Как рассчитать тягу двигателя для самолета

Содержание

Как рассчитать тягу двигателя для самолета
тяга двигателя и вес самолета
Прикрепленные изображения
Прикрепленные изображения
Тяга самолета. тяга двигателя самолета. тяга реактивного двигателя.
Реверс тяги двигателя. Боинг 747-400. Авиакомпания Трансаэро. Аэропорт Анталии
Увлекательные записи:
Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны:
ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ: КАК ЕГО РАССЧИТАТЬ?
Видео

Главная > Двигатели > Электрические > Электрическая силовая авиамодели

Электрическая силовая установка авиамодели –
простейшие расчеты и практическая реализация.

Что бы не раздувать статью до уровня многотомного труда, я хочу сразу опустить упоминание некоторые типов двигателей и нюансы их использования. Мы будем рассматривать бесколлекторные двигатели с внешним ротором – они составляют около 95% самолетных электромоторов, а расчеты редуцированных мотоустановок с двигателями с внутренним ротором (инраннеры) имеют те же принципы, что и расчеты аутраннеров, лишь с небольшими нюансами.

В целом, приведенные способы расчета на практике проверенно работают в диапазоне мотоустановок от 50 до 2500 ватт. Честно признаюсь, расчеты для микросамолетов весом в 100-150 грамм не всегда совпадали с практическими замерами (вернее, совпадали, но наилучшие результаты получались эмпирическим подбором компонентов, иногда в противоречие расчетам), а расчеты свыше 2,5квт мне не удавалось ни проверить, ни подтвердить, хотя у меня есть надежда, что они будут тоже верны.

В целом, адресуя статью скорее начинающим строителям и пилотам, думаю, что их запросы будут удовлетворены диапазоном мощностей в 50-2500 ватт. Итак.

Какие параметры БК мотора нам нужно знать, чтоб подобрать необходимую модель?

Первое – максимально допустимый ток, который мотор в состоянии безболезненно переварить. Если в процессе работы это значение будет превышено – мотор попросту сгорит. Если ток в предельных режимах работы будет существенно ниже – значит мы не до конца «нагружаем» двигатель, и попросту не используем его потенциальные возможности.

Второй параметр – это количество оборотов на вольт, или kV. Оно обозначает, сколько оборотов в минуту делает вал мотора без нагрузки (без винта), на каждый вольт поданного на него напряжения (аккумуляторной батареи). Попросту говоря, если на мотор с kV=1000 подать 7 вольт, то он будет без винта вращаться со скоростью 7000 об/мин. Если подать 11 вольт – то 11000 об/мин.

Внимательный читатель сразу заметит практическую сторону этого параметра. Действительно, если с мотором с kV = 1000 и аккумулятором 7,4в абстрактный винт заставить вращаться со скоростью 5000 об.мин, то для мотора с kV=500 для достижения тех же оборотов придеться использовать аккумулятор в 14,8 вольт. Замечу сразу, что в этом примере мы не говорили о разнице в токах! Об этом будет ниже, куда более серьезно.

Третий параметр – внутреннее сопротивление обмоток. Оно сильно влияет на КПД нашего мотора, и на его токопотребление. Обычная единица измерения – мОм, но иногда у некоторых производителей и в некотрых таблицах эту единицу подменяют например кОм-ами или Ом-ами, просто сдвинув запятую в сторону. Это не должно сильно пугать, достаточно посмотреть в параметр похожего мотора, что бы понять куда следует сдвигать запятую в числе, чтоб привести данные к принятому нами стандарту.

Теперь, как применять имеющиеся параметры. Ставим задачу – вращать определенный винт с нужными оборотами (т.е. получая необходимую тягу и скорость потока), не выходя за пределы допустимого для мотора тока, и обеспечивая нужное время работы мотоустановки (обычно 7-10 минут). Все это мы должны рассчитать, исходя из возможностей использовать те или иные аккумулятор (сборку), укладываясь в допустимый вес и бюджет.

Логика расчетов электродвигателя

Приведу примеры наиболее популярных решений, от которых можно отталкиваться:

Источник

тяга двигателя и вес самолета

Должна ли совподать тяга и вес самолета?

Например Проведенный ТЕСТ DMITRI-я

в этом случае Dmintriy установил двигатель на весы и установил винт толкаюшим.

на основе показателей Времени и Тяги построил диаграмму

ВОПРОС:
должен ли совподать показатели Тяги при перпендикулярном установке двигателя с весом самолета?

ведь самолет не всегда летит перпендикулярно к земле по этому вес самолета может быть немножко больше. не прав ли я?

если я прав то на сколько процентов от тяги двигателя допустимо увеличить вес самолета?
и какие факторы нужно учитывать при этом? (имею в виду нагрузка на крыля и т.д.)

Прикрепленные изображения

Активный участник форума

если не ошибаюсь,то должен быть запас тяги для подьема.тяга должна быть больше веса самолета

значить все самолеты могут поднять себя перпендикульярно к земле?

Например:
Самолет Пе-2 точная копия общим весом 1900гр. длина 110см ширина 150см
тяга двигателя 750гр. итого 1500гр.

к стати чтото не кто не отвечает на поставленный вопрос на счет пропеллеров
http://forum.rchobby. showtopic=5227
не ужели все так сложно?

я почему эту тему открыл, потому что этот двигатель с тягой 750 расчитан с двухлопастноым пропеллером 10х4.7 но мне нужен трохлопастный.

Прикрепленные изображения

Активный участник форума

Суть проста: если строим копию, нужна тяга примерно такая же, как у оригинала.
===================

для комфорта не мнение 1.1 нужно.
для Ф3А
1.2
Для 3Д
не мение 1.2-1.3

Активный участник форума

СПАСИБО!
теперь все новечки обязательно должны прчитайту эту тему!

сегодня был в двух магазинов в истанбуле и ни в одном небыло прпеллера который рекомендован на мои двигатели. рекомендованный пропеллер АРС 10х4.7 но в обоих магазинах 10х5

что делать? покупать?
будет ли после какая нибудь нагрузка на двигатель? может немножко его укаратить 9х5 или9.5х5 чтобы потом был баланс? и что нужно учитывать при укарачивания чтобы был баланс?

СПАСИБО!
теперь все новечки обязательно должны прчитайту эту тему!

Активный участник форума

Спасибо люди добрые!
за ваше помощь, время и понимания

Источник

Тяга самолета. тяга двигателя самолета. тяга реактивного двигателя.

Тяга – сила, выработанная двигателем. Она толкает самолет через воздушный поток. Единственное, что противостоит тяге – лобовое сопротивление. В прямолинейном горизонтально установившемся полете они относительно равны. В случае если летчик увеличивает тягу методом добавления оборотов двигателя и сохраняет постоянную высоту, тяга начинает превосходить сопротивление воздуха. Летательный аппарат (ЛА) наряду с этим ускоряется. Весьма скоро сопротивление возрастает и опять уравнивает тягу.

ЛА стабилизируется на постоянной высокой скорости. Тяга – один из самых ответственных факторов для определения скороподъемности самолета, в частности как скоро ЛА может подняться на определенную высоту. Вертикальная скорость зависит не от подъемной силы, а от запаса тяги, которым владеет самолет.

Тяга реактивного двигателя самолета

Сила тяги двигателя, либо его движущая сила, равноценна всем силам давления воздуха на внутреннюю поверхность силовой установки. Тяга некоторых видов реактивных двигателей зависит от высоты и скорости полета. Для вычисления силы тяги реактивного двигателя довольно часто приходится определять тягу на конкретной высоте, у почвы, на взлете и на протяжении какой-либо скорости.

Для ЖРД сила тяги равноценна произведению массы исходящих газов на скорость, с которой они вылетают из сопла двигателя.

Для ВРД (воздушно-реактивный двигатель) сила тяги измеряется как следствие массы газов на разность скоростей, в частности скорости воздушной струи, выходящей из сопла двигателя, и скорости поступающего воздуха в двигатель. Несложнее говоря, эта скорость уравнивается к скорости полета самолета с реактивным двигателем. Тяга ВРД в большинстве случаев измеряется в тоннах либо килограммах. Серьёзным качественным показателем ВРД есть его удельная тяга.

Для турбореактивного двигателя – тяга, отнесенная к конкретной единице веса воздуха, что проходит через двигатель в секунду. Данный показатель разрешает осознать, как высока эффективность эксплуатации воздуха в двигателе для образования тяги. Удельная тяга измеряется в килограммах тяги на 1 кг воздуха, расходуемого за секунду.

В некоторых случаях используется второй показатель, что кроме этого именуется удельной тягой, показывающей отношение количества горючего, которое расходуется, к силе тяги за секунду. Конечно, что чем выше показатель удельной тяги ВРД, тем меньше размеры и поперечный вес самого двигателя.

Показатель полетной либо тяговой мощности – это сила, которая задействует реактивный двигатель при конкретной скорости полета. В большинстве случаев, измеряется в лошадиных силах. Величина лобовой тяги говорит о степени конструктивного оптимума реактивного двигателя.

Лобовая тяга – это отношение громаднейшего показателя площади поперечного сечения к тяге. Лобовая тяга равна тяге, в кг поделенной на площадь в метрах квадратных.

Во всемирной авиации самый ценится тот двигатель, что владеет высокой лобовой тягой.

Чем идеальнее ВРД в конструктивном отношении, тем меньший показатель его удельного веса, в частности неспециализированный вес двигателя вместе с обслуживающими агрегатами и приборами, поделенный на величину собственной тяги.

Реактивные двигатели, как и тепловые по большому счету, отличаются друг от друга не только по мощности, весу, другим показателям и тяге. При оценивании ВРД огромную роль играются параметры, каковые зависят от собственной экономичности, в частности от КПД (коэффициент нужного действия). Среди данных показателей главным считается удаленный расход горючего на конкретную единицу тяги.

Он выражается в килограммах горючего, которое расходуется за час на образование одного килограмма тяги.

Реверс тяги двигателя. Боинг 747-400. Авиакомпания Трансаэро. Аэропорт Анталии

Увлекательные записи:

ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ: КАК ЕГО РАССЧИТАТЬ?

У начинающих конструкторов по-прежнему наблюдается потребность в простой и надежной теории расчета силовой установки самодельного летательного аппарата (СЛА) или аэросаней. Необходимые сведения разбросаны по различным журналам и специальным книгам. Кроме того, сравнение опубликованных методик расчета показывает, что иногда они дают несовпадающие результаты как из-за разных исходных принципов, так и из-за различных значений коэффициентов в формулах. В нашем же изложении использованы простейшие физические закономерности и статистические данные о нескольких десятках успешно летавших СЛА, что существенно повышает достоверность и практическое значение приводимых ниже формул.

Какой должна быть тяга винта, чтобы аппарат мог легко взлетать? — вот главный вопрос, который в первую очередь должен решить конструктор, приступающий к проектированию СЛА. Многие неудачи и горькие разочарования происходили только потому, что этот вопрос оставляли на потом, не придавали ему первостепенного значения.

Требуемая для взлета тяга винта F определяется только двумя параметрами: взлетным весом G и минимальным (во взлетном режиме) коэффициентом аэродинамического качества К₀:

Под взлетным весом понимается сумма весов пустого аппарата, летчика, бензина и багажа (груза), а аэродинамическое качество равно отношению подъемной силы крыла к силе лобового сопротивления.

Начинающие конструкторы обычно сильно завышают значение К₀ своего будущего аппарата по сравнению с реально достижимым, а также склонны занижать G, поэтому для успеха проекта нужно быть самокритичным и делать предельно жесткие оценки.

По литературным данным о построенных СЛА получается, что будет правильным, если при проектировании принять К₀ = 3. Особенно это верно для СЛА, имеющего простейшее «тряпичное» крыло с одинарной обшивкой.

Что касается аэросаней, то для них роль коэффициента аэродинамического качества выполняет величина, обратная коэффициенту трения лыж о снег К_тр. Согласно В.Г.Осташову и Л.Б.Сандперу, К_тр возрастает с увеличением скорости движения и достигает значения примерно 0,2 при V = 50 км/ч (здесь учитывается и относительно небольшое воздушное сопротивление). Следовательно, для «аэросанного» коэффициента качества можно принять значение К_о = 1:0,2 = 5. Если ожидается плохое скольжение, то этот показатель следует понизить до 4.

Как получить необходимую тягу винта?

Тяга (речь пойдет о двухлопастном винте неизменяемого шага) в первую очередь зависит от следующих параметров: мощности мотора N, диаметра D и скорости вращения винта n. Теоретически эти параметры связаны соотношениями, которые легко получить из соображений физической размерности:

где ρ— плотность воздуха, k₁ и k₂— безразмерные коэффициенты тяги и мощности. Отсюда после несложных преобразований получаются следующие две формулы:

где а и b — некоторые коэффициенты.

Значения а и b были определены автором в результате статистической обработки данных о силовых установках примерно сорока СЛА. Эти данные приведены в техническом отчете о смотре-конкурсе СЛА-87 (издание Сиб.НИИ авиации, Новосибирск, 1990). Оказалось, что в среднем а = 7,5±1, b = 1,6±0,2.

Отклонения от средних значений приведены с 90-процентной вероятностью, то есть 90 процентов «обсчитанных» СЛА имели значения этих коэффициентов в пределах соответственно 6,5 — 8,5 и 1,4 — 1,8. Таким образом, тягу винта и скорость его вращения следует вычислять по формулам:

Здесь и далее сила тяги F выражена в кг, мощность мотора N — в л.с., диаметр винта D — в м, скорость вращения винта n – в тыс. об/мин.

Из формулы (1) видно, что тяга винта определяется произведением мощности мотора на диаметр винта. Следовательно, нужную тягу можно в принципе получить и от маломощного мотора, если использовать винт большого диаметра и при этом, согласно формуле (2), понизить/обороты винта.

Расчет силовой установки выполняют в зависимости оттого, чем располагает конструктор для создания своего аппарата. Обычно исходят из того, какой имеется мотор — мотоциклетный, лодочный, от снегохода, мотопомпы, «пускача» дизеля, бензопилы и, в лучшем случае, специальный авиадвигатель для СЛА. Поэтому вначале необходимо выяснить, подойдет ли имеющийся для проектируемого аппарата?

Пусть, например, есть мотор с фактической (или паспортной, если он новый) мощностью N = 10 л.с., а требуемая тяга винта составляет 70 кг. Спрашивается, какими должны быть диаметр винта и скорость его вращения, чтобы получилась нужная тяга? Диаметр винта находим из формулы (1):

а скорость вращения — по формуле (2):

Таким образом, данный мотор потребует использования очень большого (по меркам СЛА или любительских аэросаней) винта, который к тому же должен вращаться с весьма небольшой скоростью, что, в свою очередь, приведет к необходимости сложного многоступенчатого редуктора, так как обороты коленчатого вала мотора обычно составляют 5—6 тыс. об/мин. В результате получится громоздкая и утяжеленная силовая установка, поэтому от такого мотора лучше отказаться.

Можно при проектировании исходить и из габаритных соображений. Например, пусть по проектным габаритам силовой установки диаметр винта не должен превышать 1,5 м. Требуемая тяга винта составляет 70 кг. Какими при этом должны быть мощность и скорость вращения винта? Из формулы (1) N = 19 л.с., а по формуле (2) п = 2,172 тыс. об/мин.

Подходящими для этого варианта моторами могут быть некоторые лодочные («Привет-22», «Москва-25» и др.) и мотоциклетные («ИЖ-Юпитер» и др.), при этом должен быть использован редуктор, обеспечивающий расчетные обороты винта.

Изготовление редуктора в любительских условиях — дело сложное и не вполне надежное, поэтому нужно стремиться использовать редуктор заводского производства. Например, в мотоциклетном моторе уже имеется подходящий редуктор — в виде цепной или зубчатой передачи от коленчатого вала к муфте сцепления. Пусть, например, имеется новый мотор «ИЖ-Ю-5» с N = 24 л.с., а его редуктор n = 2,3 тыс. об/мин. Требуемая тяга по-прежнему составляет 70 кг. Из формул (1) и (2) находим, что данные мотор и редуктор обеспечат тягу F = 82 кг (которая даже существенно больше требуемой, что всегда полезно) при диаметре винта D = 1,52 м.

В случае аэросанного винта в качестве расчетной V следует использовать «крейсерскую» скорость движения аэросаней.

Схема, поясняющая определение углов α, β и φ: П.вр. — плоскость вращения винта; W — вектор линейной скорости вращательного движения лопасти в данном сечении; V — вектор поступательной скорости винта (скорость полета СЛА); U — вектор скорости набегающего на данное сечение потока воздуха; В и Т — ширина и толщина заготовки для изготовления винта.

Профили сечений лопасти винта принимаются, как обычно, плосковыпуклыми (плоская сторона — рабочая, выпуклая— тыльная). Тогда установочным углом φ (R) будет угол между плоской стороной лопасти в данном ее сечении и плоскостью вращения винта. Из рисунка видно, что установочный угол больше угла атаки α на угол β, определяемый по формуле:

Здесь V выражена в м/с, n — в тыс. об/мин, R — в м.

Расчет по приводимой методике предполагает также знание предельного угла атаки, выше которого происходит срыв потока на некотором участке лопасти и винт перестает хорошо работать. Величина этого угла зависит от используемого профиля сечений. Согласно упомянутой книге Осташова и Сандлера, можно рекомендовать профиль RAF-6, у которого предельный угол атаки около 18°.

Профиль RAF-6. Координаты реального профиля находят по формулам: у = ̅у • с; х = ̅х • b, где b — хорда профиля (ширина лопасти), с — максимальная толщина профиля в данном сечении лопасти.

Винт изготавливают из прямоугольного деревянного (ель, береза и др.) бруса длиной D, толщиной Т и шириной В. При этом ширина (хорда) лопасти B(R) в каком-либо ее сечении будет равна B/cos φ (R). Для упрощения расчета можно принять B(R) = В = const, так как установочные углы φ (R) сравнительно невелики (8—30°) и поэтому cos φ (R) = 1. Отношение максимальной толщины профиля (с) к его хорде, то есть с/В принимается в пределах 8—30 процентов с плавным увеличением от 8 на конце лопасти до 30 процентов у ступицы винта.

Чтобы найти угол φ в каком-либо сечении, необходимо по отдельности вычислить углы α и β и затем их сложить. Угол атаки α (R) можно найти из условия постоянства удельной тяги ρ по размаху лопасти на расчетном ее участке:

С учетом этого из (4) получаем следующее уравнение для вычисления углов атаки:

Из-за существования предельного угла атаки условие (4) нельзя выполнить на всей лопасти, но можно на половине ее размаха — от конца, где R=D/2, до сечения, где R=D/4. Следовательно, расчетный участок лопасти будет иметь длину ΔR=D/4 и площадь ΔR•B=DB/4. Тогда удельная тяга 2-лопастного винта найдется по формуле:

Рассмотрим конкретный пример: определить установочные углы сечений винта диаметром D = 1,5 м, который при n = 2,3 тыс. об/мин, В = 0,12 м, V = 15 м/с и предельном угле атаки в 1 8° должен создавать тягу F = 78 кг.

Вначале по формуле (6) получаем удельную тягу ρ = 867 кг/м.

С учетом данных значений ρ, n и V формулы (3) и (5) приводим к удобному для вычислений виду:

R, м	0,75	0,7	0,6	0,5	0,4	0,375
α, град.	4,45	5,25	7,5	11,2	17,8	20,4
β, град.	4,90	5,30	6,2	7,4	9,2	9,8
φ, град.	9,35	10,6	13,7	18,6	27,0	30,2

Как видно, предельный угол атаки 18° достигается на конце расчетного участка, примерно при R = 0,4 м. Если бы этого не произошло, то пришлось бы повторить расчеты при другом значении ширины лопасти В, изменяя ее в соответствующую сторону по сравнению с первоначально принятым значением 0,12 м.

Определение установочных углов на оставшемся участке лопасти от R = 0,4 м до R = 0,1D = 0,15 м проводим по формуле:

и для R=0,3; 0,2 и 0,15 м получаем соответственно следующие значения угла φ, град: 30,0; 35,8 и 41,2.

Следует отметить, что на втором участке нет особой необходимости в получении больших установочных углов, так как требуемая тяга уже обеспечена на первом расчетном участке. Поэтому, исходя из удобства изготовления винта, можно при R = 0,4…0,15 м принять φ(R) в пределах 27—30°. Это существенно уменьшит толщину Т заготовки (деревянного бруса), так как Т = В tgφ_max. Например, при угле φ_max = 30° имеем толщину Т = 12 tg30°= 6,9 см, зато при φ_max= 41,2° будем иметь Т = 10,5 см.

Приведенная методика расчета винта не является единственно возможной. Например, часто расчет установочных углов ведут из условия постоянства шага винта Н:

Интересно сравнить, насколько будут отличаться рассчитанные по этой — «шаговой» методике установочные углы от тех значений, что были найдены выше. В примере, который мы рассматривали, V = 15 м/с или 54 км/ч, n = 2300 об/мин и для шага винта по этим формулам Н = 0,704 м, соответственно которому получаются следующие значения установочных углов:

R, м	0,75	0,7	0,6	0,5	0,4	0,375
φ, град	8,5	9,1	10,6	12,6	15,6	16,6

Из сравнения с предыдущей таблицей видно, что хорошее совпадение значений φ наблюдается при больших R, то есть у конца лопасти. При уменьшении R возникает существенное различие — по «шаговой» методике крутка лопасти получается меньшей, чем по «тяговой» методике (под круткой понимается изменение φ по мере изменения R).

Конечно, правильность расчета винта в итоге могут показать только его тяговые испытания. «Тяговая» методика расчета обладает преимуществом ввиду физической ясности ее основ, в частности, ясным пониманием роли ширины лопасти В: при ее изменении изменяется и удельная тяга, соответственно другими будут углы атаки и установочные углы. В «шаговой» же методике ширина лопасти никак не влияет на установочные углы.

В заключение следует отметить, что единственный построенный по расчету винт только в редких случаях может дать нужный результат. Поэтому следует изготовить несколько винтов, отличающихся установочными углами, и затем в ходе испытаний выбрать из них наилучший.

Источник