Расчёты профильных лопастей.
 

baysun,Ты уже не будешь делать винт с Z-6? Тут я ночью прикидывал, на Гогиного чеха класно-бы пошла быстроходность 5,5. А чем это чревато, понять так и не могу.
Типа на малых ветрах не будет добирать по мощности потому, что углы установки маленькие? Так что-ли? Ну а почему не сделать хорду побольше и всё компенсируется? В общем я опять начал путаться. Помогайте разобраться...

Сергей, длину хорды определяет быстроходность - это коэффициент заполнения, иначе с длинной хордой винт не выйдет на расчетные обороты и потеряет мощность (КИЭВ) из-за неоптимального угла атаки для такой длиной хорды, угол установки лопасти будет на большую быстроходность, но винт до нее не будет дотягиать.

Всё правильно, это я что-то ни туда. Только что поклоцав табличку Clark-Y (на большее я не способен), увидел такую закономерность. Увеличивая быстроходность, уменьшается хорда и вместе с ней и угол заклинения. Тогда всё получается логично. Спуская быстроходность двухлопастного до 5,5 хорда увеличивается вместе с углом. Подымая Z трёхлопастного до 5,5 длина хорды уменьшается вместе с углом установки. Значит всё таки реально, что-бы не переходить на двухлопастной винт, сделать трёхлопастник с Z-5,5?

Вполне.

Но всё равно особено гнаться за этим не следует, т.к каждая следующая лопасть будет работать в возмущёном потоке воздуха предыдущей лопастью. Значит если выбираем Z>5 то нужно соответственно в расчёт уже закладывать меньший КИЭВ. А дальше каждый выбирает для себя. gda98, Я правильно понимаю эту аэростратегию?:unknw:

Сергей, примерно так, но лопасть с меньшей хордой создает меньше возмущений воздуха.

Но если это не всё так страшно, то почему мы ограничиваемся Z-5. Из-за того что лопастя тоненькие получаются?

Из-за того , что есть разумный предел, быстроходные винты для сильных ветров!

При увеличении быстроходности падают концевые потери и потери на закрутку проходящей массы воздуха, но растут потери на трение.

1. Потери на трение зависят от аэродинамического качества лопасти, т.е чем выше а/э качество профиля, тем более быстроходный можно сделать винт.
2. Поскольку при увеличении быстроходности уменьшается хорда - меняется режим обтекания (уменьшается Re), аэродинамическое качество падает - потери на трение растут.

Из баланса 1-го и 2-го с учетом потерь на закрутку и концевых потерь находят оптимум быстроходности.

еще верхний предел быстроходности ограничивается прочностью лопасти (квадрат окружной скорости), жесткостью лопасти (выше быстроходность - выше частота возмущающей силы - тоньше лопасть - ниже частота собственных колебаний лопасти - в результате можно и на резонанс выйти при хороших оборотах), шум.

Сейчас силами соберусь выложу табличку по характеристикам трёхлопастников на профиле NACA-4412.

Вот табличка

группы столбцов с разными диаметрами для различной быстроходности, в строках - для разного расчетного угла атаки. могу еще рассчетку выложить под энтот профиль, но там, боюсь без поллитра не разберетесь.

Попробовал разобраться, но возникли вопросы. b-это наверное хорда. КИЭВ наверное в двух вариантах, теоретический и практический. В первой группе столбцов хорда в метрах, со второй группы в миллиметрах. Число 31,8 обведённое синим нужно читать как 91,8. Слева направо рассчитано от 0,5 до1R. Сверху вниз от Z-4,5 до 8... Если я нигде не напортачил, то где-же углы???:unknw:

Да, b - это хорда, из расчетки переносил вручную, поэтому ошибочки попадаются.

КИЭВ - 1-й для расчетного ветра, 2-й для скорости начала генерации.

в строке D - диаметры винтов.

Слева направо это быстроходность от 5 до 10

углов заклинения здесь нет, тут только выходные параметры винтов, а хорда дана для оценки материалоемкости.

углы из расчетки для каждого из 150 винтов переносить не стал. эта таблица для ориентировки, какой ротор выбрать, а параметры (крутка и хорда по радиусу) можно из расчетки взять.

Сейчас её выложу, правда для NACA 4412 я расчетку потер, выложу для E387, она отличается только полярами. впринципе можно поляры любого профиля в расчетку забить и считать сколько влезет. Для NACA4412 поляры дам если надо, но думаю лучше будет под более толстый профиль поляры искать, я сейчас остановился на S834.

Чем больше Ваш диалог читаю - тем больше узнаю какой я тупой:cray:

Так быстроходность всё таки как идёт?

Значения править на листе 2 в левой колонке

e - степень торможения (по Жуковскому 0,3333333, по Сабинину 0,414)
Z - быстроходность
раб угол - угол атаки для которого ведется расчет
v1- номинальная скорость ветра в м/с
v2- скорость начала генерации
D - диаметр винта
нижняя строка - коэффициент для выбора критерия уравнения связи


крутку и угол заклинения смотреть на листе3 в колонках "угол уст" и "bi" соответственно, в зависимости от радиуса сечения (колонка "d/D").

аэродинамические характеристики профиля ставить на лист 1 в те же ячейки, в которых они стоят. Тут есть нюанс, характеристики должны быть без резких провалов в рабочей зоне, иначе итерации не сходятся, с NACA4412 проблем не было, а вот с SD2030 пришлось немного подрихтовать характеристики.

Быстроходность слева направо от 5 до 10
сверху вниз от 4,5 до 8 - это расчетный угол атаки.
радиуса нет.

petruha256, ночью гляну:hi:

Нагляделся от души. Когда пол литры випиваешь в голове меньше шумит:hang1:. Вопросы потом. Ок?

Ok

petruha256,Сразу хочу тебя поблагодарить за выложенную табличку и за разъяснения к ней. Для меня это был тёмный лес. А сейчас появился, хотя и очень маленький, но всё же лучик света в тёмном тоннеле бесконечных цифр. Просто хочется понять (думаю что не мне одному), происходящие процессы а этой аэродинамике, хотя-бы на уровне начинающего пользователя. И если ты не против, есть у меня несколько вопросов. Есть у нас 2 таблицы. Первая это сводная. Просто перенёс и записал то что выдала вторая. Правильно? Вторая таблица, это та которая непосредственно ведёт расчёт по заложенным в ней формулам. Об этом я то-же догадался давно. Но вот какие данные закладываются в эти таблицы, для меня было и загадкой. Я не одну неделю вглядывался в таблицу "Расчёт профиля Clark-Y". И старался обходить стороной Лист где много цифр. Сейчас я всё это дело понимаю примерно так. Есть три параметра Cy-это коэффициент лобового сопротивления, К-это коэф. подъёмной силы и Re-число рейнольдса. Которое учитывает скорость и длину хорды. Два эти коэф. закладываются в таблицу при двух разных Re, надо понимать что это та часть поляры где Re находится на до критическом уровне. То-есть в ламинарном потоке. Дальше таблица сама просчитает все промежуточные значения. Сейчас мне хочется просто узнать, Что в Таблице 2 на Листе 1 откладывается по горизонтали и по вертикали. По вертикали цифры от 2-12, а по горизонтали от50-500. И вообще, откуда и как эти все цифры берутся?...

Сергей, да не бери ты в голову, читал я это, для теории и понимания процессов - надо, а для практики - запутанно(и ещё немного неправильно!) ищи в инете методичку Яковлев, Затучная
название не помню, завтра посмотрю "проектирование ветротурбины с горизонтальной осью вращения" Эх, як це так! авторы - из ХАИ, методичка - для студентов, в ней практический расчёт
ветроколеса, я им письмо по электронке в ХАИ на кафедру послал, думал уж забыли, и вот через
месяца эдак полтора приходит из Харькова в Ставропольские степи заказное письмо с копией маленькой исследовательской работы по выбору оптимального сечения профиля,
на границе вскрывали(и хохлы и русаки, мож там госсекреты) только эти нехорошие силовики
ни черта в формулах и графиках не соображают!
по ИР вполне подойдет и профиль эсперо 20% толщины (КИЭВ 42%) хотя там ещё 4 профиля исследовалось, и хватит использовать всякие заграничные "кларки" тонковат он для обеспечения необходимой прочности, а наши российские профили, разработанные Жуковским и Сабининым ни в чём им не уступают!

multics,Спасибо за ответ по теме. Может на практике мне это и не пригодится, но душа требует своего. Как говорится сердцу не прикажешь. Я уважаю ХАИ и полностью согласен что,

Поэтому все мы будем рады любой информации по этой теме. Добро пожаловать на форум...

multics, приветствую! А не могли бы Вы выложить скан этих расчетов сдесь?

Добавлено через 1 час 22 минуты
Bosoiy, какая полоса под лопасти установлена толщина, ширина, длина и на какую длину по лопасти она закреплена? Бурезащита обязательна, иначе ваши лопасти в ураган постараются выполнить функцию ножей от мясорубки :))

Примерно так. лист2 - левая таблица - вод исходных данных, правая таблица вывод основных параметров.

лист 3 - расчетный лист. Значения из первой таблицы переносятся в расчет (расчет итеративный), результаты расчета переносятся на лист 2 в правую таблицу, ну и естественно остаются на листе 3.

Cy - коэффициент подъёмной силы, К - аэродинамическое качество - отношение Су/Сх (подъёмная сила/лобовое сопротивление). Фокус в том, что формулы писать оказалось удобнее используя именно Су и К, хотя можно было и Су и Сх - это непринципиально.


работает всё примерно так: для каждого сечения лопасти исходя из быстроходности и степени торможения определяется угол набегания потока, потом по углу атаки и по имеющемуся Re из первой и второй таблицы первого листа берется значение Су и К (интерполируется между ближайшими значениями Re), эти значения подставляются в расчет и решается уравнение связи по мощности, в результате решения получается ширина хорды, которая дает изменение Re, по измененному Re опять из таблиц 1 и 2 первого листа выбираются Су и К и расчет повторяется несколько раз пока разница между текущим и последующим вичислениями не минимизируется. в результате имеем крутку лопасти для каждого сечения (есть угол набегания минус угол атаки), хорду для каждого сечения, и мощностные параметры для сечения (полезная мощность, мощность, уходящая на трение и на закрутку потока) всё это интегрируется для всего винта и отдельно считаются концевые потери.

весь расчет ведется одновременно для двух скоростей ветра V1 и V2,
V1 - номинальная, по ней определяется геометрия винта (крутка и хорда) и V2- стартовая -используя полученную геометрию даёт оценку эффективности, чтобы понять, будет ли винт работать на малых скоростях.

Про таблицы первого листа - 1-я таблица это Су (по горизонтали - Re от 50 до 500 в тысячах, по вертикали - угол атаки в градусах), 2-я таблица это К=Су/Сх для тех же значений.

3-я и 4-я таблицы это копии 1-й и 2-й, но они используются для расчета по второй скорости ветра.

Цифры я брал из атласов и отчетов контор типа NACA, NREL, ЦАГИ.

Проблема в том, что для чисел Re менее 100000 исследовано очень мало профилей, да и те которые есть - днём с_огнем вечером разогнем...

Наиболее полно исследован профиль Е387, его используют для винтов сверхлегких самолетов - по нему данных больше всего.

У меня сейчас имеются обработанные поляры для профилей NACA4412, SD2030, E387, FX63-137, S834. есть исходные данные еще для SH3055, и S822. эти данные собраны по отчетам испытаний в аэродинамических трубах. Это совсем не значит, что эти профили лучшие, просто для других профилей не найти экспериментальных данных для низких значений Re.
Можно исходные данные взять расчетные из программы profili или XFLR5, они работают на одном движке, поэтому выбор исходя из удобства. Просто нужно сравнить расчетные данные с экспериментальными (почти для любого профиля, на средние значения Re экспериментальные данные можно найти).

multicsДобавлено через 4 минуты
Где неправильно? Подскажите, Поправлю. Всё проверял, сравнивал вроде нигде....

Добавлено через 1 час 10 минут

multics
Спору нет, кларки юзают в-основном из-за того, что они плоские снизу при 12% толщине (технологичность при изготовлении из дерева), и они бывают разной толщины стандартные до 18% - этого более, чем достаточно по прочности даже для диаметра 2,5 метра и быстроходности 6 на трёх лопастях.
Если бы на "эсперо" были поляры на широкий диапазон Re, то однозначно стоило бы применять. Если у Вас они есть - поделитесь пожалуйста.

petruha256, Ещё раз спасибо. Буду пытаться вникнуть поглубже. Хотя для усвоения того что есть, уже нужно время. Нужно ещё раз программу профили посмотреть. Так сказать с высоты прожитых лет. Теперь становится примерно понятно, насчёт поляр профиля желобок. Которые Владимир Котляр, если я правильно понял, собрал на основании собственных практических иследований. Ладно, будем потихоньку разбираться...

multics
Я бы на твоем месте серьезно методичку ХАИ не воспринимал . Лучше Фатеева почитать. Как сотрудник ХАИ говорю.

Этот профиль хорош тем, что создавался для крыла с мягкой обшивкой, поэтому допускает некоторые погрешности при изготовлении.

к сожалению методичку мне выложить будет проблематично, т. к. я использую интернеты через спутник(приходит с него, а уходит по пчеллайну,GPRS) а у пчелайна в моем селе с нового года такая плохая связь, что пинги(ping)
в среднем 10000 - 20000 мсек и скорость не выше 8 - 15 кбит/c, спасает ОСь Linux (Debian) под виндой вообще
не подключается! Яковлев А. И. , Затучная М.И. Аэродинамический расчет ветротурбин пропеллерного типа
-Учебное пособие по курсовому проектированию. Харьков: Нац.аэрокосм. ун-т "Харьк.авиац.ин-т", 2001. -78 с.
вы её легко найдёте в интернетах, она там была в виде PDF. более точно нужно рассщитывать по Сабинину,
по методичке небольшая погрешность, я неточно вник в вашу тему и тут же стал вопить "о неправильном", мельком
просмотрел и увидел знакомые слова, прога считает так же как ведется расчет в методичке
выложу как отсканю 7 листов статьи Яковлев А. И. проф., докт.техн. наук, Затучная М. И. ст. научн.сотр.,
Пашков В. Н. ст. научн. сотр. Национальный аэрокосмический университет им. Жуковского.
"Построение мощностных характеристик ветроэнергетических установок с оптимальными профилями рабочих лопастей"
в данной статье рассматривается модернизация алгоритма построения мощностных хара-к ветроустановок с точки зрения
уточнения метода вычисления тормозящей составляющей крутящего момента от концевых потерь, сравнивается
5 типов профилей: эсперо 15, эсперо 20, GOE-225, GOE-442, S-882(симметричный)
спасибо авторам за статью, у меня в селе мужик сделал ветряк (от балды) результат - даёт от силы ватт 80-120
я же не собираюсь так делать, так как в математике, физике и электротехнике силён, только вот уж как пол-года
как не до него, финансовые трудности.

При написании этой эксельки я плясал именно от Сабинина, правда с небольшими изменениями

изменения в части касающейся определения угла набегания. (у Сабинина угол набегания определяется из суммы векторов потока до колеса плюс половина вектора закрутки, что на мой взгляд весьма спорно, считаю, что это то же самое, если угол атаки крыла определять не от бесконечно удаленного потока а от некоего среднего потока до и после крыла, а сие из теории крыла в корне неверно, так как все характеристики крыла при испытаниях и расчетах определяются именно относительно бесконечноудаленного потока).

отсюда в моей эксельке есть отличие в расчете потерь на закрутку.

концевые потери тоже считаю из теории крыла.

самое интересное, что при расчете в точности по Сабинину результат расчета мало отличается от моего расчета, и после сравнения результатов для разных винтов я решил оставить прогу в том виде, в котором она получилась. (т.е. если я и ошибся, то несильно).

вот, отсканил с помощью xsane

multics, А что ты знаешь об этом профиле?

Александр, профиль NACA4412 с виду он мало чем оличается от Сlark-Y, и ни в чём ему не уступает, но технологичнее для домашних условий. Правильно? Почему тогда все упирают на Сlark-Y?

У clark-y и у RAF-6 плоский низ .

vvv, Ясно. RAF-6, это тот что на винтах самолётов применялся? А вообще насколько это реально в домашней мастерской, в достаточной точностью правильно с профелировать лопасть и тем более с круткой? Ума не приложу. Всё как-то вокруг, да около...

хороший форум, загрузил много литературы из раздела "книги", перечитал пару томов "неисчерпаемой энергии" и пришел для себя к выводу: на промышленных
вэу профили лопастей меняются от корня к комлевой части по относительной толщине(на корне толстые, тонкие на концах лопасти) для домашних самодельщиков
такие будет тяжело считать и изготавливать, а насчет профилей - лучше уж применять симметричные, чем вогнутые или плоско-вогнутые(которые тяжело сделать), так что для домашних условий практичнее считать и изготавливать лопасть
постоянной относительной толщины(по длине лопасти) и применять симметричные профили(проще делать и они выйдут проще чем тонкие вогнутые), ну потеряем при
этом 2 - 7 % энергии, зато прощё и прочнее. Вот такие мои рассуждения.

удобнее делать лопасти с плоско-выпуклым профилем, но ничего не мешает и с другими профилями делать.
И деревянные делать непроблемно , на форумах reaa.ru snim.flybb.ru
в темах " изготовление деревянных винтов" нормально расписано.

Спасибо multics, мелочь но приятно:). Посмотри в библиотеке, эти методички ты имел ввиду? Если да, то у меня просто заканчиваются слова и начинаются одни буквы:wacko2:. Таких формул я даже в самом страшном сне не видел:shok:...

Дим, для меня не совсем всё понятно. Понимаю что надо брать всевозможные факторы, но от чего именно надо оттолкнуться? Нужен пример.
Вот я проживаю в местности со среднегодовой скоростью ветра 4,8 м.с.
Мы знаем что ветер 3 м.с. не несёт в себе никакой энергии (я в этом убедился на практике), следовательно надо делать расчёт на большую скорость ветра (ударение на букве О).
Я в своё время запомнил слова умнейшего человека, он сказал, чтоб расчитать винт, надо среднюю скорость ветра умножить на 1,7. Следовательно в моём случае, винт при скорости ветра 8,16 должен отдать требуемую мощность. Пусть мы даже округлим до 8,5 или даже 9 м.с. не суть важно.
Я хочу понять, как будет себя вести винт, если в расчёте програмы кларк я укажу начальную скорость ветра 4 м.с. А так-же если поставить число рейнольдса 250000? Увы, для меня эти цифры вообще ничего не означают, зато существено меняют характеристики винта. Так-же я понимаю что число рейнольдса наиважнейший параметр в лопасти, но что выставить убей не пойму.
Ну не указывать же мне скорость ветра 8 м.с., это же абсурд. Вот я и прошу хоть как-то в кратце на чьём нибудь примере, помочь мне с решением данной задачи. А уж с размером винта я и сам разберусь.
Мне бы хотябы кто сказал какой у него средний ветер на местности, какой размер винта, ширину лопасти на кончике и середине. на какой номинальный ветер расчитан винт. Дальше бы я думаю, уже и сам соображу и не буду задавать вопросов.

baysun

Подставьте скорость, 4 м/с и Re 150000-300000 - не важно, у Вас получится концевая хорда,

дальше проверьте реальное значение Re, следующим образом: быстроходность помножте на на скорость ветра и на хорду (в метрах) и на 68500 (Z*V*b*68500) - получите реальный Re для этой хорды,

подставьте его в программу, если программа учитывает Re.то хорда должна измениться,

под новую хорду опять посчитайте Re и подставьте его в программу и т.д. и т.п., пока сходимость не обнаружится.

если от Re хорда не меняется - расслабьтесь, она (программа) режим обтекания не учитывает и ставьте что попало.

Вот сегодня на глаза попалось. Похоже изменение ширины происходит как и у Александра.

Меняется. Re меняешь и хорда меняется.