а не только цифирь пережевывать. Короче - какую методику расчета винта уважаемая  публика полагает достойной представления в програмном варианте ?
  Никакую... В чем и проблема... Все остальное - шаблоны, графика и прочее - это просто сервис...
 А вообще, если есть желание эту тему пообсуждать, поделиться мыслями нужно завести отдельную ветку... Здесь парень поделился опытом ИЗГОТОВЛЕНИЯ винта (за что ему большое спасибо!) и лучше бы это не засорять - обозначили здесь проблему... и достаточно
 
Соображения по относительной толщине профиля. В направлении к корню должна сильно возрастать толщина и кривизна профиля. Это по совместительству обеспечивает и прочность. Благодаря низкой плотности древесины, винт получаеться все равно легким, причем легчайшим из всех винтов. Лопасти композитных и металлических винтов приходится проектировать с профилями меньшей толщины в корне, что является не очень хорошим компромиссом между массой и аэродинамикой.

Такие толстые профили применяют в ближайших к корню сечениях потому, что они должны сохранять положительный Су и малый Схр при больших отрицательных углах атаки.  Причину этого я объяснил выше.  



У металлических ВИШ можно встретить трансформацию профилированной лопасти в бейсбольную биту при приближении к корню.  То есть относительная толщина увеличивается за счет сокращения хорды. Это решение сильно копромиссное. Кроме проблем обтекания, характерных для ВФШ, там еще нередко возникает необходимость расширения диапазона эффективного регулирования потребляемой винтом тмощности за счет шага. Обратной стороной медали является уменьшение эффективного диаметра и понижение макситмального КПД
 
Назад
Вверх