Соосные винты

vert

Я строю вертолеты!
Откуда
Южный Урал
mycrad писал[highlight]Второй возд. винт работает в возмущённом потоке и поэтому его собственный кпд. может быть меньше переднего.
Не знаю как Вам, а мне не важно какой винт и с каким КПД работает, мне важен результат.[/highlight]
   
Результат плохого к.п.д. второго винта  в возмущенном потоке - и есть его пониженная тяга.
А то, что концевая часть лопасти работает в чистом потоке из-за подсоса воздуха извне, а остальная -  в возмущенном разношерстном потоке от первого винта – все и портит.
В ответе  #96  дана  ссылка на книгу и страницы, где дана методика расчета  соосных  винтов и результаты испытаний  в ЦАГИ, где и объясняется эти выводы - соосные  винты рассчитываются, как обычный винт с двойным заполнением (т.е. с двойным  количество лопастей). Могу выслать книгу на эл.почту.
     Повышение к.п.д. за счет раскрутки сосной струи при наших (СЛА-шных) удельных нагрузках на ометаемую площадь винта - очень мизерно,  в отличии  от  ТУ-114.
Про ширину лопастей - естественно в определенных пределах. Иногда на практике  двухлопастной,  ближе к оптимальному заполнению (отношении площади лопастей к  ометаемому  диску) дает тягу больше, чем трехлопастной с узкими лопастями. Конечно, лопата с малым удлинением будет иметь большие концевые потери, тут все бесспорно.
  В большой авиации количество лопастей оптимизируется из весового и экономического расчета. Т.е. определяется вес и стоимость многолопастной втулки винта и всех лопастей. По аэродинамике ( в наших размерностях)- десятилопастной  винт  всегда лучше трехлопастного ( с одинаковым заполнением), а в стоимости  и весе конструкции - нет.  В СЛА из экономии  даже  используют одни и те же лопасти на трех и пятилопастных винтах, изменяя только втулку. Что из аэродинамики – абсурдно  (крутки лопастей должны быть разные  на разной редукции).
Соосные винты могла позволить себе могучая военная экономика СССР, где денег не считали. Вспоминается  известное выражение Генерального конструктора КБ  Миля - М.Н.Тищенко при разработке военного Ми-26 :  "Если сделаете вертолет на 10% легче, можете делать его в  10 раз дороже.!!!).   Мировая  рыночная экономика на это не шла,  и сейчас  не идет.
  На мой взгляд, из  самодельщиков  редко кто занимается расчетом и изготовлением винтов под свой аппарат и мотоустановку.  Обычно берут из того, что ближе подходит, поэтому и получается такая разница.
  Снимаю шляпу перед изготовителем данной   соосной  СУ - очень сложная и трудоемкая работа. Бесспорны ее  преимущества в полете, из-за отсутствия реактивного и гироскопического момента,  из-за этого комфорта  и ставят на маневренные глиссеры при большой мощности и зажатом диаметре.
Но повторюсь, на мой взгляд, если стоит задача -  получить  результат по тяге, проще -изготовлением оптимального  одиночного винта к этой СУ.
 

mycrad

интересно - кто там за облаками?
Как-то на Колыме, видел аэроглиссер промышленного изготовления, его изготовило КБ "Туполева".
В этом небыло бы ничего необычного, если бы не воздушный винт, применённый на том агрегате. Двигатель на глиссере стоял звездообразный, мощностью 360л.с. (не уверен. но кажется от самолёта "ЯК"), а вот воздушный винт был диаметром 1м80см!!!!. И винт не простой, а как мне тогда его обозвали: "Щелевой"! На одном валу стояли два воздушных винта, которые крутились в одну сторону и между собой скреплены неподвижно. Не помню точно, но первый винт был с непомерно-широкими лопастями (оба винта - двухлопастные), а лопасти второго винта были на много уже лопастей первого. В разрезе это действительно напоминало щелевое крыло. Вес аэроглиссера был около двух тонн. Он легко выходил из воды на лёд, и довольно уверенно шел по тундре,(днище было покрыто фторопластом). На тот момент мне никто из спецов не смог сообщить данных о тяге и т.д. Больше мне не попадалась на глаза техника, в которой бы применялся подобный воздушный винт (не идёт речь о водяных гребных винтах)
 

mycrad

интересно - кто там за облаками?
  В СЛА из экономии  даже  используют одни и те же лопасти на трех и пятилопастных винтах, изменяя только втулку. Что из аэродинамики – абсурдно  (крутки лопастей должны быть разные  на разной редукции).
Это если редукцию меняют. Но поскольку, обычно,увеличивают количество лопастей по причине "лёгкости" имеющегося воздушного винта, то крутку изменять нет необходимости.
Потому, что крутка больше зависит от потребного шага винта и немного от его оборотов. Правда самодельщики не всегда осмысленно изменяют характеристики винта (как Вы правильно заметили - обычно подбирают по аналогии двигателя или аппарата)
 

mycrad

интересно - кто там за облаками?
Мало вероятно, что в случае с соосной схемой, правильным будет применение абсолютно-одинаковых воздушных винтов по шагу и относительной ширине лопасти, которые отличаются только направлением вращения. Потому, что на второй винт, поток набегает под другим углом, к тому же ещё этот поток и "возмущенный".
 

mycrad

интересно - кто там за облаками?
Результат плохого к.п.д. второго винта  в возмущенном потоке - и есть его пониженная тяга
Она ещё пониженная и потому, что второй винт "толкает" воздушный поток, который и так уже "движется назад", а значит, чтобы второй винт мог как-то приблизиться по эффективности к первому - ему нужно увеличить шаг на столько, чтобы поток на него набегал под углом  близким к углу "набегания" на первый винт. Это , на мой взгляд, можно решить или простым увеличением геометрического шага второго винта - это технологически, самый простой выход. Или увеличением его оборотов по сравнению с первым(что технически сложнее и к тому же придётся всё менять в "конструкции" второго воздушного винта. по той причине, что он будет работать уже совсем в других условиях).   
 

mycrad

интересно - кто там за облаками?
Возможно есть смысл второй винт устанавливать с большим, чем у первого количеством лопастей, но лопасти должны иметь при этом меньшую относительную ширину.
 

mycrad

интересно - кто там за облаками?
KAA сказал(а):
Для наших условий-скорее наоборот,ибо задний винт работает при значительно большей отн. поступи,что даёт возможность получить больший КПД
Не согласен - если конечно мы говорим об одном и том же.
Задний винт как раз и работает с меньшей относительной поступью, если не увеличить его геометрический шаг.
KAA сказал(а):
Это одни и те же лопасти,установленные под разными углами. КПД такой,что со специально спроектированными лопастями,постараться надо...
Любая лопасть выдаёт свой максимальный КПД , только при строго определённом угле установки. (Не путать с КПД винтомоторной установки).
 
Мало вероятно, что в случае с соосной схемой, правильным будет применение абсолютно-одинаковых воздушных винтов по шагу и относительной ширине лопасти, которые отличаются только направлением вращения. Потому, что на второй винт, поток набегает под другим углом, к тому же ещё этот поток и "возмущенный".
В ответе №68 на фото  лопасти изготовлены под заказ  по  теоретическим  расчетам  специалистом по винтам из  КБ  Антонова.  В основе  обращалось  внимание  на  условия  при  которых  эффективно  работают  соосные  винты ,это  одинаковый  диаметр переднего  и  заднего  , одинаковые  обороты , и самое  удивительное  одинаковые  установочные углы . Установил   расчетные  винты  на  СУ  начал  эксперементы , наступая  установочным  углом  пер. винта  в сторону увеличения  тяга падала  и обороты  падали,  уменьшая угол  атаки переднего , обороты  подымались - тяга  уменьшалась. Та же  картинка  с  задним винтом ,практически  теория  подтвердилась  оба  винта  стали  на одинаковые  уст. углы  и  выдали  максимальную  эффективность . На  маломощных двигателях до  100л.с. сложно применять два  трехлопастных  винта ,   наложить  два графика  потребления мощности  двух  винтов на дросельную х-ристику двигателя- проблематично . Остается  уменьшать  кол-во лопастей .  Пробовал  сочетать  3 :2лопасти , звук  по  частоте похож  на АН-2 . На перелетах до  100 км. надоедлив. Частотное  сочетание  3:3  приятнее , я бы  даже  назвал  бархатным , при  такой конфигурации  малые  установочные  углы  ведут  к  вырождению  уже  около  100 км.ч. Кардинально  картина поменялась , установив  все  это  на  Автожир на  130 л.с. В  сочетании  стакой  мощностью  реализация  данной  схемы  производится  сполна .  Хочу  отметить  заметнуюю  экономичноть данной  С.У. Выполняя  одинаковую  работу  с  одной  точки  два  единтичных  Л.А.  в тех  же климат.условиях  расход  топлива  с  расчета  на  1 га. выполненных  работ  составил  : одноосный  -  240-260 гр.  А-95  соосный  140-160 гр.   Безспорно  соосная  С.У найдет  свое  применение , в жизни  малой  авиации , где  приоритетным  выбором  станут  качества : отсутствие  реактивного момента , экономичность , конструктивное  ужатие  диаметра ,  без  потерь  тяговооруженности.
 

KAA

Ненавижу Солидворкс!
KAA писал(а) 23. Ноябрь 2011 :: 20:53:

Для наших условий-скорее наоборот,ибо задний винт работает при значительно большей отн. поступи,что даёт возможность получить больший КПД
Не согласен - если конечно мы говорим об одном и том же.
Задний винт как раз и работает с меньшей относительной поступью, если не увеличить его геометрический шаг.
Стоит разобраться. Поступь винта-это то расстояние,которое винт проходит в потоке со скоростью V в осевом направлении за 1 оборот. На =V/n. Так? Относительная поступь (лямбда)=На/D= V/n*D. Так? Отсюда следует,что в диапазоне скоростей от 0 до скорости вырождения переднего винта,отн. поступь заднего будет больше!
Любая лопасть выдаёт свой максимальный КПД , только при строго определённом угле установки.
Бесспорно. Я имел в виду, что и при отличном от этого угле установки,не всё так уж плохо! ;)
 

mz

Я люблю строить самолеты!
Соосные воздушные винты    ,  Труды ЦАГИ

http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1293475498
 

Вложения

mz

Я люблю строить самолеты!
Труды ЦАГИ  1939 год , выпуск 386 , " К вопросу о соосных винтах "     Халезов Д.В.
 

Вложения

mycrad

интересно - кто там за облаками?
одинаковые  обороты , и самое  удивительное  одинаковые  установочные углы . 
Если лопасти отличаются только направлением вращения, то вероятнее всего, что установка их на один и тот же угол атаки - это не  оптимальное решение.
Если вы указали все варианты экспериментов с углами атаки  переднего и заднего винта, то явно не хватает ещё одного варианта - это когда угол установки лопастей переднего винта уменьшить на семь - восемь процентов. а заднего на столько же увеличить. (именно не градусов, а процентов от установленного угла). Потому, что даже теоретически - угол установки лопастей заднего винта должен быть несколько большим, чтобы он мог реализовать столько же подводимой мощности как и первый. При этом аэродинамическая крутка лопастей переднего и заднего винтов должна быть одинакова. (конечно это частный случай т.к. , с моей точки зрения, есть смысл экспериментировать с разным количеством лопастей переднего и заднего винтов и разной относительной шириной лопастей этих винтов) 
 

mycrad

интересно - кто там за облаками?
Отсюда следует,что в диапазоне скоростей от 0 до скорости вырождения переднего винта,отн. поступь заднего будет больше!
Но то, что относительная поступь заднего больше чем переднего,  не означает буквально, что его К.П.Д. больше чем переднего, потому, что большую относительную поступь ему "обеспечивает" именно передний винт. При нулевой скорости движения, у переднего винта и относительная поступь будет равна "0", в то же время значение относительной поступи заднего винта, будет больше нуля!!! Потому что на второй винт , воздушный поток попадает скошенным, что уменьшает фактический угол атаки второго винта. "Уменьшение" угла атаки первого винта происходит тем больше чем больше скорость движения ЛА.(ВПЛОТЬ ДО ВЫРОЖДЕНИЯ). Чтобы эффективность второго воздушного винта, при малых скоростях движения и при работе на "статике" приблизить к эффективности первого, нужно или увеличить его обороты по сравнению с оборотами первого, или увеличить геометрический шаг на угол скоса потока. Это же выходит и из экспериментальных и теоретических данных , приведённых в предложенной выше книге. Правда по мере набора скорости, относительная поступь заднего винта будет приближаться к относительной поступи переднего, вследствии роста эффективности заднего винта, чем и обусловлен рост К.П.Д. соосников на больших скоростях (вероятно с ростом скорости есть смысл уменьшать геометрический шаг второго возд. винта, если он был большим чем шаг первого на старте). Рост КПД с ростом скорости движения связан с тем, что задний винт начинает не только выполнять функцию спрямляющего аппарата, но и начинает работать как самостоятельный возд. винт.(это грубое сравнение, но оно передаёт смысл процесса). Видимо  для малых скоростей ПОЛЁТА, которые присутствуют в СЛА, есть смысл в том, чтобы лопасти заднего возд. винта (при одинаковой с лопастями переднего, круткой) устанавливать на больший угол атаки чем лопасти переднего. Ввиду относительно малых скоростей полёта, не возникнет необходимости изменять угол установки лопастей заднего винта в полёте. Понятно, что в таком случае, с ростом скорости будет возникать, правда не очень существенно, реактивный момент, который у заднего винта будет возрастать с ростом скорости, а у переднего уменьшаться.  Гироскопическое равновесие при этом не нарушается. Если на старте, лопасти возд. винта с одинаковой аэродинамической круткой , установлены на одинаковый геометрический шаг - то первый винт будет забирать на себя большую мощность двигателя, а задний, работая в скошенном потоке от первого винта, будет потреблять меньшую мощность в результате чего общий КПД винтомоторной установки,  не будет максимально возможным. Или я что-то не так понял?
 

KAA

Ненавижу Солидворкс!
Согласен с вами,в целом,однако есть частности,касающиеся работы винтов при малых отн. поступях (скажем,до 0,5)
Потому что на второй винт , воздушный поток попадает скошенным, что уменьшает фактический угол атаки второго винта.
Я считаю (и материалы в ответе №112 подтверждают),что это равнозначно работе заднего винта при значительно большей осевой скорости,что позволяет получить заметно больший КПД. Думаю,что это особенно значимо в случае применения ВФШ и привода винтов от отдельных моторов.
Собственно винтами для такой ВМУ аэроглиссера я сейчас и занимаюсь.
 

mycrad

интересно - кто там за облаками?
Мне кажется, что привод каждого из соосных винтов, отдельным двигателем, только делает видимость упрощения управления и конструкции. Единственный, на мой взгляд, положительный эффект в такой компоновке, так это то, что в случае остановки одного из двигателей - второй продолжает работать с нагрузками не радикально отличающимися от тех, которые на него действуют при работе обоих движков. Но при остановке одного из двигателей, сразу возникает гироскопический и аэродинамический моменты, что резко усложняет управление аппаратом. При работе обоих двигателей на один вал соосного редуктора, такого эффекта нет, при отказе одного двигателя. Но зато есть значительное увеличение нагрузки на работающий двигатель, что сильно снижает эффективность винтомоторной установки, если конечно не изменить редукцию или не изменить шаг винтов на ходу. Понятно, что изменить редукцию в данном случае не представляет ровно никакой сложности, и при этом конструкция установки не сильно прибавит в сложности и весе. А вот если обеспечить изменение шага соосных винтов на ходу - то это и технически сложнее и по весу больше и по затратам выше.  Конечно, вариантов согласования работы двух двигателей на один вал несколько, - тут уж каждый выбирает сам.   Я отдаю преимущество винтам с фиксированным шагом, а если точнее - то моноблочным. Они на много дешевле, и если подойти творчески к передаче мощности на моноблочный винт, то его эффективность трудно превзойти.
 

Anatoliy

Верной дорогой идете товарищи !!!
Откуда
Севастополь
Потому что на второй винт , воздушный поток попадает скошенным, что уменьшает фактический угол атаки второго винта.
На второй (задний по потоку) винт воздушный поток попадает не только скошенным, но и с большей скоростью, что более существенно снижает его удельную тягу.
 

KAA

Ненавижу Солидворкс!
@ Anatoliy
Рекомендую ознакомится с винтовыми диаграммами! И вы увидите,что хороший КПД можно получить  при относительной поступи не менее 0,4 ,а это возможно при наличии осевой скорости. И чем больше,тем лучше (в известных пределах). 
 
одинаковые  обороты , и самое  удивительное  одинаковые  установочные углы . 
Если лопасти отличаются только направлением вращения, то вероятнее всего, что установка их на один и тот же угол атаки - это не  оптимальное решение.
Если вы указали все варианты экспериментов с углами атаки  переднего и заднего винта, то явно не хватает ещё одного варианта - это когда угол установки лопастей переднего винта уменьшить на семь - восемь процентов. а заднего на столько же увеличить. (именно не градусов, а процентов от установленного угла). Потому, что даже теоретически - угол установки лопастей заднего винта должен быть несколько большим, чтобы он мог реализовать столько же подводимой мощности как и первый. При этом аэродинамическая крутка лопастей переднего и заднего винтов должна быть одинакова. (конечно это частный случай т.к. , с моей точки зрения, есть смысл экспериментировать с разным количеством лопастей переднего и заднего винтов и разной относительной шириной лопастей этих винтов) 
На  демонстрационном  фото отв.74. редукция  пер. ступени  2.58. задней 2.0.Возможно  выше  частота  вращ.  заднего  винта компенсирует разницу скорости  потока  при  одинаковых  уст. углах.  С  имеющих  соотношений  редукции  ступеней  производился  расчет. Никак  не  могу  найти  черновик  с  расчетами.
 

mz

Я люблю строить самолеты!
ЛЕТИМ НА ВИНТЕ!

http://engine.aviaport.ru/issues/54/page24.html
 
Вверх