СВВП и конвертопланы с висением в режиме квадрокоптера и трикоптера

[дима043]

Конвертопланы летают. В США в военном заказе между вертолетом и конвертопланом победил конвертоплан. КПД винта в стартовом режиме может быть не идеальным, потому что в этом режиме двигатель работает меньше минуты

Потому что конкурент - соосный вертолет с дополнительным источником горизонтальной тяги не смог выполнить условия конкурса по максимальной скорости.
Кроме того из за доплеровского эффекта лопастей НВ вертолет сложно сделать малозаметным для РЛС а конвертоплан в самолетном режиме можно.

И еще. В 70 е годы в США испытывался комплект для форсирования взлетной мощности серийного вертолета за счет дооборудования лопастей несущего винта ракетными двигателями на перекиси водорода которая поступала из бака размещенного над втулкой винта. Форсажа такого хватало минуты на 3. Это на случай необходимости взлета с перегрузом.
Это я к тому что форсировать мощность силовой установки для взлета можно по разному. А посадочная масса она как правило меньше взлетной да и на посадке не нужно иметь запас по скороподъемности.

 

[JohnDoe]

А должны?
Тем к нашему вопросу и отличается от ТРД, во всяком случае, что "дна" у него нет, и конус аэродинамически "на нет сходит".

Не отличается. У ТРД, в общем случае, на срезе сопла статическое давление струи равно статическому давлению окружающей среды. И точно также, как у ВВ, "конус аэродинамически на нет сходит"(с). Таким образом причин для возникновения донного сопротивления нет, ТК эти причины это разность давлений(статических) перед и за объектом в результате срыва потока.
Имху

 

[KAA]

Не представляю геометрию лопастей винтов, способных в упоре поднять аппарат (тяга = весу) и на крейсере, когда качество ЛА 15-20, производить свою работу вполне эффективно. "Просто" изменением шага этого не добиться.

Можете посмотреть обыкновенный ВПШ "английской" серии с отн. шагом 0,5. Он имеет отн. КПД =0,7, что вполне позволяет его использовать в качестве подъёмного и в режиме маршевого до 0,72, что в общем-то и неплохо для СЛАшной техники. Если проанализировать графики ВИШ (наши СМВ и буржуйские), возможно найдутся и более оптимистичные значения.

 

[PFELIX]

Таким образом причин для возникновения донного сопротивления нет, ТК эти причины это разность давлений(статических) перед и за объектом в результате срыва потока.

1. Вся познаётся в сравнении. Представьте себе гипотетический самолёт без среза, а скорость выброса газов прежняя.
2. Почитайте Проектирование самолётов под редакцией Егера.

Можете посмотреть обыкновенный ВПШ "английской" серии с отн. шагом 0,5. Он имеет отн. КПД =0,7, что вполне позволяет его использовать в качестве подъёмного и в режиме маршевого до 0,72, что в общем-то и неплохо для СЛАшной техники. Если проанализировать графики ВИШ (наши СМВ и буржуйские), возможно найдутся и более оптимистичные значения.

Что-то мы совсем перестали друг друга понимать. Кроме поступи и шага и, разумеется, КПД у винта есть безразмерные к-ты тяги и мощности.
Также можно указать на диаграмму тяги идеального пропеллера. Так, вот эта диаграмма не для одного реального пропеллера.
Тяга винта зависит от диаметра в 4-й степени. На практике выглядит так. У винтов аэросаней большая тяга, но со скоростью она быстро падает.
Вертолётный винт поднимает аппарат, но если ему придать значительную вертикальную скорость, от этой тяги не останется ровным счетом ничего.
Вы видели винты конвертопланов. Не эти новые электрички с множеством . . ., а чтоб всего пара винтов. Чтобы поднять аппарат, винты не могут быть "самолётного диаметра", а после взлёта они не уменьшаются. Что-то можно "скомпенсировать" изменением шага, но чтобы винт имел высокий КПД его рассчитывают на конкретный режим. И крутка лопасти обеспечивает этот КПД только для заданной скорости, при соответствующем шаге. Шаг Вы можете поменять, крутку -- НЕТ.
Про ВПШ просто -- молчу.

 

[JohnDoe]

1. Вся познаётся в сравнении. Представьте себе гипотетический самолёт без среза, а скорость выброса газов прежняя.
2. Почитайте Проектирование самолётов под редакцией Егера.

1)Не могли бы Вы выражаться яснее?
2) Укажите страницу, плиз. А то он у меня в сканированном виде не лучшего качества, поиск не работает. Но вот, например:
"Донное сопротивление представляет собой силу сопротивления полету, возникающую вследствие пониженного давления в донной полости, если она имеется. Обычно донная полость представляет собой торцевой уступ между срезом кормы и створками реактивного сопла. Он может быть выполнен преднамеренно в целях эжектирования охлаждающего воздуха, либо появляться на нерасчетных режимах работы сопла, когда створки прикрыты, а реактивная струя не заполняет все сечение в плоскости среза выходного устройства. Донное сопротивление тем выше, чем больше величина донной площади и чем ниже давление в этой полости (донное давление). Донное давление может быть повышено, а вызываемое им донное сопротивление снижено, подачей в донную полость воздуха из воздухозаборника, подкапотного пространства или сливаемого пограничного слоя. Этот процесс именуют подпиткой донной полости воздухом."(С)2.4. Внешнее сопротивление силовой установки при сверхзвуковых скоростях полета и его составляющие

 

[KAA]

Что-то мы совсем перестали друг друга понимать. Кроме поступи и шага и, разумеется, КПД у винта есть безразмерные к-ты тяги и мощности.
Также можно указать на диаграмму тяги идеального пропеллера. Так, вот эта диаграмма не для одного реального пропеллера.
Тяга винта зависит от диаметра в 4-й степени. На практике выглядит так. У винтов аэросаней большая тяга, но со скоростью она быстро падает.
Вертолётный винт поднимает аппарат, но если ему придать значительную вертикальную скорость, от этой тяги не останется ровным счетом ничего.
Вы видели винты конвертопланов. Не эти новые электрички с множеством . . ., а чтоб всего пара винтов. Чтобы поднять аппарат, винты не могут быть "самолётного диаметра", а после взлёта они не уменьшаются. Что-то можно "скомпенсировать" изменением шага, но чтобы винт имел высокий КПД его рассчитывают на конкретный режим. И крутка лопасти обеспечивает этот КПД только для заданной скорости, при соответствующем шаге. Шаг Вы можете поменять, крутку -- НЕТ.
Про ВПШ просто -- молчу.

Разумеется я в курсе коэффициентов тяги и мощности более чем, и даже проводил прикидки оного винта в составе 1-2-х местного СВВП СЛАшной размерности (для которого крейсерская скорость 140 км/ч вполне приемлема), потому и написал то, что написал! Но можно и без этих коэффициентов, подставить величину отн. КПД в формулу Вёльнера и убедиться в его состоятельности на режиме подъёма!

 

[PFELIX]

Разумеется я в курсе коэффициентов тяги и мощности более чем, и даже проводил прикидки оного винта в составе 1-2-х местного СВВП СЛАшной размерности (для которого крейсерская скорость 140 км/ч вполне приемлема), потому и написал то, что написал! Но можно и без этих коэффициентов, подставить величину отн. КПД в формулу Вёльнера и убедиться в его состоятельности на режиме подъёма!

Мне бы примерчик этого самого английского ВПШ, и я посыплю голову пеплом. На скорости 140 у него какой осевой КПД?

 

[KAA]

КПД зависит ещё от диаметра и оборотов. 0,73 в лучшем случае.

В книге "Характеристики воздушных винтов" А.С.Кравец, больше информации.

 

[PFELIX]

Это я всё видел и с этим разбирался ещё в первой половине 90-х.

КПД зависит ещё от диаметра и оборотов. 0,73 в лучшем случае.

Вот я и спрашиваю: как Вы диаметр собираетесь поменять при смене режима?
Обороты не теряя принципиально мощность можно и вариатором, -- не поможет (если диаметр НЕ меняется).
Предлагаю начать с простого.
Для "крейсера" (пусть 140, АК, массу ЛА и мощность СУ -- на Ваше усмотрение) рассчитать ВПШ.
А потом посчитать , что он покажет "в упоре"?
Наверное, это будет совсем "западло" (при 4-х кратной крейсерской мощности НЕ взлетит).
Давайте, -- наоборот. Пусть лучшую тягу обеспечит в упоре.
И посчитаем КПД на "крейсере".

 

[KAA]

Как у обычного самолёта, менять только обороты, ну иположение винтов. На взлёте-максимал, скажем при винтах Ф=1,2 м, вращающихся с 3300 об/мин, получаем 75 кг с каждого винта , производится вертикальный взлёт, после чего, скажем пара винтов начинает поворачиваться, сохраняя обороты и начинается разгон аппарата, вплоть до крейсерской скорости. На этом этапе, конечно маршевые винты будут работать с небольшим КПД при маленькой скорости, но этот режим будет быстро пройден, ибо избыток тяги большой, и так вплоть до расчётного режима,, при этом потребляемая винтом мощность снижается примерно на 1/4, и можно увеличить обороты маршевых винтов до 4200 об/мин, при этом. Описание режимов для аппарата массой 250 кг.
Для справки: недавно был обновлён рекорд скорости квадрокоптеров, он теперь 480 км/ч. Винты там-естессно ВФШ, Взлетает горизонтально, на скорости летит практически вертикально, несут профилированные пилоны моторов и корпус.

 

[PFELIX]

И вот как выглядит сия фантастика.
250 кг поднять с запасом (на не новые движки, винты и "вообще"), 4 ВМУ надо.
Берём диаграмму тяги идеального пропеллера.
Для обеспечения взлёта принимаем самую верхнюю кривую-- с самым высоким P/N, для которой N/D2 = 10
В упоре P/N принял 4,8.
Мощность одного 20 л.с.
На скорости 140 P/N составляет 1,7
При номинальной мощности на крейсере 75% от максимальной 4-х движков составит 60 л.с.
При обозначенном P/N =1,7 , КПД винта 70% и качестве самолета около 15, масса самолёта составит примерно 1100 кг.
В чём прикол конвертоплана?
Обращаю внимание, что P/N =4,8 и P/N =1,7 приняты для идеального пропеллера, т.е. не одного и того же реального ВФШ.
В действительности, всё печальнее.
Поступь на крейсере должна составить 0,46, а при N/D2 = 10, и винте рассчитанном на максимум в упоре, на крейсере от угла атаки ничего не остаётся.
В общем, сказочники.

 

[KAA]

Не надо сферических коней в вакууме! Я упомянул для примера конкретный винт, сконкретными характеристиками, которые соответствуют тому, что эти винты дают в реальности! Есть зависимость от нагрузки на ометаемую площадь конечнно. Взлётную массу указал.
4 ВМУ и имел я в виду, с использованием только 2-х. в маршевом режиме. И да,, тяга настолько избыточна на оптимальном для винта режиме (даже при отключении в ГП 2-х ВМУ из 4-х), что аппарат проскочит оптимальный режим винтов по скорости и уйдёт на неоптимальный. Нужно дробление мощности (как на "Чорномухе") -например из 4-х передних (с меньшими винтами), отключать 2 , задние 2 тоже конечно отключать. В общем, нужна оптимизация. Или несколько другой винт (что вернее) тоже ВФШ. К мах может достигаться на разных скоростях,, соответственно разные потребные мощности нужны. 15-это несколько оптимистично для кракрзябры с остановленными винтами , особенно если схема тандем. Главное- простые винты могуи и поднять, и эффективно тащить в полёте!

 

[PFELIX]

Главное- простые винты могуи и поднять, и эффективно тащить в полёте!

Лапшину эту хрень представьте.
АК вертолёта -- примерно 4.
С этими винтами Вы собираетесь "переправиться на сторону", где их тяга = вес / АК самолёта . . . (не потеряв, хотя бы, втрое КПД) ???
А дальше? Вы остальные ВМУ собираетесь "закрывать". Ну, хорошо , если это -- ещё электрички.
С 4-мя РМЗ Вы только их возить и будете (а в крыло спрятать . . . что, опять "занебесную" трансмиссию городить? Всё гениальное -- Просто, Что -- НЕ просто, -- то -- НЕ гениально).
А с оборотами? Какой вариатор переживёт . . . ???
Как построите, -- эффективно приглашайте, а пока, Вы -- не инженер, -- сказочник (или заболтавшийся).
Для задач вертолёта, лучше самого вертолёта Вы уже ничего не придумаете.
В качестве PS.
Квадрокоптер -- НЕ вертолёт в инженерно- -тяго - экономическом плане/понимании.
"Рекордно" катать себя со "справочной" скоростью -- не есть быть эффективным в решении конкретных реальных задач.

 

[KAA]

Никаких РМЗ! Гибридная СУ,ЭлектроВМУ, питаемые от аккумуляторов на вздёте и посадке, в полёте - от бензогенератора, который и батарею заряжает.
Если вы не удосужились разобраться с характеристиками конкретно указанного винта, или вам линии на графиках непонятны, нечего тень на плетень наводить!

 

[JohnDoe]

Квадрокоптер -- НЕ вертолёт в инженерно- -тяго - экономическом плане/понимании.

Ометаемая площадь винтов квадрокоптера равна ометаемой площади винта вертолета вписанного в такой же габарит. Так что вполне сопоставимы.
Имху

 

[JohnDoe]

Не надо сферических коней в вакууме! Я упомянул для примера конкретный винт, сконкретными характеристиками, которые соответствуют тому, что эти винты дают в реальности! Есть зависимость от нагрузки на ометаемую площадь конечнно. Взлётную массу указал.
4 ВМУ и имел я в виду, с использованием только 2-х. в маршевом режиме. И да,, тяга настолько избыточна на оптимальном для винта режиме (даже при отключении в ГП 2-х ВМУ из 4-х), что аппарат проскочит оптимальный режим винтов по скорости и уйдёт на неоптимальный. Нужно дробление мощности (как на "Чорномухе") -например из 4-х передних (с меньшими винтами), отключать 2 , задние 2 тоже конечно отключать. В общем, нужна оптимизация. Или несколько другой винт (что вернее) тоже ВФШ. К мах может достигаться на разных скоростях,, соответственно разные потребные мощности нужны. 15-это несколько оптимистично для кракрзябры с остановленными винтами , особенно если схема тандем. Главное- простые винты могуи и поднять, и эффективно тащить в полёте!

Если привод электрический, то в принципе можно не отключать моторы, а использовать возможность элдвигателей работать в перегруженном/форсированном" режиме 2С, 3С и тд. Те короткое время, на взлёте/посадке имеем, условно, удвоенную мощность перегруженных моторов, а в полете летим на нормальном режиме. Только охлаждение подшаманить, чтоб моторчики выдержали, скажем, пять минут форсажа. Батарейка для взлета посадки (10 мин) для 80квт моторчиков будет весить килограмм 30-50.
Имху

 

[BaD]

Гибридная СУ очень любит медь, электромоторам за 10 кВт требуется уже жидкостное охлаждение, а это еще одна доп система снижающая отказоустойчивость. Тупиковое направление. Задаем проблемы, потом с ними героически боремся. И гармоники токов в таком генераторе, как я слышал, не способствуют управлению по радиоканалу.

 

[JohnDoe]

Гибридная СУ очень любит медь, электромоторам за 10 кВт требуется уже жидкостное охлаждение, а это еще одна доп система снижающая отказоустойчивость. Тупиковое направление. Задаем проблемы, потом с ними героически боремся. И гармоники токов в таком генераторе, как я слышал, не способствуют управлению по радиоканалу.

Высокооборотный генератор решает проблему.
Вместо одного на 10 кВт ставьте два по 5, минус система охлаждения.
Экранируйте.

 

[BaD]

Высокооборотный генератор решает проблему.

Новосибирскому "Партизану" говорят не очень помогло.

 

[JohnDoe]

Новосибирскому "Партизану" говорят не очень помогло.

А фирме Capston, например, помогло. Так что не показатель. Можно махать килограммом меди мимо магнита раз в секунду, а можно граммом меди 1000 раз в секунду, результат будет примерно одинаков.
Имху