О принципах выбора винтов на моделях самолетов

Сейчас отмечается определенное блуждание, а время от времени и откровенное введение в заблуждение относительно выбора винта на моделях хоббистско-пилотажного профиля, к каким с определенными допущениями возможно отнести и тренировочные модели. Обстоятельство тут, думается, в том, что по традиционно-спортивным направлениям в далеком прошлом выработаны ориентиры и совершены теоретические обоснования оптимального выбора винтов — в скоростных, гоночных, таймерных моделях. Дабы придти к верным параметрам не очень сильно углубляясь в дебри хорошей теории винта предлагается на дискуссию следующий материал.

На первый взгляд теоретика все легко. Берешь внешнюю и семейство и дроссельные характеристики мотора аэродинамических черт имеющихся в продаже винтов, по последним строишь семейство графиков потребной мощности в тех же координатах, что и внешние характеристики мотора. Тогда в искомом скоростном режиме находишь пересечение графиков — вот и взял оптимальный винт. В жизни все сложнее.

В случае если при должном трудолюбии внешние характеристики мотора еще возможно снять на стенде, то продувочные характеристики модельных винтов — это вряд ли. Модельные компании, кроме того гранды, их также не дают. Выход напрашивается таковой: за базисные параметры принимаются общепринятые либо рекомендуемые изготовителем мотора, а дальше идет их последовательное приближение в нужную конструктору сторону.

Для этого нужно хотя бы как следует осознавать, как те либо иные конструктивные параметры воздействуют на чертей винта. Об этом и отправится дальше обращение.

Начнем все же с главных положений теории винта, забрав из нее только пара формул:

Тяга винта

Мощность, потребная на вращение винта

Относительная поступь винта

КПД винта

Нагрузка на винт

Тут:

— коэффициент тяги винта

— коэффициент мощности винта

— плотность воздуха

— обороты винта

— диаметр винта

— скорость самолета

Больше формул брать не будем, в противном случае многим станет не весьма интересно.

Аналитически тут большое количество не насчитаешь, по причине того, что основное, это как ведут себя мощности винта и коэффициенты тяги, и их отношение, определяющее КПД винта. Эти параметры устанавливаются эмпирически методом снятия продувкой в аэродинамической трубе черт конкретных винтов. Исходя из этого мы разглядим их качественное изменение в зависимости от различных параметров.

Начнем с КПД. Для типового винта график
выглядит так:

Обратите внимание, относительная поступь — величина безразмерная и равна единице при скорости полета 1м/сек, оборотах винта 60 об/мин и его диаметре 1 метр. Сейчас нужно растолковать, из-за чего график выглядит так. При нулевой поступи КПД равен нулю, по причине того, что винт не делает никакой работы — самолет стоит на месте. При поступи 1,6 этот винт кроме этого не делает работы, по причине того, что его ход таков, что лопасти движутся с нулевым углом атаки (т.е. перпендикулярно потоку) и не образуют никакой тяги.

Для винтов с другим шагом неспециализированный вид графика такой же, но он пропорционально сжат (при меньшем шаге) либо растянут (при большем шаге) по оси
. При скольжении 20-30% (для данного винта в области
=1.1 — 1.4 ) КПД винта велик и может быть около значения 0,8. Это самая выгодная область с позиций применения мощности двигателя.

Примечательно, что в данной области КПД изменяется незначительно, т.е. при понижении скорости в этом диапазоне тяга пропорционально возрастает, что положительно отражается на устойчивости полета по скорости. При скольжении менее 15 — 20% КПД начинает быстро падать, по причине того, что угол атаки лопасти понижается, соответственно падает
лопасти винта и понижается его тяга. В диапазоне относительной поступи от 0 до 0,9 КПД винта практически линейно зависит от скорости, что показывает на практически неизменную его тягу !!!.

Т.е. не смотря на бытующую точку зрения, тягу верно подобранного винта в полете возможно найти по статической тяге с маленькими поправками. В случае если поточнее взглянуть на эту часть графика, то он пара выпуклый в левой половине. Это происходит вследствие того что тяга винта пара значительно уменьшается при понижении скорости вследствии повышения нагрузки на винт B (см. формулу, в том месте скорость в знаменателе, к тому же и в квадрате). Типовая зависимость
при трансформации B от нуля до 10 выглядит так:

Падение коэффициента тяги связано с трансформацией характера потока воздуха перед винтом при понижении скорости. Но нам серьёзна не обстоятельство, в противном случае, что верно подобранный винт в статике дает тягу, меньшую тяги при максимуме КПД, не более чем на 15 %.

Сейчас о том, что такое верно подобранный винт. Возвратимся к графику КПД. В случае если на нем нанести семейство графиков винтов, различающихся лишь шагом, то они будут напоминать имеющийся, но сжатый, или растянутый по оси
, как это упоминалось выше. Правда максимум КПД при уменьшении шага также значительно уменьшается. Значение максимума 0,8 имеет место , если оптимальное скольжение винта попадает на относительную поступь величиною около единицы.

Это и имеется один из параметров верно подобранного винта.

Дабы оценить, где находятся типовые значения заберём мотор 40-го количества с мощностью 1,3 л.с. при 14000 оборотах в 60 секунд и посчитаем типовой для этого случая винт размера 250 на 150. При пилотажной скорости 90 км/час приобретаем
равным 0,43. При таковой поступи большой КПД не превысит 0,6.

Чтобы получить таковой КПД ход винта при скольжении 20% обязан составить около 9 сантиметров, а для реализации располагаемой мощности с таким шагом диаметр винта нужно расширить до 27 — 30 сантиметров. С указанным же выше шагом КПД будет не выше 0,5. Таковой низкий КПД получается из-за через чур высоких оборотов двигателя на большой мощности.

Посмотрим, как выглядят в свете вышесказанного специалисты F3A. Подавляющее их большую часть летают на OS MAX 140 RX с винтом 16 на 14 дюймов на скоростях 90 — 70 км/час при оборотах мотора около 9000. 14-ти дюймовый винт оптимален при 25% скольжении на скорости около 180 км/час.

При 90 км/час его КПД составит 0,65, а при 70 км/час — 0,5. Несложный расчет говорит о том, что в диапазоне скоростей 50 — 100 км/час тяга этого винта по большому счету от скорости не зависит, а определяется лишь оборотами мотора. Возможно именно это нравится специалистам, т.к. с данным винтом в пилотажном диапазоне скоростей существует взаимно однозначная связь между положением ручки газа и тягой мотора.

Оптимальный же винт размером 18 на 8 дюймов даст тягу, громадную процентов на двадцать при 90 км/час, но она будет зависеть не только от оборотов мотора, но и от скорости самолета. Профи согласны пожертвовать данной добавкой для лучшей управляемости тягой.

Нехорошее положение у таймерных моделей. В том месте мотор крутит до 30000 оборотов в 60 секунд, а скорость подъема самолета маленькая. При весьма мелком диаметре винта нагрузка на винт получается ужасной.

В контексте сообщённого весьма правдоподобно звучит замечание Е.Вербицкого, упомянутое в 5 номере МСиХ за 1999 год. В том месте сообщено, что по его расчетам …простые воздушные винты F1C диаметром 180 мм на частоте вращения 28000 об/мин владеют эффективностью порядка 40%. Методом понижения оборотов до 7000 посредством редуктора при одновременном повышении диаметра воздушного винта возможно расширить КПД винта до 80%.

Такие же результаты оказались у автора этого материала.

Вот у радиогонок — в том месте именно напротив. В том месте скорости такие, что практически под каждые обороты возможно вычислить винт с КПД родным к 0,8. Выше мало внимания уделялось коэффициенту мощности
. Это не просто так. Дело в том, что этот параметр ответствен при расчетах экстремального режима. В случае если винт запланирован на максимум тяги при максимуме мощности, то на частичных режимах, о которых говорилось по большей части, имеется уверенность что мощности двигателя хватит.

Причем независимо от внешней чёрта мотора, по причине того, что обороты в формуле потребной мощности стоят в третьей степени
. Так скоро мощность неимеетвозможности падать со понижением оборотов кроме того у двигателей с скоростными фазами и резонансным выхлопом газораспределения. Для пилотажных моделей ответственнее не экстремальные режимы, а целый диапазон нагрузок и скоростей на винт.

Пара строчков о ширине лопасти. Обширно распространено вывод, что уменьшая ширину лопасти винта возможно пара повысить его КПД. Это вправду так, но для скоростных режимов с довольно малый нагрузкой на винт. Для винта с узкой лопастью черта
идет более сильно.

Так, что на громадной нагрузке КПД винта с более широкой лопастью получается выше. К тому же, это происходит в области малых безотносительных значений КПД.

Для низких скоростей полета при высокооборотных моторах снижать ход и увеличивать диаметр винта возможно не беспредельно. При угле атаки лопасти, меньшем удачнейшего по поляре данного профиля, тяга единичного элемента понижается стремительнее, чем растет ометаемая площадь винта. Т.е. для медленного полета имеется минимальный ход, дальше которого оптимизация винтомоторной установки вероятна только через редуктор.

Какие конкретно из выше означенных пространных рассуждений возможно сделать выводы?

Первый — верно подобранный винт обеспечит пилотажке приблизительно постоянную большую тягу в широком диапазоне скоростей полета, начиная от старта.

Второй — существующие модельные двигатели из-за скоростной внешней чёрта не разрешают на медленном пилотаже современных тенденций F3A применять винты с хорошим КПД. Кстати из этого вывода направляться обширно представленное в статьях МСиХ вывод о важности для пилотажных и тренировочных моделей кубатуры двигателя, а не его мощности, в частности авторами А.Соколовым и Д.Дмитриевым.

Третий — для современного 3D-пилотажа и на самолетах типа фан-флай перспективным можно считать использование мотор-редуктора с быстро увеличенным диаметром винта. Лишь данный путь разрешит быстро (в два раза) улучшить соотношение тяга/вес мотоустановки. Тогда возможно расчитывать на громадный запас тяги на висении и вертолётных скоростях.

на данный момент на Diamante висят с винтами 310 на 95 мм. Это предел, ниже снижать ход уже неэффективно.

И последнее — о винтах изменяемого шага. На моделях пилотажного типа их использование не нужно. ВИШ, само собой разумеется, разрешит на малых скоростях дать прирост тяги за счет более большого КПД, но данный прирост в том месте не нужен. К тому же данный прирост будет меньше теоретического из-за аэродинамической крутки лопасти.

В отличие от вертолетных винтов, у самолетных приличная крутка, оптимальная лишь на одном шаге. В громадной авиации ВИШ взял распространение по большей части для обеспечения высокой экономичности мотоустановки, что для моделей роли не играется.

P.S. В материале приведены формулы и графики из монографий Александрова В.Л. Воздушные винты и Болонкина А.А. Теория полета летающих моделей. В расчетах КПД употреблялась сетка аэродинамических черт британского винта из последней работы.

Игромир

О принципах выбора винтов на моделях самолетов

Рандомные статьи:

Моя коллекция сборных моделей (авиация 1/48, 1/72)

Похожие статьи, которые вам понравятся: