Re: ОРНИТОПТЕР или МАХОЛЕТ построили в канаде
Ответ #11517 - Сегодня :: 03:23:20 Жалоба! | Отметить & Цитировать | Цитировать dok133 писал(а) Вчера :: 19:08:55:
И основной вопрос, способен ли такой центробежный насос обеспечить прирост тяги, при одинаковой потребляемой мощности?
Простой ответ: не способен ). Сложный ответ: зависит от условий работы. Применяемые на мотодельтапланах винты очень совершенны. Там потерь процента 2-3 на закрутку потока, и еще процентов 5 на сужение потока за винтом. Потерь на концевые вихри в винте почти нет, так как удлинение лопасти очень большое, а главное - из-за скорости кончика под 180-220 м/с. Чем выше скорость, тем меньше индуктивные потери. Поэтому и винглеты и любые другие хитрые загнутые законцовки не работают в слашных винтах (в других размерностях вполне могут, надо смотреть по обстоятельствам). Вот и получается, что реальные применяемые винты хуже идеальных от силы на 5-10%. См. любую методичку по расчету слабонагруженных воздушных винтов.
А остальное, связанное с общим кпд винта как движителя, уже связано с ометаемой поверхностью. Точнее, ометаемым объемом, куда включается скорость полета в качестве длины воздушной "колбасы", захвачиваемой и отбрасываемой назад винтом при работе.
Поэтому как увеличить тягу винта? Очевидно, что есть всего два пути: либо устранять потери классического винта. Но в этом случае в размерности слашных винтов таким способом можно повысить тягу от силы на 3-5%. Либо как-то увеличить захватываемый, задействованный в работе объем воздуха. Тут верхние пределы, строго говоря, не ограничены =). Только физикой, вязкостью воздуха и т.д.. Наука сейчас не знает способов существенно увеличить задействованный винтом объем воздуха, чтобы получить прибавку тяги хотя бы 10-20%.
По потерям винта: если такой центробежный компрессор будет выдувать воздух с кончиков в противофазе, препятствуя закрутке потока, то это как бы может дать прибавку в пару процентов. Этим же способом, теоретически, можно немного снизить сужение потока за винтом, это еще пара процентов.
С сужением картина интересная. Оно очень сильно зависит от мощности и диаметра винта. В размерности применяемых на мотодельтапланах и парамоторах винтов (это 10 л.с. на винт 1.25 м или около 30 л.с. на винт 1.6-1.8 м) сужение за винтом несущественное. То есть если заключить такой винт в аэродинамическое кольцо, препятствующее сужению (простую длинную трубу, где винт стоит на первых 20% ее длины), то прибавки тяги почти не будет. Ну, пара процентов, и то по большей части по другим причинам.
А вот если поставить мотор 50 л.с. на винт 80 см, то такое кольцо даст прибавку в тяге до 15-20%. Правда тут тоже влияют и другие факторы: дополнительная подъемная сила от обдува профиля передней части кольца (точнее, ее горизонтальная составляющая, а остальная часть будет сдавливать кольцо) и плавная направляющая для входного потока воздуха, входная расширяющаяся часть трубы.
Еще одна потенциальная возможность для такого центробежного насоса - это высокоскоростной полет. Как известно, первые 30% диаметра винта практически не работают, поэтому создают лобовое сопротивление при полете, почти эквивалентное сплошному диску. Насколько это существенно у меня нет данных, но не зря на самолетах ставят кок винта! При полетах выше 80-100 км/час, думаю, это уже оправданно.
Если центробежный насос в лопасти будет выкачивать этот воздух из центра и выбрасывать его с кончиков, это уменьшит лобовое сопротивление винта. Но это уже вопрос производительности компрессора. Если бы он мог пропустить через себя весь объем центральных 30% диаметра винта, то сделал бы сопротивление этой части нулевым. Необходимый секундный расход легко посчитать: умножьте площадь 30% диаметра на скорость полета, получите воздушную колбасу, которую надо как-то убрать из центра. На практике, оно всегда будет меньше на гидродинамические потери в каналах.
Ну а что касается необходимости экспериментальной проверки, то она конечно нужна. В основном, интерес представляет насколько увеличится и увеличится ли вообще виртуальный эффективный диаметр винта. Дело в том, что винт захватывает не просто свой диаметр, а немного больше (за счет втягивания окружающего воздуха в движущийся поток за счет вязкости). Реальная картина выглядит как-то так. Не нашел лучше картинки, эта от водного винта с кольцом. Обратите внимание, что входной задействованный (искажаемый) поток воздуха имеет больший диаметр, чем диаметр винта. Остальные линии сверх этого диаметра останутся параллельными, то есть не задействованными винтом. Хотя это сильно зависит от скорости полета. При работа на месте в статике, это вообще ближе к полусфере вокруг винта. А при большой скорости ближе к линейному размеру винта. Картинка примерно соответствует типичным условиям, имеющимся на лодке (и на воздушном винте). Кстати, этот факт объясняет почему два рядом расположенных воздушных винта имеют суммарную тягу меньше, чем два по отдельности. Винты как бы воруют друг у друга воздух этими большими эффективными диаметрами. Большими, чем физические диаметры винтов. Надо винты разносить минимум на 50% диаметра, а лучше на 100-200%, тогда взаимное влияние будет минимизировано (особенно на большой скорости, в статике еще останется).
Также обратите внимание, что кольцо за самим винтом имеет диаметр как диаметр винта, но ни в коем случае не меньше!Кольцо своими стенками не дает потоку за винтом сузиться. Иначе у стенок возник бы вакуум, куда струя притянулась бы. У воздушного винта без кольца он там существенно сужается, это чистые потери из-за трат на придание струе лишней ненужной кинетической энергии. Ну и как бонус, на рисунке показана дополнительная прибавка от обдува передней части трубы, имеющий перевернутый профиль крыла. Большая часть создаваемой этой дополнительной аэродинамической силы направлена к центру и сжимает кольцо. А небольшая (зависящая от аэродинамического качества профиля в условиях такой обдувки) направлена вперед и добавляется к тяге.
В общем-то, это пожалуй и все особенности работы воздушного винта, из которых можно делать выводы о потенциале той или иной технологии увеличения эффективности. Дальше углубляться надо уже с формулами и цифрами.
Но повторюсь, в типичных применяемых в СЛА (парамоторы, дельталеты) винтах все эти потери порядка 5-10%, поэтому тут ничего особо не выиграть...
dok133 писал(а) Вчера :: 19:08:55:
Внешняя оболочка моего устройства имеет именно винтовой профиль,т.е. - обычный, ну разве несколько утолщенный, пропеллер, а внутренние каналы, которые эта оболочка и образует, при вращении, работают как центробежный насос.
Если форма вашего винта соответствует классическому, то эксперимент будет корректным. Я имею ввиду сравнение закрытого и открытого канала на одном винте. Если скорость кончиков меньше 180 м/с (например 150 м/с), то толщину лопасти можно даже немного увеличить по сравнению с классической, на тяге в худшую сторону это не скажется. Насколько можно безболезненно увеличить толщину, сложно сказать, конкретных цифр у меня нет. Можно поискать фотографии "толстых" парамоторных винтов, пара буржуйских фирм сейчас экспериментируют в этой области. Судя по отзывам, ухудшения нет.
Главное не забывать, что экспериментальный винт может сам по себе быть очень неэффективным. Если он взят с бытового вентилятора, например =). Тогда с центробежным каналом тяга может сильно повыситься, но пользы для авиации от этого-то не будет. Надо сравнивать в корректных условиях (с кпд существующих винтов и при равной удельной мощности, приходящейся на площадь винта). В этом случае можно поискать применение там, где оно может работать. Вот например если такой центробежный канал повысит эффективность на сильно нагруженных винтах, как в примере выше 50 л.с. на диаметре 80 см, если вместо громоздкого аэродинамического кольца, дающего прибавку 15% (и создающего лобовое сопротивление на большой скорости полета, кстати. сводящее при определенной скорости эту прибавку к нулю, а еще выше начинаются одни только потери) можно будет использовать вашу установку с близкой прибавкой, то это имело бы смысл.
А что касается оффтопика, то понимание как работает воздушный винт, жизненно важно для любого махолетчика. Поэтому не вижу с этим никаких проблем. Кроме понимания аэродинамики работы любого движителя в воздухе, это важно также для сравнения махолетов с существующими ЛА. По кпд, по потребляемой мощности и т.д.. К сожалению, среди махолетчиков на счет эффективности винта циркулирует столько мифов и заблуждений, что я уже замучился объяснять =). Да и наверно не нужно. Все эти альтернативщики при дальнейшей проработке своих идей, при попытке их сформулировать человеческим языком, т.е. изложить в единицах размерности СИ, неизбежно придут к пониманию аэродинамики. Ну или не придут, это уж такое дело
Еще раз спасибо вам за интерес, мнение и развернутый ответ.
Да, нам удалось получить, по-настоящему сенсационный результат проведя замеры тяги при помощи цифровых весов, реостата и приборов замеров напряжения и силы тока. Всем по-настоящему заинтересованным лицам, вышлю виде-протокол этого эксперимента по запросу. Вот полученные данные:
Воздушный винт (ТВР с закрытым всасом) площадь двух лопастей 180 кв см. При 15 Вт - 57г.
20 - 75
30 - 110
ТВР, соответственно : 80
125
155
Бытовой типовой вентилятор (площадь трех лопастей 420 кв см) при одинаковом диаметре:
90
115
140
