Форум » Вопросы теории » Полетит - не полетит » Ответить

Полетит - не полетит

Admin: Статья в стадии разработки. var18.07.11б Начиная новый проект или оказавшись перед необходимостью выбора ротора и силовой установки, строителю понадобится оценить, может ли его проект летать в принципе с точки зрения энергетики. Граничных условий для такой оценки всего два: тяга маршевого винта и нагрузка на ометаемую. I. Тяга маршевого винта. Считается, что автожир в принципе может летать, если тяга маршевого винта не ниже 0.35, т.е. не ниже 35% от полетного веса аппарата. Сразу оговоримся, что это условие работает только в случае с приличным ротором, имеющим хорошее отношение Су/Сх или другими словами, соотношение создаваемой подъемной силы к потерям энергии в роторе на его вращение и на сопротивление полету. Т.ч. один и тот же автожир с ротором DW может летать вполне прилично, но может отказаться это делать с ротором, сделанным из вертолетных лопастей или построенным самостоятельно, если строителю не удалось собрать ротор грамотно. Как оценить ожидаемую тягу маршевого винта? Практика показывает, что для толкающего винта автожира более-менее типовой конфигурации при винте диаметром 170-175 см можно ожидать получить тягу в статике, равную мощности двигателя, умноженной на 2.0 - 2.2. Со 100-сильным двигателем Rotax-912ULS на автожирах "Твист" получается тяга 240-245 кг, со 100-сильным Simonini V2P - 220-225 кг при диаметре винта 175 см. При меньшем диаметре винта она, ессно, будет меньше. Автомобильные конверсии имеют показатели пониже, т.к. у них пик крутящего момента обычно смещен в сторону более низких оборотов. Двигатель Subaru EA-71 (80 л.с.) давал на винте 175 см тягу в 170-175 кг, Subaru EA-82 (100 л.с.) - 200-210 кг. При выборе силовой установки и оценке, как будет летать аппарат, часто ошибочно опираются на вкусную цифру максимальной мощности, но это не вполне корректно, т.к. для регулярных полетов нас больше интересует мощность, которую можно получать от двигателя продолжительное время. Если авиационные двигатели могут неограниченное время работать на 90-100% от своей максимальной мощности, то автомобильные конверсии как правило таких режимов не выдерживают - они просто для этого не предназначены. В обычной жизни автомобильный двигатель 99% времени работает на 25-30% мощности, если заставить его продолжительно отдавать больше 60-70% мощности, он или будет перегреваться, или заметно снизится наработка до отказа. Мотоциклетные двигатели в этом смысле еще слабее. На продолжительную работу на высоких режимах рассчитаны лодочные и снегоходные моторы, поэтому им в последнее время самодельщики уделяют все больше внимания. В случае автомобильного двигателя стоит опираться на величину продолжительной мощности не выше 70% от максимальной. К примеру, двигатель Subaru EJ-22, конвертированный для автожира SparrowHawk ("Чижик"), имеет максимальную мощность 145 л.с. при максимальном полетном весе аппарата 620 кг. Статическая тяга, которую удается получать с такого двигателя на этих автожирах с маршевым винтом диаметром 175-182 см, равна 290 кг. Итого тяговооруженность аппарата 290/620=0.46, вполне приличная цифра. С ней аппарат в полной нагрузке сохраняет скороподъемность около 2 м/с. Для горизонтального полета на крейсерской скорости при этом необходимо около 90 л.с., т.е. 62%. Вполне приличные цифры, позволяющие рассчитывать на длительную эксплуатацию двигателя. Кроме того, такой запас тяги позволяет летать более безопасно - при необходимости выдернуть аппарат из сложной ситуации на малой высоте вероятность выйти из нее тем выше, чем больше располагаемый запас тяги. При оценке ожидаемой тяги от сильвой установки следует иметь в виду, что она зависит не только от паспортной мощности двигателя, но и от правильного подбора маршевого винта, а также - в значительной степени - от конфигурации самого аппарата, т.к. плохие аэродинамические формы аппарата не только увеличивают лобовое сопротивление, но и ухудшают КПД маршевого винта из-за того, что (в случае толкающего винта) воздух приходит на винт сильно возмущенным различными частями аппарата, что увеличивает потери. Пара примеров: 1) установка носового обтекателя на автожире "Твист" увеличивает крейсерскую скорость аппарата при одинаковом полетном весе и одинаковых оборотах двигателя с 85-90 до 100-115 кмч. КПД винтомоторной установки толкающей схемы существенно можно увеличить капотированием двигателя, т.к. это заметно оптимизирует воздушный поток, приходящий на винт. Ю.Корнеев сейчас заканчивает постройку очередного "Казачка", где двигатель уже будет закрыт капотом, - с нетерпением будем ждать сравнеия результатов. 2) автожиры МТОспорт и Calidus при одинаковой силовой установке (Rotax-912 ULS, 100 л.с.) и одинаковом полетном весе имеют разницу в крейсерской скорости более 20 кмч в пользу "Калидуса", аэродинамика фюзеляжа которого заметно лучше. Кстати, сравнение статической тяги этих двух аппаратов при одинаковых двигателях и маршевых винтах, на одинаковом бензине весьма наглядно: 225-230 кг у МТОспорт и 240-245 у "Калидуса". Про бензин я тоже упомянул не случайно - разброс качества автомобильного бензина сейчас весьма большой, т.ч. если у вас после очередной заправки аппарат вдруг стал лететь хуже, а двигатель не докручивает по сравнению со вчерашним 200-300 об/мин - не спешите лезть в карбюратор или облегчать винт. Итого: при выборе силовой установки отнеситесь к ее заявленным параметрам скептически. Пусть она лучше приятно обрадует вас во время облета, чем наоборот. II. Нагрузка на ометаемую. Принято считать, что нагрузка на ометаемую у автожира должна лежать в диапазоне 5.5 - 9.5 кг/ кв.метр для легкого (до 450 кг полетного веса) и в диапазоне 7.0 - 10.5 кг/ кв.метр для тяжелого автожира. Меньшие значения нагрузки на ометаемую снижают КПД ротора и увеличивают риск выйти за пределы управляемости при частичной его разгрузке. Поскольку нагрузка на ометаемую определяет полетные обороты ротора, то чрезмерное ее снижение чревато еще и нежелательным уменьшением центробежной силы, обеспечивающей устойчивость ротора в конусе. Есть и еще один практический момент: на осевом парашютировании или при полете на втором режиме ротор на аппарате с неадекватно низкой нагрузкой на ометаемую может просто потерять обороты ниже рабочих. Каждый типоразмер ротора имеет оптимальную цифру нагрузки на ометаемую, при которой его КПД максимален. Например, для роторов DW эта цифра равна 7.8 кг/кв. метр. Это не значит, что такой ротор не будет летать с нагрузкой 6.5 или 9.0, просто КПД ротора в обе стороны от оптимальной цифры снижается. Нужно помнить, что оптимальная цифра приводится для стандартной атмосферы (+15С, 750 мм. рт. ст, 50% влажности). Зимой оптимальной будет нагрузка чуть выше указанной, летом - чуть ниже. При увеличении нагрузки на ометаемую (уменьшении диаметра ротора при том же полетном весе) обороты ротора в полете возрастут, но не это главное. Увеличатся скорость отрыва и минимальная скорость горизонтального полета. Максимальная скорость при этом увеличится, но незначительно. Итого - аппарат станет летать больше "по-самолетному". Итого: при выборе типоразмера ротора для своего аппарата в первую очередь нужно отталкиваться от полетного веса и подбирать ротор так, чтобы нагрузка на ометаемую была близка к оптимальной с тем весом, с которым придется летать чаще всего. С одноместным аппаратом, у которого будет скорее всего один и тот же пилот - его строитель или владелец, все достаточно просто. В случае с двухместным придется выбирать, для какой конфигурации вам нужнее оптимальный ротор - с одним или с двумя на борту. Многие владельцы двухместных аппаратов за рубежом, особенно там, где сезонные температуры воздуха существенно отличаются, предпочитаю иметь два ротора разных размеров. Так же, как владельцы ЛА с маршевым винтом фиксированного шага обычно имеют летний и зимний винт. Подбор диаметра ротора более важен для легких двухместных автожиров с высокой весовой отдачей, т.к. диапазон разумных нагрузок на ометаемую можно выразить и в процентном отношении. Если аккуратно посчитать, получится, что эффективный диапазон изменения полетного веса на одном и том же роторе составляет примерно 35-40%. Если пустой аппарат весит 240 кг, а пилот 90 кг, то минимальный полетный вес (будем считать, что топливо может вырабатываться полностью) составит 330 кг. Максимальный эффективный при этом будет около 460 кг. Т.е. подобрав ротор с оптимальной нагрузкой при полетном весе 390-410 кг вы обеспечите наиболее высокий КПД ротора во всем диапазоне полетного веса. Ну, а если придется лететь с перегрузом - придется потерпеть. Перегруженный ротор вообще несет меньше потенциальных неприятностей, чем недогруженный. В самом худшем случае аппарат просто не взлетит. Недогруженный ротор куда опаснее. Если, скажем, для ротора DW28 минимально допустимыми полетными оборотами считаются 270, то понятно, что чтобы при пилотировании или попадании в нисходящий поток вылезти вниз за эту опасную черту с нормальных полетных 310-320 вы имеете право потерять 40-50 об/мин, а с оборотов 290 - всего 20, т.е. зазор безопасности в два раза меньше. К тому же чем меньше нагружен ротор, тем сильнее он реагирует на турбулентность. Еще одно негативное свойство недогруженного ротора - его худшая управляемость, в т.ч. - обратная связь на ручке пилота. Из этих соображений, например, автожиры МТОспорт в дополнение к штатному ротору диаметром 8.4 метра комплектуются в виде опции укороченным ротором диаметром 8.0 м - для маневренных полетов и полетов в одиночку. Иногда, впрочем, строители сознательно идут на заведомое уменьшение нагрузки на ометаемую, т.е. устанавливают ротор большего диаметра, но делать это имеет смысл только при слабой тяговооруженности. Летать при этом придется по большей части блинчиком. ЭТО ПОКА ЧЕРНОВИК! пишем дальше пишем дальше пишем дальше заходите попозже

Ответов - 19

Admin: Tolip пишет: Подскажите, пожалуйста, для открытого, двухместного АЖ (парта) с сухим весом около 230кг, а предполагаемым полетный 450кг, достаточно будет силовой установки с мотором Субару EJ-18 с авиаконверсией от Виноградова (редуктор I =2.35)? Изначально АЖ проектировался под СУ на базе мотора BMW, на ней же и облетывался. И еще, не знаете ли Вы, вот этот мотор Субару EJ-18, какую имеет мощность и какую с него можно снять тягу? Просто в разных источниках разная информация. Мощность этого двигателя на разных сайтах меняется от 103л/с до 120л/с. Что из этого реально? EJ-18 обычно считается с мощностью 115-120 л.с., соотв. на винте 1.75 можно ожидать тягу не ниже 240-250 кг. Однако в случае парты, особенно открытой, потери на винте намного (намного!) выше из-за большего затенения винта сидящими впереди организмами и тем, на чем они сидят. Поэтому открытые парты летают хуже всех остальных конфигураций, т.ч. сложно ожидать, что ваша станет в этом смысле исключением. Тяга винтомоторной установки ведь складывается не только из мощности движка и возможностей винта. С одной и той же ВМУ при одинаковом полетном весе парта и тандем, трактор и толкающий АЖ будут летать по-разному. В вашем случае у меня есть два соображения: 1) маловероятно, что с двигателем EJ-22 вес пустого будет 230 кг. Интересно было бы взглянуть на весовую сводку. 2) если вес пустого все же близок к заявленному, то взлететь аппарат взлетит без проблем, но летать будет медленно, качество на планировании будет заметно ниже по сравнению с одноместными или тандемом. И - самое главное - все это только в случае приличного ротора с известными характеристиками. Существенно улучшить ситуацию может установка носового обтекателя и капотирование двигателя. Еще один существенный момент, который лучше проработать заранее: парта требует больше внимания к продольной устойчивости по тангажу, чем другие конфигурации АЖ. Это связано в т.ч. с тем, что все основные массы расположены близко к ЦТ аппарата, т.е. момент инерции аппарата вокруг ЦТ меньше, чем у тандема. Проще говоря, парта легче вращается вокруг ЦТ, чем тандем ( шар проще вращать, чем гантель той же массы). При недостаточном демпфировании по тангажу (недостаточном моменте горизонтального стабилизатора) такой аппарат может быть опасно склонен к продольной раскачке.

Tolip: Admin пишет: маловероятно, что с двигателем EJ-22 вес пустого будет 230 кг. Интересно было бы взглянуть на весовую сводку. Мы говорим о двигателе EJ18. С весовыми параметрами, я действительно, вероятно погорячился. Заявленный полный вес СУ на базе Субару EJ-18 с редуктором, жидкостями, глушаками и т. п. – 120кг. АЖ пока точно не взвесили, но его вес точно не превышает 100-150кг (Поднимаем вдвоем запросто). И того получается: Предполагаемый сухой вес АЖ = 150кг(планер) + 120кг(СУ) + 15кг(МВВ)+20 кг(лопости) = 305кг. Предполагаемый полетный вес = 305кг(сухой вес) + 170-180кг(вес двух пилотов)+ 40кг(топливо) = 515-525кг. На следующей неделе планируем все взвесить. Тогда все предположения и проверим. Считаете, что мощности такой СУ для подобного аппарата будет не достаточно?

Admin: Tolip пишет: Мы говорим о двигателе EJ18. Да, извините, о своем задумался. Правда, весят они примерно одинаково. Tolip пишет: вес точно не превышает 100-150кг (Поднимаем вдвоем запросто). Можно я немного позанудствую? В нашем деле желательно привыкать обращаться с цифрами и фактами по возможности аккуратно. 100 и 150 в данном случае - слишком большой разброс. "Поднимаем вдвоем" - еще больший, мягко говоря, разброс. Если вы штангисты - это наверняка много. Если вьетнамцы - обнадеживает Еще одна существенная деталь для аккуратного анализа перспектив аппарата: а вы его поднимаете в какой комплектации? С ротором и втулкой? С установленным аккумулятором, приборами и т.п.? По мелочам доп. веса может набраться неожиданно много, поэтому я и трындю постоянно: делайте весовую сводку. Это ведь несложно: простая табличка в Экселе или в тетрадке, в одной колонке список компонентов, в другой - их ожидаемый вес, в третьей - реальный, когда станет известен. Это во-первых дисциплинирует, во-вторых позволяет накапливать опыт. Если за вашим первым аппаратом последует второй, вероятность ошибок будет меньше, точность оценок и прогнозов - выше. В нашем деле одно из главных качеств, которое в себе нужно суметь включить и закрепить - способность отличать желаемое от реальности и умение относиться к полученным результатам осторожно. Согласитесь, что гораздо приятнее изначально относиться к ожидаемым результатам слегка критически. Вы не представляете, сколько радости это доставит, когда аппарат полетит лучше, чем вы рассчитывали. А вот как портится настроение, когда он вопреки ожиданиям не летит ни фига... В общем, посчитайте аккуратно, по возможности взвесьте то, что можно. А пока, опираясь на предложенные цифры, 515-525 кг, можно осторожно сказать, что при таком весе понадобится ротор 29-30 футов и тяга 210-220 кг, тогда можно рассчитывать на полеты. С тягой 240-250 кг - на приличные полеты. Только не путайте: здесь речь идет только о "приличных" полетах с точки зрения нагрузки на ометаемую и тяговооруженности, и никак не о качествах самого аппарата по устойчивости, управляемости и т.п., это отдельная история. Tolip пишет: 15кг(МВВ)+20 кг(лопости) 1) что такое МВВ? 2) лопасти пишутся чз "а". 3) несмотря на это, весят они больше. 28-футовый ротор DW весит 28 кг. 30-футовый RAF - 38 кг. 30-футовый SC - 45 кг.

Tolip: МВВ – это не Международный Валютный Взнос , а Маршевый Воздушный Винт. Со всем выше сказанным абсолютно согласен. Просто очень тороплюсь получить желаемую информацию. И тут Вы правы - нужно стремиться к отображению объективной реальности. По сему, пока все не взвешу, ни чего о весе говорить не буду. Спасибо за расклад и про лопАсти..., (когда спешу, часто допускаю ошибки…

Admin: Tolip пишет: МВВ – это Обычно его обозначают проще: или МВ, или ВВ

Tolip: Парту взвесили. Получилось следующее: Общий вес 107,2 кг. Это при том, что на АЖ не установлена СУ, радиатор, аккумуляторная батарея, лопАсти, бензобак, не заполнены жидкости (гидравлика в раскрутке, тормозная жидкость с системе тормозов.)

Admin: Надо бы теперь составить весовую сводку, вписать в нее уже известные цифры и оценить более-менее приблизительно те, что еще неизвестны. Массы отсутствующих пока элементов вполне можно оценить с точностью до 1 кг. В результате вы получите вес пустого аппарата с погрешностью 8-10 кг, это уже позволит делать прогнозы насчет тяговооруженности аппарата и необходимого диаметра ротора.

Tolip: Ок. Займусь этим в ближайшее время...

amba: Кто может подсказать, в какую формулу нужно цифры вставить,чтобы размеры ротора посчитать? И откуда появляется нагрузка на ометаемую?Она я так понимаю не универсальная и наверно будет отличаться для разных моделей роторов. Я пытаюсь вписаться в 115кг+90пилот+15бенз=220кг полный взлетный вес.

alexcrazy: 220кг./8,5кг./кв.м.=25,88м2 площадь ометаемой поверхности ротора, радиус (диаметр ротора) считается по формуле S = пи * R2 Где S — площадь круга, R — радиус круга. 25,88=3.14*R2 отсюда R2 равно 25,88/3,14=8,242 м. корень из 8,242 примерно 2,88 м.*2=5,76 м. Диаметр ротора примерно 5,76метра. Вроде как то так, если ошибся админ поправит .

amba: Спасибо. Хотелось бы разобраться ,как получилась нагрузка на ометаемую 8.5? Во первых все кто приводит цифры по нагрузке на ометаемую делят их для одноместных(легких) и двухместных(тяжелых)Я думаю что это деление условное,упрощающее строителю выбор ротора. И это деление имеет разные цифры хотя бы на данной ветке и на соседнем форуме. На самом деле нагрузка на ометаемую наверно зависит от аэродинамических показателей конкретного ротора(его конструктивных особенностей)и должна способствовать эффективному раскладу сил действующих на "макароны" превращая их в реальный ротор?

amba: Так, что неужели, никто даже ссылкой не поделиться,где почитать??????

Admin: amba пишет: в какую формулу нужно цифры вставить,чтобы размеры ротора посчитать? Для двухлопастного качельного ротора формула простая: нагрузка на ометаемую должна лежать в пределах 5.5 - 9.5 кг/кв.м Для роторов DW или SC оптимальной явл. нагрузка 7-7.8 кг/кв.м, вот из этого и исходите. А если есть желание понять, почуму она именно такая - начните с Глауэрта или с "Упрощенного расчета автожира" А.Г.Сатарова. Приведенные цифры справедливы для известных надежных роторов с хорошим КПД. Для непонятных роторов (у которых КПД будет заведомо ниже) нагрузка на ометаемую, чтобы оно хоть как-то летало, должна быть ниже, но не ниже 5.0.

rukan2012: Здравствуйте! Подскажите,пожалуйста,как можно добиться максимального диапазона скоростей?Скажем,30...180 км/ч,или хотя бы 40...160 км/ч.Ротор простой,качельного типа,например DW.При меньшем диапазоне самолёт будет проще и в постройке,и в эксплуатации.Усложнение конструкции третьей лопастью или втулкой для прыжкового взлёта, если можно,не рассматривайте.Стоит задача достичь высоких характеристик с минимальными (относительно) тратами. И еще вопрос,если можно.Не смог найти Сх ротора (не теоретическую картинку,а реально продающегося,хоть того же DW),хоть на какой-то скорости и нагрузке на ометаемую,хоть какое-то количественное значение.Для сопоставления с сопротивлением всего остального на этой скорости,узнать примерно процентное отношение.Интерес практический,достичь максимальной скорости для определённой мощности и массы. Буду признателен за ответы.

AcroBatMan: Минимальная скорость полета АЖ зависит в основном от тяговооруженности. Максимальная - от тяговооруженности, параметров ротора и аэродинамики аппарата. Диапазон 30-180 кмч - обычные цифры для приличного АЖ с обтекаемой кабиной. "Калидус" и МТОспорт имеют крейсерскую скорость 150-160 кмч. Максимальная, которую я развивал в горизонтальном полете на "Калидусе" - 204 кмч. Это со 100-сильным движком, с R914 было бы побольше. Но физический предел максимальной скорости для АЖ с двухлопастным качельным ротором (около 220 кмч) никто не отменит. Программа расчета АЖ есть на форуме: http://rotorcraft.unoforum.ru/?1-18-0-00000007-000-0-0-1386155128 Там и про Сх ротора есть.

rukan2012: Спасибо за ответ.Компа нет,есть планшет у сына,с него и пишу.Пробовал поставить на него эксель,пока не читает.Сатаров,Жабров,Баршевский,репорты НАКА и прочее...Конкретизирую задумку.Постулат - каждые 2...3 кило веса автожира требуют кило тяги.Решаю обратную задачу.двухместный дельталет весит примерно 160-180 кг.Вес 23-футового ротора DW сопоставим с дельтакрылом. Вместо РМЗ мотор от снегохода Ротакс.Допустим,что нам удастся сделать фюзеляж такой же массы,что и телега.Полезная нагрузка 200кг,взлётный вес 360...380кг.Тогда нагрузка на мощность ~5кг/л.с.,на площадь до 10кг/м.кв. при максимальном весе, 6,5 с одним пилотом.Схема трактор,парта, с хвостовым колесом.Фюзеляж как капелька, похож на СТSW укороченный. При диаметре ротора 23...24 фута мачта скрывается кабиной(И тяги управления тоже), только ноги основного шасси торчат с колёсами - в общем,стараемся всё сделать аэродинамически чисто...Вот И стоит вопрос,в том ли направлении двигаемся. Потратить силы И деньги на покупку ротора и мотора,а в итоге получить пшик...Жалко времени будет.Хочу диапазон скоростей 6.С простым ротором качельного типа.

AcroBatMan: Несколько лет назад мы начинали проработку парты-трактора с одним известным конструктором. Там есть конструктивные сложности, присущие именно этой конфигурации, но нам вроде бы удалось их обойти, и расчеты показывали вполне приличные цифры. Но про 160-180 кг веса пустого я совсем не оптимист. Дельтателега не имеет кабины, нет предраскрутки, нет хвоста, требования к шасси не такие, как у АЖ. LittleWing при всей его культуре веса с R914 получается 240-250 кг, легче вряд ли удастся сделать без заметного роста цены килограмма изделия. 5 кг на килограмм тяги для АЖ с качельным ротором - это тяговооруженность 0.2, - он просто не полетит. Они хорошо летают при тяговооруженности 0.45, прилично - при 0.4, блинчиком и медленно - при 0.35. ЗЫ: опс, пардон, у вас про 5 кг на л.с., а не на кг тяги. Тогда получается грубо 2.5 кг на 1 кг тяги, т.е. тяговооруженность 0.4, что вполне прилично, но с такой тяговооруженностью на парте про 180 кмч вряд ли.

rukan2012: Попытаюсь завтра выложить рисунок,чтобы понятнее было.

AcroBatMan: Ну да, надо бы что-то показать, чтоб было, что обсуждать. Только делайте это не в этой ветке, а создайте новую тему в разделе индивидуальных проектов. Удачи.



полная версия страницы