Ранцевый вертолет с "огромными" лопастями

D

DesertEagle

Должно быть достаточно управляющих моментов за счет увеличения-уменьшения тяги двигателей в соответствующих секторах конуса винта.
Кстати да, замечательная идея! Дело в том, что на такой площади (суммарная площадь лопастей около 25 м2!) и такой конструкции крыла, конец лопасти можно закручивать без ущерба для остального крыла. Такой эффект, только с обратной стороны, по описанию наблюдался на оригинальном вупи флай, когда тот бы еще большой площади ~23 m2 (если память не подводит). Там при даче от себя трапеции, менялся угол только центроплана, а на консолях угол атаки сохранялся благодаря автостабильному профилю и мягкой конструкции крыла. Поэтому его было невозможно сорвать в горизонтальном полете, сколько ни отдавай трапецию.

В случае вертолета можно по идее применить аналогичный эффект - разместить двигатели с небольшим наклоном вектора тяги относительно диска ротора. При равномерной тяге обоих двигателей, концы лопастей будут закручиваться на одинаковый угол и ротор будет сбалансирован (просто иметь геометрическую крутку). Но при неравномерном газе двигателей, получим управление циклическим шагом. Очень интересная концепция, спасибо за идею (хотя вы наверно имели ввиду за счет обдува крыла, а не за счет получающейся крутки лопасти под тягой, о тем не менее )). Конечно, из этого вытекают потенциальные проблемы вроде увеличения крутки при максимальной тяге двигателей, но учитывая размер ротора, малые обороты и общий принцип работы, ближе к работе параплана/крыла в горизонтальном полете, чем к работе винта вертолета, то думаю все это можно будет выяснить в ходе эксперимента.

Вот, выложил в файловый архив форума ранее упоминавшийся фотоотчёт об опыте с моделью НВ с импеллерами на концах лопастей
Спасибо, познавательно. Я тоже когда-то интересовался реактивным приводом на винт малого диаметра (~1.2 м), чтобы избавиться от ДВС и уменьшить массу привода для парамотора. Даже связывался со специалистом по расчету реактивных двигателей на перекиси водорода, который изготавливает такие движки (имхо, это наиболее подходящий вариант - бак с перекисью под давлением, управление газом открытием клапана, а на концах лопастей движки со встроенной сеточкой катализатора). Но по его расчету, суммарная тяга движков на таком диаметре винта должна быть всего в 3-5 раз меньше, чем получаемая тяга винта. Что для потребной тяги винта ~40 кг, давало неприемлимые параметры двигателей и слишком большой расход перекиси. В общем, тогда я пришел к выводу, что игра не стоит свеч, так как параметры по расходу топлива были сходны с турбинкой с аналогичной тягой, ~1-3 литра в минуту. Хотя идея конечно красивая.

Насчет имплеллеров ничего не могу сказать, разве у них максимальный кпд на воздушной скорости 150-180 м/с, чтобы их размещать концах винта? Насколько я понимаю, в приводе с помощью пропеллеров нужно знать на какой воздушной скорости максимальный/приемлимый кпд пропеллера. А так как мы заведомо знаем обороты винта(ротора), чтобы создавать необходимую тягу всей установки, то можем найти на каком положении на радиусе лопасти будет воздушная скорость, равная скорости макс. кпд пропеллера. Вот там и нужно размещать двигатели с пропеллерами, если конечно позволяет прочность и центробежные силы.

У авиамодельных пропеллеров желательна воздушная скорость под 150-200 км/час, когда их кпд будет под 80% (согласно расчету). А так как рассматриваемый в этой ветке вертолет должен иметь ограничение на скорость кончиков не более 60-80 км/час, то двигатели желательно размещать на концах его лопастей (кпд около 65%). На меньших радиусах пропульсивный кпд пропеллеров будет еще ниже, а значит потребуются более мощные двигатели, чтобы передать ротору мощность, необходимую на его вращение.

Но в случае винта малого диаметра 2 м со скоростью кончиков 150-180 м/с (540-648 км/час!!!), импеллеры наверняка нужно размещать ближе к ступице. Я просто с импеллерами не сталкивался и не знаю их характеристик, но предполагаю что они рассчитаны на типичную скорость полета авиамоделей, то есть не более 60-100 км/час.

Тем более, что если импеллер весит 100 г (на вид вроде похоже), то на 2-х метровом винте с частотой вращения 8 об/сек центробежная сила будет около 25 кг. А при оборотах 10 м/с, почти 40 кг. Неудивительно, что их вырвало...

Кстати, результаты замеров автора похоже в целом совпадают с расчетом для движков на перекиси водорода, которые я заказывал: винт диаметром около 2 м дает выигрыш в тяге всего раза в 3 больше, чем суммарная тяга движков на концах его лопастей. Для импеллеров в статье указана статическая тяга 360 г при мощности 180 Вт. На скорости в 200 км/час, на которой произошло разрушение, она явно будет меньше раза в два (точных цифр не знаю, к сожалению). А максимальная тяга всей установки в опытах получилась около 770 г (1330 г на скорости кончиков 130-150 км/час?), то есть примерно в 2-3 раза больше, чем предположительная суммарная тяга импеллеров на этих скоростях. Хотя это очень грубые прикидки, так как недостаточно исходных данных и приходится их додумывать, но общая тенденция вроде прослеживается...
 

JohnDoe

Усы-то сбрею, а умище-то куда дену? )))
кто проверит, кто проверит? - автор! 
Я имел ввиду расчёты, а не железяки. Последние уж больно дороги для опытов. :( А у жены фен без отключения нагревателя, выкусить его она мне не даст, точнее тааак даст, что я потом долго сюда зайти не смогу. ;D
 

Vladimir1950

Я люблю строить самолеты!
Заблокирован
что то не получается редактировать программу . Все не активно. Что не так?

копирую прогу в архивированном виде. Открываю с расширением wsf,открываю view все читается, но не редактируется. Открывая в word Pad получаю набор символов, в Блокноте-пишет бинарный файл и далее опять набор символов. Кодировками подобрать не получается. Может скинете не архивированно на адрес?  Есть интерес к этой теме
 
D

DesertEagle

Открываю с расширением wsf,открываю view все читается, но не редактируется. Открывая в word Pad получаю набор символов, в Блокноте-пишет бинарный файл и далее опять набор символов.
Понял, вы наверно открываете прямо из архива. Разархивируйте сначала в какую-нибудь папку, а уже из нее открывайте в Блокноте: правой кнопкой над файлом, пункт меню Изменить или Открыть с помощью... и выбрать Блокнот, все будет работать ).

Разархивированную версию форум не принимает из-за расширения.
 

Anatoliy

Верной дорогой идете товарищи !!!
Откуда
Севастополь
Может скинете не архивированно на адрес?Есть интерес к этой теме 
А что за интерес у Вас?
По той программе слишком малая потребная мощность получается.
Вам надо просто коллекционировать программы, или Вы хотите что то точнее посчитать?
Мне кажется, что автор программы не учитывает скорость воздуха в плоскости винта и отклонение вектора подъемной силы на лопасти относительно оси вращения или плоскости вращения.


Попутно у меня вроде бы как у дилетанта возникает вопрос.
Что такое КПД воздушного винта?
Это та часть производимой полезной мощности воздушным винтом вдоль оси его вращения по отношению к подводимой мощности?
Если это так, то с ростом скорости КПД будет падать.
Или это та часть производимой ПОЛЕЗНОЙ мощности по сравнению с идеальным процессом без потерь?
 
D

DesertEagle

По той программе слишком малая потребная мощность получается.
Основная неточность возникает из-за того, что в программе не учитывается распределение коэфф. Cy по размаху, который как известно, уменьшается к концу крыла. А так как наибольшая воздушная скорость при вращении ротора получается как раз на кончике лопасти, то эти два фактора в сумме действительно могут привести к большой погрешности. Оценить которую я пока не возьмусь ).

У вертолета Глухарева, если не ошибаюсь, были два пропановых двигателя на концах лопастей, каждый с тягой 9 кг. И этого было достаточно для зависания ранцевого вертолета с обычным вертолетным ротором (хорда, диаметр, частота вращения). А учитывая намного меньшую частоту вращения у обсуждаемого здесь типа вертолета, и как следствие, меньшую потребляемую мощность, то думаю что выдаваемая программой потребная тяга каждого двигателя на уровне 5 кг (на зависании, значит для подъема нужен хотя бы 50%-100% запас), должна быть недалека от реальности даже учитывая погрешности расчета.

Что такое КПД воздушного винта?
Это та часть производимой полезной мощности воздушным винтом вдоль оси его вращения по отношению к подводимой мощности?
Верно, я подразумевал именно этот вариант. Если воздушный винт на скорости V [м/с] создает тягу T [Н], то он генерирует полезную мощность P = V*T [Вт]. При этом он потребляет от двигателя мощность P1. Тогда кпд винта на данной скорости будет n = P/P1. И согласно расчетам по программе PropSelector (не моей =)), в авиамодельной размерности на скорости полета модели 10 м/с (36 км/час) кпд распространенных винтов около 50%, но на скорости 15 м/с (54 км/час) уже может достигать 70%, а на 20 м/с (72 км/час) под 80%. Дальнейший рост скорости полета уже не так сильно сказывается на эффективности винтов, поэтому не рассматривал.

Впрочем, я в вертолетах не силен, могу ошибаться =). Мне просто доступна технология изготовления такого ротора (расчет, построение выкроек и пошив), поэтому если все сложится удачно с комплектующим и свободным временем, то почему бы и не попробовать? Попытка не пытка, а опыт обещает быть интересным, все таки вертикальный взлет, да еще такими простыми и доступными для самодельщика средствами )). Даже никаких токарных и фрезерных работ не потребуется, все собирается на коленке из готовых материалов - труб и авиамодельных 50 сс движков с радиоуправлением (или с помощью проводного сервотестера, если сделать/найти подходящий кольцевой токосъемник).

Потенциальная технология изготовления, доступная далеким от технических возможностей людям - это как мне видится, единственное достоинство подобного аппарата. Ну и еще разборность до пакета 1.5-2 м. И конечно дешевизна, которая хоть и изрядно портится стоимостью авиамодельных моторчиков, но вроде в 500$ (2*150 за двс моторы, 100 лонжерон и 100 ткань) за весь аппарат уложиться можно, если постараться. Что для какого-никакого, но вертолета, довольно забавно само по себе, имхо =). Если оно вообще способно летать, конечно.
 

Anatoliy

Верной дорогой идете товарищи !!!
Откуда
Севастополь
Основная неточность возникает из-за того, что в программе не учитывается распределение коэфф. Cy по размаху, который как известно, уменьшается к концу крыла. А так как наибольшая воздушная скорость при вращении ротора получается как раз на кончике лопасти, то эти два фактора в сумме действительно могут привести к большой погрешности. Оценить которую я пока не возьмусь ).
У меня так получается.
 

Вложения

D

DesertEagle

У меня так получается. 
Если я правильно понял цифры на картинке, то для ротора диаметром 10 м и хордой 60 см, для создания подъемной силы 120 кг на оборотах 40 об/мин и угле атаки 10 градусов, требуется мощность на валу 10 л.с.. Или судя по моменту, два двигателя на концах лопастей, каждый с тягой 17 кг на скорости 21 м/с.

Что ж, это печально, потому что с учетом кпд винтов, это потребует двух двигателей по 10 л.с. каждый (суммарная около 20 л.с.), что для бензиновых авиамодельных движков недоступно. Стокубовые оппозиты, которые декларируются как 10-11 л.с., на самом деле имеют всего 6-7 л.с. и тягу около 12-14 кг, да и цена их каждого по 500$ вместо 150$ за 50сс. Только я не понял, сколько лопастей на скриншоте, две или четыре? Смущает "n=4".

По моей проге ротор 10 м с хордой 60 см на оборотах 40 об/мин создаст тягу всего 43 кг (а с 4 лопастями 87 кг). А для подъемной силы 120 кг придется двухлопастный раскрутить до 67 об/мин и потребляемая мощность будет 7 л.с..

Расхождение результатов расчета, имхо, слишком большое. И так как я не сомневаюсь, что вы на свою программу потратили намного больше времени (я свою писал полчаса или около того =)) и учли больше нюансов, то буду искать ошибки в своей программе. Как минимум, нельзя игнорировать распределение Cy по размаху и индуктивное сопротивление.
 

Anatoliy

Верной дорогой идете товарищи !!!
Откуда
Севастополь
Как минимум, нельзя игнорировать распределение Cy по размаху и индуктивное сопротивление. 
Если обратите внимание, то там есть показание момента на валу несущего винта:  М = 176,1137 кг*м.
Теперь на счет угла атаки.
Действительно угол атаки равен 10,848 градуса, но установочный угол лопасти при этом будет уже 20,9 градуса.
Лопастей точно 4, а чуть выше указана высота полета 500 метров над уровнем моря при температуре воздуха на этой высоте плюс 15 градусов.
Можно было указать ширину лопасти и по более, но я остановился на этом.
В правом верхнем углу указан тип профиля. Я в этой программе специально использую характеристики профиля с самым плохим качеством поверхности которое дает программа JavaFoil, но зато есть конструкторский запас при нормальном изготовлении лопастей, и всегда в плюс.

Теперь можно посмотреть в программе распределение коэффициента Су по участкам лопасти в трехмерном представлении или в двухмерном ( белая линия графика это  тот расчетный случай).
 

Вложения

P

potsulko

... Дело в том, что на такой площади (суммарная площадь лопастей около 25 м2!) и такой конструкции крыла, конец лопасти можно закручивать без ущерба для остального крыла...
Будет некоторое (непостоянное) запаздывание управляющего действия и реакции крыла, плюс будет накладываться плохо прогнозируемая упругость крыла. Будет проще фиксировать крыло (винт) стропами не только по размаху, а и по углу установки. Все остальное в силе.
 

navigatorov

Все что должно летать должно летать и должно лета!
Откуда
Ногинск
Ну очень любопытная тема!! Интересны результаты экспериментов :question
 

viache

Я люблю строить самолеты!
На ответ№27.     Летом товарищ испытывал китайский авиамодельный двигатель(25 тыс. руб) V=50см куб. ,N=10л.с., n=10000об/мин.,m=2,5 кг с винтом D=500 мм. и получил тягу F=20 кГ.
 
D

DesertEagle

Я ошибся! V=100 см куб.
Причем о двухцилиндровом оппозите =). И обороты 10000 об/мин это что-то близкое к рекорду, потому что их штатные обороты около 6000-6300 об/мин и мощность, соответственно, порядка 6-7 л.с. при стат. тяге около 12-15 кг. Но оппозиты, имхо, для такой цели не очень годятся из-за большего веса и цены (не менее 500$ без доставки за один мотор, китай). Поэтому в бензиновом варианте из серийных одноцилиндровых авиамодельных движков максимум на что можно рассчитывать - это мощность порядка 5 л.с. при объеме 80сс. Или около 2-3 л.с. при наиболее массовых моделях 50сс, так как указываемая на сайтах мощность 5 л.с. дл 50сс и 10 л.с. для 100сс оппозитов, как оказалось, не соответствует действительности при штатных оборотах и рекомендуемых винтах.

А вот мощность в кВт, указываемая на сайтах для электродвигателей, судя по всему близка к правде (согласно выдываемым ими оборотов с винтами и потребляемому току). К тому же у электроварианта верхняя граница мощности выше, но при той же цене как у ДВС, время работы получается 3-5 минут, что как бы маловато... Так что это хороший вопрос, какой вариант в данном случае предпочтительнее - двс или электро =).

Еще можно продуть модель в каком-нибудь пакете CFD. Правда, в любом CFD наибольшая сложность возникает как раз с определением сопротивления, поэтому однозначного ответа о необходимой мощности этот способ тоже не даст. Но сравнить с аналитическими расчетами было бы интересно.
 

viache

Я люблю строить самолеты!
См. http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1152199262/780 и далее ссылку на №782
 

henryk

Я люблю строить самолеты!
Откуда
Krakow
Кстати, по критерию: - удельная тяга умнож. на корень из удельной нагрузки на ометаемую пл. (здесь 24,8 ) схема вполне работоспособна.
" удельная тяга умнож. на корень из удельной нагрузки на ометаемую пл."

=это не формула на "Коэфф. Летучести ВМУ" ?

=может знаете,откуда она взядась ???

ЗЫ=Владимир Топоров проводил успешные эксперименты с самовращением
крыльев...


=Раздел 2.8
 
Вверх