Универсальная лопасть

[Алексей2011]

И снова про лопасти.

Прочитал всю тему, все понятно и про углы, и КИЭВ, и количество, быстроходность и так-далее. Но как точно расчиать лопасть в связи с многими факторами влияющими на КИЭВ. Да, в другой ветке есть таблички, которые рассчитывают координаты лопастей, но том все заложено, а вот руководствуясь какими данными можно самому рассчитать углы заклинивания, ширину лопасти и длину, быстроходность.

Есть расчеты во всяких книгах, но написано так муторно что теряешь все концы и в итоге нет четкой картины, куча формул и доводов, а конечного результата нет.

Попробую немного поразмыслить.

Идеальная лопасть на данный момент имеет по всей длинне разные углы заклинивания и они зависят от быстроходности всей лопасти. Я так понимаю что на определенном ветре такая лопасть работает не вся, и каждый участок имеет наивысшую подъемную силу при своем ветре. По идее если выкинуть те участки лопасти, которые не имеют правильный угол заклинивания для определенного ветра, то тот участок что имеет максимальную подъемную силу будет работать даже лучше и лопасть не потеряет ни мощности ни оборотов при том же ветре.

Но значит такая лопасть работает не вся и по этому имеет не максимальный КИЭВ, но работает эффективно в широком диапазоне ветров.

Для каждой скорости ветра исходя из быстроходности и длинны лопасти будут оптимальны определенные углы заклинивания для каждого участка лопасти. Значит можно сделать лопасть, которая будет иметь максимальный КИЭВ на определённом ветру к примеру 7м/с, но при других ветрах она будет проигрывать "всеветровой" лопасти.

Тогда, если сделать к примеру лопасть метровой длинны с правильными углами под ветер 7 м/с, то она выжмет максимум из этого ветра, но на других ветрах её КИЭВ может упасть в разы. Но если сохранить форму лопасти рассчитанную для ветра 7 м/с, у всю лопасть ставить под определенным углом, то можно выжимать максимум с определенного ветра.

Таким образом напрашивается центробежный регулятор угла заклинивания лопасти. Но я видел всего один такой винт и там нет крутки лопастей, поэтому думаю что это не правильно и толку большого нет в регулировке угла всей лопасти если у нее все углы заклинивания одинаковы. А вот если каждый участок лопасти заточен под правильный угол , и вся лопасть будет регулироваться центробежным регулятором, то все участки лопасти будут иметь максимальный КИЭВ, а значит лучшие параметры.

В идеале самый большой КИЭВ будет у однолопастного винта с центробежным регулятором угла заклинавания лопасти.

Но непонятно мне одно, как расчиать углы заклинивания, во-первых для "всеветровой" лопасти, и для такой, у готовой все участки заточены под определенный ветер. В этом случае быстроходностью хочу пренебречь и не затачивать винт под обороты, а затачивать под максимальный КИЭВ, а обороты можно определять например количеством лопастей. А лучше затачивать генератор под готовый винт.

К примеру как мне думается ( конечно все уже давно придумано) , для расчётов своих лопастей можно сделать некий эталон параметров крутки лопасти, а для расчетов сделать понятное процентное соотношение углов заклинивания для определенной длинны лопасти.

Например если есть лекало лопасти с максимальным КИЭВ длинной один метр, а к примеру нужна лопасть длинной 1,5 метра, то можно сделать процентное соотношение размеров для каждой лопасти определенной длинны. И в процентах учитывать то что например с увеличением длинны меняется быстроходность, а значит и углы заклинивания будут другие. А так-же чтобы учитывалось количество лопастей.

К примеру допустим мы имеем некий этолонный профиль лопасти с разными углами заклинивания в разных частях лопасти. К примеру ее длинна 1 м, которую условно можно поделить на 10 частей или точек, и допустим начиная от оси вращения первый угол будет 30гр, второй 20гр, третий 15гр, четвертый 17 гр, пятый 15 гр, шестой 11гр, седьмой 8 гр, восьмой 5 гр, девятый 2,5 гр, десятый кончик 0 гр.

Если нужна лопасть длинной 1,5 м, то например к первому размеру нужно прибавить 50%, к второму 45%, к третьему 43% , и так далее. Так-же учесть количество лопастей, и в связи с этим например если три лопасти, то добавить к первому размеру 52%, к второму 49% и т.д

В прицепе можно построить некую таблицу зависимости чтобы легко считать углы лопасти. Можно и в xl сделать, что в принципе уже есть, но например меня это не устраивает, так-как все таблички выложенные здесь считают профиль по очень многим показателем, и каждая заточена под определенные конечные результаты. А так-же пользуясь андройдом я с трудом ворочаю эти таблички.

Лучше если бы была простая таблица с процентным соотношение координат для лопасти Из ПВХ трубы, так-как это основной материал для изготовления лопастей. Ну и естественно чтобы учитывался диаметр труб тоже в процентах или как-то еще.

Как я писал в тексте выше смысл в этом процентном соотношении в простоте изготовления правильной лопасти с максимальным КИЭВ, и здесь как бы наоборот, не винт под генератор, а генератор под рассчитанный винт определенного диаметра. Так-же можно простую процентную зависимость мощности зависящей от силы ветра, чтобы более точно подгонять генератор.

И еще по моим мыслям получается два вида лопастей, одна всеветровая для работы во всем диапазоне ветров. А вторая узковетровая,заточенная под определенный ветер. Так-же можно к второй лопасти сделать процентную зависимость углов заклинивания исходя из длинны, и зависимость угла заклинивания всей лопасти для каждой длинны лопасти, и определенного ветра.

Я вот думаю начать делать таблички, но данных у меня слишком мало. Хотел начать из библиотеки взять винты и проанализировать их углы заклинивания. Но их там слишком мало и они очень разные, поэтому если и получится, то очень приблизительный результат. Сам в программках xl не могу работать, уже скачал кучу прог для работы с ними, но пока ничего хорошего с этого не вышло, надо разбираться со всем этим. Или найти нужные данные и по ним создать таблицы. Я думаю это было бы полезно многим, простая инструкция и понятно что к чему.

Добавлено через 2 часа 23 минуты
Если я правильно понимаю то при ветре 1м/с максимальная подъемная сила при угле заклинивания 45 гр, при этом если длинна окружности винта 1м, то он сделает один оборот за секунду. Если сделать угол заклинивания 22,5 гр, то он будет вращаться в два раза быстрее, но подъемная сила будет не максимальна.

Так-же если сделать винт длинной окружности 2 м, и сохранить быстроходность, то кончик лопасти должен иметь 22,5 гр. А если 3м, то кончик лопасти должен иметь угол 15 гр, при этом максимальная подъемная сила будет у корня лопасти, там где 45 гр, и будет падать приближаясь к кончику. Таким образом работает низ лопасти, а верх не мешая немного помогает за счет рычага, компенсируя слабую подъемную силу.

Если взять ветер 5 м/с, то оптимальный угол ( 45/5) равен 9 гр. При этом винт окружностью в один метр будет иметь скорость кончика лопасти 5 м/с и сделает 5 об/с (300об/м) при этом будет максимальная подъемная сила. А если делать два метра то угол кончика станет 4,5 гр.

Если угол заклинивания слишком сильный, то лопасть не создает тягу, а наоборот тормозится о воздух, поэтому обороты для каждого угла заклинивания в зависимости от удаления от оси вращения имеют свой придел.

Получается самой производительной лопасть будет сделанная на определенную скорость ветра, при этом если она регулируется центробежным регулятором угла, то максимальную тягу можно получать на широком диапазоне ветров. Как я выразился в предыдущем посте всеветровая лопасть будет иметь потери так-как на разном ветре разные участки лопасти работают, а при большой скорости ветра низ лопасти вообще тормозит ее.

К примеру если взять винт диаметром 1 м ( длинна окружности 3,14м) и рассчитать лопасть с максимальным КИЭВ , то получается если кончик выставить в 0 , то при 11 м/с будет максимальная подъемная сила. При этом скорость кончика будет 11 м/с, а обороты соответственно 3,5 об/с ( 210 об/м). При этом это голая цифра, которая не учитывает никаких потерь типа лобовое сопротивление и т.д.

Но на практике почему-то обороты даже не расчетного винта намного больше, что-же не так. Возможно в холостую винт свободно раскручивается, но КИЭВ не максимален. Но 210 оборотов для метрового винта типа с максимальным КИЭВ это не так, чем больше обороты тем больше энергии с ветра получается. Или же все-таки именно при 210 об/м на ветру 10 м/с будет самая большая тяга , мощность, или КИЭВ.

[petruha256]

Сообщение от Алексей2011

а вот руководствуясь какими данными можно самому рассчитать углы заклинивания, ширину лопасти и длину, быстроходность.

Есть уравнение связи из теории идеального/реального ветряка, которое связывает все эти параметры лопасти (Фатеев Е.М. стр. 115 уравнение 95.)
Возможно наведет на мысли.

В понимании сути у Вас есть принципиальные ошибки, но об этом позже (спать пора), если есть желание - попробую разложить по полкам свое понимание.

Добавлено через 4 минуты
Зы, на пол дороги пояснение дабы не бросать - Zu местная быстроходность для каждого сечения, она однозначно определяет угол набегания потока.

угол набегания и угол атаки определяют угол заклинения,

угол атаки определяет Cy через поляру профиля и так для каждого сечения.

[Алексей2011]

Я уже давно к эттй теме не равнодушен, еще когда первые лопасти выризал, то озадачился расчетами и хотел сам научится расчитывать и делать. Но нигде нет понятной для меня литературы и однозначных ответров. Все перевернуто через формулы, поэтому не хватает терпения вникнуть в самую суть.

Из прочтеных материалов и собственного опыта в общем все понятно, но посчитать какое-то цифры и координаты не получается пока что, нет в голове полной картины.

[Сергей]

Алексей2011, ну ты и наворотил!
Мне пол года понадобилось что бы только разобраться со всеми этими определениями и понять роль каждого в этой связке.
До формул так и не дошёл потому, что мне грешному в наше время это уже не к чему т.к. есть проги в которых все эти формулы заложены.
Ошибок в твоих размышлениях множество и поэтому для простоты хочу предложить для начала рассмотреть не винт ветродвигателя,
а сечение крыла в потоке.

Сообщение от Алексей2011

Если я правильно понимаю то при ветре 1м/с максимальная подъемная сила при угле заклинивания 45 гр, при этом если длинна окружности винта 1м, то он сделает один оборот за секунду. Если сделать угол заклинивания 22,5 гр, то он будет вращаться в два раза быстрее, но подъемная сила будет не максимальна.

Это грубо и не правильно.
Отвечу так же само грубо и не правильно:
Если при неизменной длине хорды скорость потока увеличить в 2 раза,
а угол атаки уменьшить в 2 раза, то подъёмная сила останется одинаковой.
В выше сказанном есть 4 понятия:
Это хорда, скорость, угол атаки и подъёмная сила.
Сама по себе подъёмная сила никогда не рассматривается. Всегда вместе с ней существует сила лобового сопротивления.
И если сила лобового сопротивления больше подъёмной силы, то толку от подъёмной силы вообще ни какой.
Так вот. Связывай эти 4 понятия в кучу, а ещё лучше 2 первых, ты выйдешь на число Рейнольдса и тогда тебе станет понятно почему лопасть нельзя маштабировать.
Ну а дальше будет видно

[Алексей2011]

В общем картина более менее есна, просто смотря на опыт других делаешь вывод, а вот в суть в никнуть пока не получается.

:Серней ( Если при неизменной длине хорды скорость потока увеличить в 2 раза, а угол атаки уменьшить в 2 раза, то подъёмная сила останется одинаковой.)

Да, это понятно, а если угол уменьшить в два раза, но при этом скорость потока не менять, то подьемная сила упадет.

Получается что для каждой скорости ветра оптимален свой угол при условии что лопасть двидется с нужной скоростью . Значит есть какие-то значения угла заклинивания и скорости движения лопасти при опредлеленном ветре.

К примеру если взять с потолка что угол 10 гр оптимален на 5м/с при скорости движение лопасти 5м/с, то в холостую может быть и больше оборотов, но максимальный крутящий момент именно в этих пределах. И если генератором перегрузить, то таких оборотов лопасть не достигнет, а если недогрузить то обороты и дальше будут рости до просадки крутящего момента и возрастания сопротивления генератора.

Масштабировать лопасти нельзя так-как крутка зависит от быстроходности, но это можно учитывать и масштабировать с этим учетом. Пересмотрел все винты в библиотеке и почти у всех есть определенные близкие значения углов заклинавания. у корня самый большой угол в средлнем 33 гр +- 2 гр, а кончик 4,5 +- 1 гр. При этом и по всей длинне координаты рознятся незначительно. Есть конечно отличия когда например быстрохолность выше, но для Z5 углы практически совпадают не зависимо от длинны лопасти, и количества лопастпй. Значит есть все-таки определенные значения углов заклинавания для каждой быстроходности и масштабировать можно.

Еще раз пробежался по расчитанным винтам и там явно прослеживаются одинаковые углы при схожей быстроходности и количестве лопастей, так к примеру одинаковые углы у винта 3D3200Z5T400, и у 3D1200Z5T110. Разница у витов по размерам просто огромная, но вот крутка практически совпадает. При это у них обоих высокий КИЭВ, так значит масштабировать можно.

У других винтов углы очень близки, это значит можно вывести некий средний уго. Да ошибка даже в один градус может снизить расчетный КИЭВ, но не значительно, из-за ощибки в 1-2 градуса можно потерять в КИЭВ несколько процетов, но для для меня например это не важно на фоне того что можно сделать лопасть по некому шаблону и у нее будет высокий КИЭВ.

[983]

Сообщение от Алексей2011

К примеру если взять с потолка что угол 10 гр оптимален на 5м/с при скорости движение лопасти 5м/с, то в холостую может быть и больше оборотов, но максимальный крутящий момент именно в этих пределах.

Немного не так.
В холостую будет больше оборотов,
в подторможеном ( например не полностью заторможеном) состоянии буде больше момент на валу,
но произведение момента на обороты , а это как раз то, что нам и надо ! , будет как раз на этих самых, взятых с потолка оптимальных 5 м/с.

[Сергей]

Алексей2011, вот даже не дочитал твой пост вижу:

Сообщение от Алексей2011

а если угол уменьшить в два раза, но при этом скорость потока не менять, то подьемная сила упадет.

Может быть да, а может и нет. Почему?
Да потому что уменьшив угол атаки в 2 раза, мы не знаем насколько уменьшится сила лобового сопротивления.
Ты просто тупо пишешь "Подъёмная сила".
А я тебе писал, что так не бывает. Это ты уже забегаешь вперёд.
Не разобравшись с Числом Рейнольдса, ты подымаешь вопрос Аэродинамического качества.
Это отношение подъёмной силы к силе лобового сопротивления.
Из этого следует, что уменьшив угол атаки в 2 раза и возможно уменьшив поъёмную силу в 2 раза, мы видим что сила лобового сопротивления упала в 4 раза.
О чём это говорит?
Аэродинамическое качество возросло и в новых условиях, при меньшей подъёмной силе, сечение будет выполнять больше полезной работы.
Читаю дальше...

Добавлено через 30 минут

Сообщение от Алексей2011

Еще раз пробежался по расчитанным винтам и там явно прослеживаются одинаковые углы при схожей быстроходности

Всё верно. Угол заклинения задаётся быстроходностью. То есть скоростью в потоке.
По этому если у нас труба 110мм, хорда на кончике 50мм, угол 4град, это должно оставаться неизменным.
Дальше играйся как хочешь с диаметром винта, но обеспечь перемещение выше указанного сечения
со скоростью равной быстроходности пять.
Но при этом нельзя забывать, что у нас существует стандартный ряд труб.
И взяв за основу скажем винт 3D1200Z5T110 и промаштабировав его, ты сможешь получить из трубы 160мм только 1 винт.
Какого диаметра он получится, я не знаю. Дальше ещё один из трубы в 200мм. И т.д.

[Алексей2011]

Если уменьшить угол то КИЭВ упадет, но так-как лобовое сопротивление уменьшилось, лопасть будет набирать обороты сама и тем самым угол сам будет стремится к оптимальному относительно угла набигания потока. Если конечно ей позволит нагрузка в виде генератора.

В холостую обороты лопасти это баланс угла заклинивания, лобового сопротивления и силы ветра. А где же точка максимального КИЭВ, в холостую весь КИЭВ уходит на обороты лопасти и они растут пока лобовое сопротивление не сравняется с подъемной силой. А чтобы взять максимальную полезную мощность вероятно должны быть такие обороты когда максимальный дисбаланс между подьемной силой и лобовым сопротивлением.

[Сергей]

Сообщение от Сергей

И взяв за основу скажем винт 3D1200Z5T110 и промаштабировав его, ты сможешь получить из трубы 160мм только 1 винт.

Хотя я и не очень уверен.
Алексей2011, а давай проверим.
Кинь сюда ссылку на эту лопасть. Ты промаштабируй до трубы 160мм, а я потом перенесу новые координаты лекала в табличку и посмотрим на результат...

[Алексей2011]

Сергей, значит получается что можно масштабировать размеры по размерам труб. Если делать полную копию, но из трубы большего или меньшего диаметра, то лопасть не потеряет своих характеристик


Но если сжимать и растягивать длинну лопасти, то тут масштабирование не сработает, так-как из-за изменения радиуса меняется быстроходность.