Autorotácia vrtule bez motora

Veci a zariadenia ktoré použí­vame na lietanie, diskusia o počasí, aerodynamike a predpisoch
pegas
Príspevky: 2692
Dátum registrácie: Pi Sep 28, 2007 9:05 pm
Bydlisko: Ta Košice (The Kosice)
Kontaktovať užívateľa:

Autorotácia vrtule bez motora

Príspevok od užívateľa pegas »

Idem počítať aerodynamický odpor vrtule keď stojí a keď sa samovoĽne pretáča autorotáciou.

Potrebujem od vás, Moskytiérov, skutočné rozmery, inak si ich vycucám z prsta. Potrebujem:
- priemer vrtule
- počet listov
- stúpanie, alebo približný uhol nábehu (a v ktorom mieste polomeru)
- habka profilu (stačí približne, napr. v 2/3 polomeru)
Naposledy upravil/-a pegas v Pi Mar 06, 2009 3:58 pm, upravené celkom 1 krát.

Michal
Príspevky: 1332
Dátum registrácie: St Okt 24, 2007 9:07 pm
Bydlisko: Košice
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa Michal »

geometria listov sa pre zjednodusenie udava v 2/3 polomeru vrtule - v tomto mieste by mala mat aj navacsiu ucinnost

pegas
Príspevky: 2692
Dátum registrácie: Pi Sep 28, 2007 9:05 pm
Bydlisko: Ta Košice (The Kosice)
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa pegas »

to je jedno kde. Ja si z toho aj tak najprv vypočítam stúpanie, a z toho uhol v každom mieste.

pegas
Príspevky: 2692
Dátum registrácie: Pi Sep 28, 2007 9:05 pm
Bydlisko: Ta Košice (The Kosice)
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa pegas »

Takže som to spočítal pre tieto parametre:
- polomer vrtule = 0.675m
- stúpanie vrtule = 0.530m (t.j. nejakých 7 stupňov na konci listu)
- habka profilu na konci = 7cm (a postupne väčšia smerom k stredu)
- profil listu NASA MS-313
- 2-listá vrtuĽa
Počítal som s premenlivým uhlom nábehu po polomere. List som počítal po krátkych 5cm úsekoch. Rýchlosť letu som uvažoval 50 km/h (konštantná v celej rovine vrtule). Zjednodušenia sú teda veĽmi malé. Výsledok je na obrázku.
Obrázok

Moje poznámky:

-ak by nebolo na hriadeli žiadne trenie, tak sa vrtuĽa rozbehne na také otáčky, že krútiaci moment je nulový (červená čiara pretína os). T.j. vrtuĽa sa ani nerozbieha, ani nespomaĽuje. Vidno že pri týchto otáčkach má vrtuĽa malý aerodynamický odpor (záporný ťah) - iba 10 N (okolo 1 kg sily). To som aj vravel - nie je dôvod, aby tam boli veĽké autorotačné sily, lebo listy sú vtedy obtekané takmer pri nulovom uhle nábehu.

-to že v praxi má vrtuĽa veĽký aerodynamický odpor, je spôsobené tým, že máte veĽký odpor na hriadeli. Vtedy môže byť aerodynamický odpor vrtule aj 70 N (7 kg sily). V tom prípade je lepšie vrtuĽu úplne zastaviť (brzda musí urobiť aspoň 13 Nm). Vtedy odpor poklesne na 30 N (3 kg sily).

-oblasť 400-700 ot/min je nestabilná - buď sa vrtuĽa roztočí na vyššie otáčky, alebo sa sama zastaví.

Užívateľov profilový obrázok
matoZA
Príspevky: 460
Dátum registrácie: Ut Nov 06, 2007 9:27 pm
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa matoZA »

Na moskyte neprichadza do uvahy sklapaci mechanizmus vrtule ako pri tej trojkolke co tu Edo prednedavnom zavesil?

pegas
Príspevky: 2692
Dátum registrácie: Pi Sep 28, 2007 9:05 pm
Bydlisko: Ta Košice (The Kosice)
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa pegas »

Tu nejde o ten problém, či sklápať (samozrejme áno). Ide ale o otázku, že keď nemáš sklopnú vrtuĽu, či vadí, keď sa vrtuĽa otáča. Ja som tvrdil, že keď máš dobrú voĽnobežku (malé trenie na hriadeli), tak to nemôže vadiť. VrtuĽa nie je ako rotor vrtuĽníka, t.j. keď ju nebrzdíš, tak na nej nevznikne veĽká sila. Je to ako veterná turbína - ak ju zaťažíš (brzdíš) generátorom, tak vyrába energiu, ktorú odčerpáva z vetra aerodynamickým odporom. Keď ju nezaťažíš, tak nekladie vetru veĽký odpor.

Možno pomôže graf, kde vidno uhol nábehu a ťah po rozpätí (polomere) listu pri troch rôznych otáčkach:
- 400ot./min. (odtrhnuté prúdenie, malý ťahový odpor)
- 800ot./min. (optimálny uhol nábehu, veĽký ťahový odpor - ale musí byť brzdená)
- 1220ot./min. (malý uhol nábehu, nulový ťahový odpor)

Dôležité je si uvedomiť, že do grafu som nenakreslil skrútenie listu a skútenie nabiehania prúdu vzduchu - kvôli prehĽadnosti.

Obrázok

Michal
Príspevky: 1332
Dátum registrácie: St Okt 24, 2007 9:07 pm
Bydlisko: Košice
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa Michal »

1/ az teraz mi doslo ze na modeloch nieje spojka - preto ten vacsi rozdiel
2/ je pravda ze volne tociaca sa vrtula nevyvodzuje vztlak (iba na prekonanie vlastneho odporu) na rozdiel od autorotacie vrtulnika , kde cy nesie celu vahu - v tom si mi Gaspi osvietil.
3/ opacne by sa to dalo tiez spocitat ako F =P/V = moment x otacky x ucinnost vrtule ( nejaka blba so zapornym vztlakom).

pegas
Príspevky: 2692
Dátum registrácie: Pi Sep 28, 2007 9:05 pm
Bydlisko: Ta Košice (The Kosice)
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa pegas »

Miso_G napísal:2/ je pravda ze volne tociaca sa vrtula nevyvodzuje vztlak (iba na prekonanie vlastneho odporu) na rozdiel od autorotacie vrtulnika , kde cy nesie celu vahu - v tom si mi Gaspi osvietil.
Svietim rád :wink: (aj ja som sa tým niečo naučil).

Najväčší rozdiel medzi rotorom vrtuĽníka a vrtuĽou lietadla je ten, že vrtuĽa je prekrútená a rotor nie. Vďaka prekrúteniu je vrtuĽa pri určitých otáčkach ofukovaná presne nulovým uhlom nábehu po celom rozpätí listu. To je pre vrtuĽu výhodné (lepšia účinnosť, malý odpor v autorotácii).

Pri rotore to nie je možné, a to je tiež výhodné (pri núdzovom pristátí). Tým, že pri žiadnych otáčkach nie je rotor ofukovaný tým istým uhlom nábehu po rozpätí, môžeš si rotor predstaviť ako zložený z dvoch vrtúĽ - vnútornej s malým stúpaním a vonkajšej s veĽkým stúpaním. Ak sa ti podarí nájsť otáčky, pri ktorých sa rotor točí bez vonkajšieho krútiaceho momentu (autorotácia), je to tak len preto, že vnútro a vonkajšok fungujú v opačných režimoch - vnútro ako turbína (so záporným ťahom), a vonkajšok ako klasická vrtuĽa (s kladným ťahom). To znamená, že aj pri nulovom krútiacom momente musí vzduch ofukovať list veĽmi neefektívne (nemôže pod nulovým uhlom nábehu), a tým je daný veĽký záporný ťah.

To vysvetĽuje, prečo vrtuĽník nemôže mať prekrútené listy rotoru, hoci by to bolo lepšie pre účinnosť - v prípade núdze by nemohol vztlakovať s autorotujúcim odbrzdeným rotorom.
Miso_G napísal:3/ opacne by sa to dalo tiez spocitat ako F =P/V = moment x otacky x ucinnost vrtule ( nejaka blba so zapornym vztlakom).
F=moment x otacky + straty vrtule, lebo pri autorotácii máš nulový moment na hriadeli, takže záporný ťah je spôsobený iba stratami (t.j. aerodynamickým odporom listov).

Michal
Príspevky: 1332
Dátum registrácie: St Okt 24, 2007 9:07 pm
Bydlisko: Košice
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa Michal »

no myslel som ten moment na prekonanie odporu reduktora + loziska
p.s. trochu by pomohla volnobezka na hriadeli - odpojila by reduktor - niesom si isty ci na vrtulnikoch to takto nieje ?

juraj
Príspevky: 3423
Dátum registrácie: Št Sep 20, 2007 12:29 pm
Bydlisko: Košice

Príspevok od užívateľa juraj »

Z tohto pohladu by volnobezka mohla pomoct, co ale v pripade, ze z bezpecnostnych dovodov potrebujem rychlo vypnut motor a hodit zalozak? Ta vrtula sa moze este dlho krutit :(

pegas
Príspevky: 2692
Dátum registrácie: Pi Sep 28, 2007 9:05 pm
Bydlisko: Ta Košice (The Kosice)
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa pegas »

juraj napísal:... co ale v pripade, ze z bezpecnostnych dovodov potrebujem rychlo vypnut motor a hodit zalozak?
šnúry padáku sa zakrútia do vrtule a tak ju zastavia. Vraj sa tak zastavujú aj niektoré veterné turbíny (tie zo zvislou osou). Ale radšej by som to vyskúšal nanečisto - 1200 otáčiek za minútu je predsa len dosť, a buď to môže roztrhať niektoré šnúry (napr. na polovici vrchlíka :wink: ), alebo to môže vytrhnúť uchytenie motora s postrojom.

---------------------------
Teraz som si uvedomil jednu chybu vo svojich úvahách pri autorotácii vrtuĽníka - že dopredná rýchlosť je záporná. Tak som spočítal autorotáciu pre kladnú aj zápornú rýchlosť, a to pre klasickú vrtuĽu (s prekrúteným listom), aj pre rotor (s konštantným uhlom nastavenia po rozpätí).

Nastavenie som dal 10.85 stupňa, aby pri autorotácii pri doprednej rýchlosti boli obidva ekvivalentné. A naozaj - otáčky autorotácie, aj ťahový odpor sú rovnaké pre vrtuĽu aj rotor.

Pri zápornej doprednej rýchlosti (-10km/h) vidno, že aj vrtuĽa aj rotor dokážu autorotovať. Rozdiel je iba v tom, že rotor má väčšie otáčky autorotácie a teda aj väčší vztlak. Doprednú rýchlosť som dal preto takú malú oproti doprednej rýchlosti (50km/h), pretože pri -50km/h je autorotácia v oblasti nadzvukových rýchlostí.

Obrázok

Záver:

Autorotácia vrtule pri doprednej osovej rýchlosti je úplne iný jav ako autorotácia vrtule pri cúvaní (zápornej osovej rýchlosti) - to je prípad keď vrtuĽník klesá.

V prvom prípade je uhol nábehu skoro nulový a ťahový odpor je tiež nulový. V druhom prípade nie je možný nulový uhol nábehu, lebo vzduch priteká z opačnej strany ako je nábežná hrana, a teda ani ťah nemôže byť nulový.

Geometria prúdenia pri doprednej osovej rýchlosti vyžaduje záporné prekrútenie listu (menší uhol nastavenia na konci) a pri zápornej osovej rýchlosti je to naopak. Vrtule fungujú iba v prvom režime, preto majú záporné prekrútenie. Rotory vrtuĽníkov musia dobre fungovať v obidvoch režimoch, aj preto majú nulové prekrútenie.

juraj
Príspevky: 3423
Dátum registrácie: Št Sep 20, 2007 12:29 pm
Bydlisko: Košice

Príspevok od užívateľa juraj »

Gaspi, pekna praca, ale skus dat zaver aj pre totalneho debila. Ma ta nebrzdena rotujuca vrtula skutocne podstatne vacsi odpor ako zabrzdena? Ak ano, je to skutocne sposobene len odpormi v hriadeli alebo aj niecim inym?

Michal
Príspevky: 1332
Dátum registrácie: St Okt 24, 2007 9:07 pm
Bydlisko: Košice
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa Michal »

Moj nazor - na termiku vrtula sklopka. Trebalo by Filla vyprovokovať.

pegas
Príspevky: 2692
Dátum registrácie: Pi Sep 28, 2007 9:05 pm
Bydlisko: Ta Košice (The Kosice)
Kontaktovať užívateľa:

Príspevok od užívateľa pegas »

juraj napísal:... skus dat zaver aj pre totalneho debila ...
OK, skúsim ísť o ďalší level dole :wink:.

Všetko by malo byť jasné z toho prvého grafu, ktorý platí pri lete rýchlosťou 50 km/h. Je tam moment, ktorý ti roztáča vrtuĽu (červená krivka - pod nulovou osou), a je tam záporný ťah vrtule (čierna krivka - tiež pod nulovou osou). Na vodorovnej ose sa ti menia otáčky.

Pre tých čo nevedia čítať grafy:
  • Ak je na vrtuli voĽnobežka, roztočí sa na 1200 ot./min. a záporný ťah vrtule je 1 kg sily.
  • Ak vrtuĽa stojí, alebo sa otáča max. 400 ot./min., záporný ťah vrtule je 3 kg sily.
  • Ak je vrtuĽa natvrdo spojená s reduktorom a motorom, a ich odpor je menší ako 12 Nm, vrtuĽa sa nezastaví, ale iba spomalí na 800-1100 ot./min. Záporný ťah vrtule v tomto režime je až 7 kg sily. Malá časť tohoto ťahu je spôsobená aerodynamickými stratami (0.8-1.5 kg) a zbytok sa rovná stratovému výkonu na hriadeli (krútiaci moment x uhlová rýchlosť hriadeĽa) delenému rýchlosťou letu.

Hlebasko
Príspevky: 292
Dátum registrácie: So Nov 24, 2007 9:27 pm

Príspevok od užívateľa Hlebasko »

Nadherna praca Gaspi,nieco by som ale doplnil.Co sa tyka autorotacie vrtulnika ,tak rotor je roztacany pri negativnom uhle nabehu listov,takze tam nemoze vzniknut dostatocne pozitivny vztlak ,aby ho udrzal v nejakej vyske.Ale vznika tam dostatocny vztlak na to ,aby nepadal volnym padom.Preto, aby dokazal bezpecne pristat ,potrebuje dostatocnu vysku a rychlost na to aby roztocil rotor a na kratku chvilu pred dosadnutim vyuzil kineticku energiu tociacich sa listov pri pozitivnom uhle nabehu.Ma ale len jeden pokus,lebo rotor je silne brzdeny odporom listov.Co sa tyka nasho pohonu,tak mam odskusane ze mierne zvysene otacky motora uz odbrzdia vrtulu - podla tvojich vypoctov by to malo byt pri 4270ot./min motora.To sa da odmerat.Sklopna vrtula vychadza na okolo 500 Eu,co nie je malo a mierne zvysit otacky je jednoduche a financne nie velmi narocne.Je riesenie este nastavit listy do "praporu"...

Napísať odpoveď