Рекорд скорости для поршневых или не все так просто.

[KAA]

Интересно, а как вы убедились, не зная параметров моего крыла? Попробуйте еще раз. Размах 3м, хорда 0,8м, профиль CLARKYSimm, Сх=0,005. И хорду еще можно уменьшить.

Вначале были другие данные-

Размах крыльев прямоугольного крыла 4,3м. Хорда 1м. По концам крыла два винта диаметром по 3,4м. Вал от двигателя

Я для прикидки принял Сх кр=0,01(не думаю,что принципиально ошибся),и получил ответ для себя.Больше спорить по вашему проекту не вижу смысла.На вас Denisa не хватает! ;D
Кстати,я как раз влез в споры,потому как ваш фанатастический прожект интересен в принципе.Своей нетрадиционностью.И затаптывать вас не собирался,хотел лишь показать,что для определения реальности прожекта достаточно 1 традиционной формулы.
Сх дирижопля Л-59 вычислено через площадь миделя.Его диаметр 23м. :-X

 

[Lev]

Что до меня, то мне кажется, что максимальный вклад в сопротивление на высокой скорости у Вашего самолета будет не от фюзеляжа, крыла или оперения, а от трехметровых винтов - вот где темный лес... Впрочем, я не профессионал и это мои личные опасения, основанные только на интуиции (можно не принимать во внимание)...
Конечно. КПД моего большого винта на скорости 880 только 57,6%, хотя винт меньшего диаметра, оптимизированный для этой скорости, может иметь КПД более 90%. Однако для взлета с таким маленьким винтом требуется большое (вернее нормальное) крыло, которое вообще ставит крест на возможности достижения скорости 880 с маленьким поршневым двигателем.

Я вообще-то имел в виду нечто иное... КПД винта, о котором Вы говорите - в общем случае отношение полезной работы (или той, какую мы СЧИТАЕМ затраченной полезно) ко всей затраченной...
Для винта все эти КПД - вещь в себе ( а что считать затраченной полезно? энергию закрученного воздуха? тягу? так ведь тяга - это сила,ФИЗИЧЕСКИ совершенно другая величина и с энергией никаким образом не связана - меняя диаметр винта, при той же мощности можно получить в статике практически любую тягу...)...
  Я подразумевал примерно следующее... Если просто раскрутить винт (детская игрушка - ветрянка, или вертолет на авторотации, или просто автожир), то он будет опускаться довольно медленно...
По сути, это сопротивление для воздуха, которое кроме всего прочего зависит от площади круга, который описывает этот винт (так называемая ометаемая площадь)... Так вот, мне сдается, что эта ометаемая площадь и ее сопротивление присутствуют всегда при полете самолета...
 Хотя для меня винты - дело темное, сам хотел бы разобраться, почему и сказал, что это только мои личные опасения...

 

[legO]

Добрый день всем!

@ ingener

Вы замахнулись на весьма сложную задачу, достойную приложения всех возможных и невозможных усилий. Успехов Вам в этом!
Лично у меня ваши идеи и выкладки пока вызывают больше сомнений, чем уверенности в успехе, а там кто знает.
Порылся у себя в компе, нашел несколько книг по аэродинамике и воздушным винтам, если у Вас их нет, вполне могут пригодиться
http://narod.ru/disk/7146486000/Props.rar.html
http://narod.ru/disk/7146693000/Ostoslavskiy.rar.html
http://narod.ru/disk/7147124000/Aerodynamyc.rar.html

 

[ingener]

Для винта все эти КПД - вещь в себе

Ничего сложного. Речь идет об отношении мощности, передаваемой самолету к мощности, подводимой к винту. Полный КПД равен произведению профильного КПД, учитывающего аэродинамику обтекания лопастей воздухом, на осевой КПД, учитывающий отношение скорости полета самолета к скорости потока в плоскости винта. Естественно при нулевой скорости осевой КПД равен нулю и растет вместе с скоростью полета. Профильный КПД зависит от условий обтекания лопастей воздухом. Он максимален в случае, если каждое сечение лопасти по радиусу винта находится на самом выгодном угле атаки и при этом шаг винта минимально возможный. При большом шаге винта много мощности тратится на закручивание потока. В большинстве случаев оптимум для определенной скорости достигается при скорости конца лопасти около 250м/с и максимально возможном диаметре винта. Диаметр винта ограничивают конструктивные соображения - необходимость применения высоких и тяжелых стоек шасси и невозможность обеспечить прочность и жесткость для очень длинных и тонких лопастей. Но часто срабатывает и другое ограничение - чем больше диаметр винта, тем уже диапазон скоростей, в которых его профильный КПД имеет приемлимое значение из-за невозможности обеспечить приблизительно одинаковые углы атаки по длине лопасти. Очень часто получается, что в начале разбега концы лопасти работают на околосрывных углах атаки, а часть лопасти у втулки - на отрицательных, тормозя самолет. Естественно, результирующая тяга получается далекой от возможной. Для устранения этого нежелательного эффекта иногда приходится выбирать диаметр винта даже меньше, чем позволяет конструкция самолета.  Все эти пропфены, винтовентиляторы и импеллеры от тупых попыток решить задачу в лоб, по учебникам. Если решать ее оригинально, по-моему, то можно сэкономить миллионы тонн керосина.

Я применяю в приводе винта 2-3 ступенчатую коробку передач. Это позволяет не только очень сильно расширить диапазон скоростей, в которых винт работает с высокой отдачей, но и выбрать гораздо больший диаметр для высоких скоростей. При этом шаг винта получается очень большим и значительная часть мощности двигателя уходит на закручивание потока. Но выбранная компоновочная схема позволяет вернуть часть мощности из закрученного потока. У меня крайние лопасти увеличивают эффективное удлинение крыла, а внутренние лопасти создают восходящий поток, движущийся вместе с самолетом, в котором планирует основное крыло. То, что расчет винта у меня дает низкие значения КПД на высокой скорости в диапазоне 50-64% меня не смущает, так как получается что крыло не только не имеет индуктивных потерь, а даже наоборот, на некоторых режимах имеет индуктивные приобретения. Конечно, они берутся не ниоткуда, а из мощности, затраченной винтом на закручивание потока.
И все равно, в любом случае при околозвуковых скоростях большое закручивание неизбежно, чтобы не доводить скорость концов лопастей до звуковой. Так у меня оно хотя бы используется с толком. А написанная мной программа расчета винта помимо обычного расчета позволяет оптимизировать параметры винта и передаточные числа трансмиссии в широком диапазоне скоростей. Если бы американцы в своем Оспрее существенно меняли обороты винта, они бы не сидели с ним в такой заднице. У них винт получился отличным средством для рассеивания денег налогоплательщиков в воздухе.

Порылся у себя в компе, нашел несколько книг по аэродинамике и воздушным винтам, если у Вас их нет, вполне могут пригодиться

Большое спасибо. Конечно пригодятся. Во всяком случае именно таких у меня нет.

 

[Lev]

Ничего сложного. Речь идет об отношении мощности, передаваемой самолету к мощности, подводимой к винту. Полный КПД равен произведению профильного КПД, учитывающего аэродинамику обтекания лопастей воздухом, на осевой КПД, учитывающий отношение скорости полета самолета к скорости потока в плоскости винта.

 Мне бы Вашу уверенность... 🙂... Формулы эти и этот подход мне в общем-то знаком... Только вот что меня обычно смущает...
С точки зрения законов природы (классическая механика) для равномерного прямолинейного движения затрат энергии вообще не требуется... Энергия тратится ТОЛЬКО на преодоление трения, то есть аэродинамика, и сведение этого трения к минимуму - в руках конструктора...  Сами ведь прикидывали - на преодоление трения Вам требуется всего-то около 30 кГ тяги (если я не ошибаюсь), а собираетесь расходовать на это всю мощность двигателя... Стоит об этих вещах задуматься - и все становится не так просто...

 

[ingener]

Сами ведь прикидывали - на преодоление трения Вам требуется всего-то около 30 кГ тяги (если я не ошибаюсь), а собираетесь расходовать на это всю мощность двигателя... Стоит об этих вещах задуматься - и все становится не так просто...

На текущий момент баланс у меня установился на 44кГ тяги и еще будет уточняться. Когда речь идет не просто о полете в воздухе, а о достижении максимальной скорости, то практически вся мощность уходит на преодоление вязкостного трения. Отсюда вывод - у скоростного летательного аппарата по возможности не должно быть частей, имеющих скорость, существенно превышающих скорость самого аппарата. Этого я и добился в своей конструкции. У меня расчетная скорость аппарата 244м/с, а скорость концов лопастей 246м/с при 175 оборотах винта в минуту. По сути это махолет с машущими консолями, а не самолет с двумя винтами.

 

[ingener]

Вначале были другие данные

Так это само собой. Пока у меня нет Сх будущего самолета, у меня нет его основных размеров. А пока нет размеров, невозможно точно посчитать Сх. Прийти к окончательному варианту можно только методом последовательных приближений. А так как мне неизвестны существующие практические наработки в этом направлении, то начинать приходится издалека.

Сх дирижопля Л-59 вычислено через площадь миделя.Его диаметр 23м. :-X

Жаль, что вычислено. Интереснее было бы знать измеренное. Но все равно спасибо.

 

[Lev]

Сами ведь прикидывали - на преодоление трения Вам требуется всего-то около 30 кГ тяги (если я не ошибаюсь), а собираетесь расходовать на это всю мощность двигателя... Стоит об этих вещах задуматься - и все становится не так просто...

На текущий момент баланс у меня установился на 44кГ тяги и еще будет уточняться. Когда речь идет не просто о полете в воздухе, а о достижении максимальной скорости, то практически вся мощность уходит на преодоление вязкостного трения. Отсюда вывод - у скоростного летательного аппарата по возможности не должно быть частей, имеющих скорость, существенно превышающих скорость самого аппарата. Этого я и добился в своей конструкции. У меня расчетная скорость аппарата 244м/с, а скорость концов лопастей 246м/с при 175 оборотах винта в минуту. По сути это махолет с машущими консолями, а не самолет с двумя винтами.

  Ну что ж... Берем кулькулятор  🙂:
244*44/75= 143,15 лошадей
при условии КПД преобразования винта 100%...
А что? Может получиться...
                                  Успехов!

 

[ingener]

А что? Может получиться...
                                 Успехов!

Конечно может. А может быть и не может. Расчеты - странная штука. Вот например составил я в экселе табличку для расчетов сопротивления крыла через сопротивление плоской пластинки по Чудакову М. В. Подставляю разные значения при постоянном миделе крыла и вот что получаю:

хорда                 0,8      0,4       0,2       0,1
Отн толщ проф    0,1      0,2       0,4       0,8
Сх к миделю      0,066   0,0448  0,0376 0,0401

Получается, что Сх почти цилиндра почти равен сопротивлению капли и меньше, чем сопротивление обычного профиля! Спрашивается, с каких значений формула начинает сильно врать?
Еще интереснее с фюзеляжем при миделе 0,275:

Длина фюзеляжа  8            4          2         1
Сх к миделю        0,155      0,077    0,043   0,028

Что-то я нигде не видел таких выгодных коротких фюзеляжей и толстых крыльев наоколозвуковых скоростях. Брешет формула, только неясно где и насколько, потому и интересуюсь реальными, измеренными Сх. Рисковать несколькими годами своей жизни, доверившись приблизительным расчетам,  не хочется.

 

[Lapshin]

Брешет формула, только неясно где и насколько, потому и интересуюсь реальными, измеренными Сх.

- Дело было не в бобине - раздолбай сидел в кабине.(с)
- На зеркало неча пенять,коли рожа крива(с).
Писано-переписано,что,если досконально не разбираться в физике процесса - отличить верный результат расчета от ошибочного на порядки практически невозможно и в этом случае можно лишь по шагам следовать наработанн6ым методикам или опираться на результаты натурных или модельных экспериментов.          
Учитесь любые расчеты проверять на соответствие законам сохранения - и будет вам щастье.Формулы-то все с этими законами согласуются.

 

[Байкал]

а скорость концов лопастей 246м/с при 175 оборотах винта в минуту

 ЧЮДО-ООО!!! ;D

 

[ingener]

- Дело было не в бобине - раздолбай сидел в кабине.(с)
- На зеркало неча пенять,коли рожа крива(с).

А что вам еще остается говорить, если по сути ничего сказать не можете? 🙂

Писано-переписано,что,если досконально не разбираться в физике процесса - отличить верный результат расчета от ошибочного на порядки практически невозможно и в этом случае можно лишь по шагам следовать наработанн6ым методикам или опираться на результаты натурных или модельных экспериментов.          
Учитесь любые расчеты проверять на соответствие законам сохранения - и будет вам щастье.Формулы-то все с этими законами согласуются.

А вы сами-то умеете проверять расчет Сх, основанный на эмпирических графических зависимостях, на сохранение энергии? Вот то-то и оно. Зачем тогда ляпать невпопад?

 

[ingener]

а скорость концов лопастей 246м/с при 175 оборотах винта в минуту

 ЧЮДО-ООО!!! ;D

Совершенно верно, чудо. Но чудо, которое легко внедряется в практику при должном умении. Пока в привод трансмиссии не поставишь коробку передач, наблюдать его невозможно. При 175 оборотах в минуту невозможно разогнаться до скоростей, на которых наблюдается это чудо. Потому что на старте из него при 175об/мин можно выжать только приблизительно 13кГ тяги. (и то, если шаг поменьше выбрать, но тогда он до высоких скоростей вообще не разгонится) А вот если на старте крутить его на 1000об/мин, то тяга одного получается 360кГ, достаточных для вертикального взлета. Все легко проверяется. Винт изменяемого шага диаметром 3 метра, 5-ти лопастной, относительная хорда 0,033, шаг 75м, начальный угол установки лопастей -61,83 градуса, угол установки на скорости 880км/час и плотности воздуха 0,52кГ/м^3  0,49 градуса, подводимая мощность 130л.с.
Вот такое вот рукотворное чудо. Можете проверить. Программ для расчета винтов - море. Надо шажать всего несколько кнопок.

P.S. На сегодняшний момент баланс тяги и сопротивления достигнут только на скорости 820км/час и высоте 8000м при 52кГ. Нужно или  в конструкции еще что-то урезать или двигатель еще форсировать. Но самый легкий путь - найти устраивающие меня коэффициенты Сх или хотя бы формулы для его расчета.  🙂

 

[KAA]

Жаль, что вычислено.

Это сделали до меня,ещё "тогда"....

Но самый легкий путь - найти устраивающие меня коэффициенты Сх или хотя бы формулы для его расчета.

Схр0=0,0077(крыло "Мустанга")автора не устроит,поскольку вычислен
через площадь крыла.Сх КРЫЛА,отнесенный к миделю вряд ли удасться найти вообще,потому как им не пользуются!
Подозреваю,что автор проекта расчитывает Х самолета по СНиП 2.01.07-85! ;D 😀

 

[ingener]

Схр0=0,0077(крыло "Мустанга")автора не устроит,поскольку вычислен
через площадь крыла.Сх КРЫЛА,отнесенный к миделю вряд ли удасться найти вообще,потому как им не пользуются!

Многовато, надо меньше!  🙂
Я себе насчитал 0,0075!
А зачем искать отнесенный к миделю, когда можно наийти площадь крыла, относительную толщину профиля и самому отнести.  Это нетяжело. Но и не обязательно. Можно просто просуммировать силы сопротивления. Это логичнее. Но дело не в каких-то фиксированных значениях, а в сборе статистики для обобщения уже существующего практического опыта. Ведь вся аэродинамика по сути это наука о подобии. Вот я и ищу что-то подобное.

P.S. уменьшил диаметр винта до 2,8м. Это дало увеличение тяги на скорости 840км/час до 54,7кГ  за счет уменьшения тяги на взлете до 706кГ. Сила сопротивления на этой скорости 54кГ. Так что до рекорда 850км/час осталось совсем немного. Попробую еще уменьшить винт, потому что много топлива в крыло уже не влазит и взлетный вес можно уменьшить.

 

[ingener]

Есть! Мировой рекорд скорости по предварительным расчетам побит!
:~) :~) :~)
После уменьшения диаметра винта до 2,4м и чистого размаха крыла до 2,4м и снижения тяги на взлете до 632кГ на скорости 880км/час и высоте 8000м получены тяга 57,87213287кГ и сила сопротивления 54,77111161кГ.

Сбылось пророчество великого Bulagena!:

Далее рекорд скорости можно будет поставить на высоте не менее 8000 м. Как обстоят дела с кислородным оборудованием?

Теперь расчеты надо проверять и уточнять.
🙁 🙁 🙁

Вот сводка расчетных данных:
Высота      м          8000
Барометрическое давление      Па      35496,37
Плотность      кг/м3      0,525
Температура      К      236,14
Кинематическая вязкость      м2/с      0,00002799
Скорость звука      м/с      308
Скорость полета      м/с      244,4444444
Число Маха            0,793650794

Размах крыла (чистый)      м      2,4
Хорда крыла      м      0,6
Относительная толщина крыла            0,15
Длина фюзеляжа      м      3,5
Высота фюзеляжа      м      0,7
Ширина фюзеляжа      м      0,5
Площадь оперения      м2      0,8
Площадь крыла      м2      1,74
Мидель крыла      м2      0,216
Мидель фюзеляжа      м2      0,27491625
Сила сопротивления крыла      кГ      17,47221901

Число Re крыла            5239966,655
Число Re Фюзеляжа            30566472,15
Коэф. трения плоской пластины для крыла (табл)            0,0045
Коэф. Проф. Сопр. Гладкого крыла            0,007882696
Дополнительные вредные сопротивления крыла            0,001
Коэф. лобового. Сопр. изолированного крыла            0,008882696
Коэф. Интерференции крыла с фюзеляжем            0,85
Коэф. лобового. сопр.  крыла            0,007580921
Коэф. лобового. сопр.  крыла к миделю крыла            0,050539476

Коэф. трения плоской пластины для фюзеляжа (табл)            0,0027
Удлинение фюзеляжа            5,833333333
Удлинение носовой части фюзеляжа            4,666666667
Коэф. толщины фюзеляжа (табл)            1,14
Коэф. Сжимаемости воздуха для фюзеляжа (табл)            1,16
Коэф. лобового сопр фюзеляжа к поверхности            0,00357048
Коэф. лобового сопр фюзеляжа к миделю            0,06792651
Сила сопротивления фюзеляжа      кГ      29,88844286

Мидель оперения      м2      0,048
Сх к миделю            0,06
Сила сопротивления опрения      кГ      4,60952381
Мидель редукторов винтов      м2      0,025
Сх редукторов к миделю            0,07
Сила сопротивления редукторов      кГ      2,800925926

А вот тут и табличка в Экселе с формулами, с которой это скопировано:
http://paraplan.ru/forum/files/2004/976180048.xls

 

[KAA]

После уменьшения диаметра винта до 2,4м и чистого размаха крыла до 2,4м  

Ф-жа уже нет!
Сжимаемости воздуха для крыла также!  😛

 

[ingener]

Ф-жа уже нет!  

Нет, еще немножко осталось. Правда пилота придется в него ногами утаптывать, но ктож смотрит на такие мелочи, когда речь идет о мировом рекорде? Во всяком случае я собираюсь в него влезть при своих 185см и 120кг. И еще немного места останется для размещения турбонаддува, спассистемы, аккумулятора и компьютера с контроллерами и приводами.

Кстати, никто не подскажет адрес магазина, высылающего Солидворкс недорого? А то рисовать на Автокаде уже некошерно.

 

[KAA]

Многовато, надо меньше!Улыбка
Я себе насчитал 0,0075!

Это сопротивление реального крыла Р-51,которое намеряли в ЦАГИ,имеющего какую-то зону ламинарного обтекания.
У вас-то оно спошь турбулентное!

 

[orkaan]

Парни, по  теории, винт вырождается и становится не эффективным уже при 700-750км/ч.
Дальше - эра реактивных двигателей. Хотя теоретически, на бумаге, можно добиться любой скорости 😉
850км\ч - этот рубеж могут преодолеть мечтатели теоретики вроде Вас. Или я не прав?
Как говорят, мечтать не вредно. ;D