Как Посчитать Силу Тяги В Ньютонах?

[cardinal 0]

Мне на соседнем форуме посоветовали ваши по этой теме...

Будем считать нарисована

<noindex>http://files.vingrad.ru/cardinal/DSC00210.JPG</noindex>

турбина. Все размеры в мм. Кол-во оборотов 50000 в минуту. 7 лопастей. Наклонены допустим на 45 градусов.

Как вы бы считали силу тяги F? Чему она примерно будет равняться? Пытался использовать программу Paraview, но так с ней и не разобрался...

Заранее спасибо!

[SVB 188]

У Вас, похоже, не хватает исходных данных. К примеру давление на входе/выходе в/из турбины.

Думаю ещё много чего не хватает. Кроме диаметра колеса, количества лопастей и числа оборотов. Вы не сказали ещё массу необходимых вещей.

Турбина авиационная? Т.е. есть где-то какая-то камера сгорания? Иначе откуда тяге взяться... В турбинах на ГЭС, ТЭС, АЭС понятия тяги нет... Вам надо начинать проектировать не с использования программы Paraview, а с изучения учебников по проектированию турбин. У Вас какая профессия/образование? С авиационными турбинами я не помогу — не моя специфика, а по турбинам для ГЭС, ТЭС, АЭС — накидаю литературки.

[cardinal 0]

1. Давление на входе 1 bar, на выходе не знаю :) именно потому, что не знаю как посчитать (точнее есть предположения, но верны ли они...).

2. Турбина авиационномодельная (см. размеры). Камеры сгорания нет!

3. А тяга берется не только из-за сгорания! У пропеллеров самолета тяга есть? Есть, а сгорания нет!

4. Профессии нет. Студент. 3 курс. Мехатроника.

[URI-I-I 10]

У пропеллеров самолета тяга есть?

Я вам больше скажу: тяга есть даже у печки-буржуйки! Та ещё турбина...:0)

[SVB 188]

cardinal, если для авиамоделирования, то плясать нужно от двигателя турбинки. Т.е. какой у вас моторчик? Бензиновый или электрический? Смотрите какой момент у него на валу, какова его мощность. От этого перейдёте к тяге.

[cardinal 0]

URI-I-I, прикалываться каждый может, а вот что-то дельное сказать это не каждому дано. Что смешного в том, что я сравнил турбину без внутреннего сгорания с пропеллером в корпусе? Так что с моей стороны Вы интелигентом не выглядите, сэр.

SVB, моторчик электрический, момент на валу максимально 10Nmm, мощность наверно 5-10W... Вопрос как от этого к тяге перейти?

Напишите пожалуйста пару формул, на которые бы Вы опирались.

[Miki 3]

одной формулой тут не обойтись, и даже может не хватить десятка.

для начала обрадую вас что это не совсем турбина- это вентилятор или компрессор, просто по принципу действия.

турбина возвращает мощность или на вал или в виде реактивной тяги. у вас наоборот потребляет.

самый простой выход это пользуясь студенчеством взять методичку расчет турбин/лопаточных машин и по этой методике прикинуть что получится. в зависимости от шага лопастей возможно понадобится метода по расчету винтов если решетка будет редкая.

НО надо очень четко определится с мощностью и оборотами того что вращает "турбину"

также надо определиться с тем какую задачу вы хотите решить прямую илии обратную.

в одном случае вы задаете обороты, геометрию и получаете требуемую мощность и реактивную тягу, в другом задавая можность и обороты получаете тягу.

[URI-I-I 10]

Что смешного в том, что я сравнил турбину без внутреннего сгорания с пропеллером в корпусе? Так что с моей стороны Вы интелигентом не выглядите

Меня не беспокоит, как я выгляжу "с Вашей стороны". А развеселил меня тот прискорбный факт, что Вы главным признаком турбины, похоже, считаете тягу. Во всяком случае, это прямо следует из вашего второго поста. И чтобы навести на Вас первую слабую тень сомнения в этой Вашей уверенности, я привлёк Ваше внимание к тому весёлому факту, что у турбины-буржуйки тяга тоже есть. Значит, Вы на верном пути.

Чтобы добавить Вам материала для осмысления, помянём теперь камеру сгорания, как второй неотъемлемый атрибут "турбины". Опять всё совпадает: в двигателе внутреннего сгорания имеется камера сгорания (и даже не одна). И стоит поднести руку к выхлопной трубе автомобиля, как тут же убеждаемся - да, действительно, тяга есть. Значит - турбина.

[cardinal 0]

Хорошо, с последними высказываниями согласен. Исходя из

<noindex>http://ru.wikipedia.org/wiki/Турбина</noindex>

получается, что у меня что-то среднее между насосом и компрессором. То есть у меня "устройство, подобное турбине, но имеющее привод вращения лопаток от вала".

URI-I-I, для меня главным признаком "устройства подобного турбине" (см. рисунок) на самом деле является тяга! Что в этом странного?

Не высказывайтесь, пожалуйста, так многозначно в след. раз - меня просто уже зад";№ "неверующие", то есть те кто боятся отступиться от всемипризнанного в технике и поэтому высмеивают новые начинания, даже если этим успех не обеспечен... Так видимо Ваше высказывание имело в виду нечто иное, то извините.

Miki, решаю обратную задачу - задаю мощность и обороты, чтобы получить тягу.

Прошу заметить, что пока никто не написал ни одной формулы. Хорошо поставлю вопрос немного подругому: что противоречит использованию формулы F=dp/dt? То есть временного изменения импульса (воздуха), которое и приводит к тяге.

[URI-I-I 10]

Это прекрасно, что Вы начали извлекать пользу из моих, как Вы выразились, "высказываний". Это действительно правильный по жизни подход. В смысле: пользу в любой ситуации лучше извлекать, чем не извлекать. А вот ваши пожелания, как мне лучше в будущем высказываться - технически невыполнимы. Хотя бы за отсутствием критериев и смысловой наполненности.

А теперь о последнем моменте, который требует причёсывания в Вашей теме. Скажите, cardinal, если Вам помогут "посчитать силу тяги" не "в ньютонах", а , скажем, в динах или в килограмм-силах - то это будет катастрофа для Вас? Невыполнение Вашей просьбы?

[cardinal 0]

Нет, граммы меня также устроят!

[SVB 188]

cardinal

Студент. 3 курс. Мехатроника.

Напишите пожалуйста пару формул, на которые бы Вы опирались.

Прошу заметить, что пока никто не написал ни одной формулы.

Вот оно — поколение Pepsi... Дай ему формулу, оно поставит в неё значение и всё.

А слабо самому вывести формулу? Самому нарисовать правильную схему нагружения?

Нарисуйте рабочее колесо турбинки. На нём лопасть. Проинтегрируйте воздействие от давления воздуха на поверхность колеса.

Поверхность лопатки вы сами повернули на 45°. Сами должны определиться с площадью лопатки. Угловую скорость вы задали. Линейная получается умножением на текущий радиус элементарной единичной площадки лопасти турбинки. Одним из главных уравнений должно быть равенство моментов, действующих на колесо турбинки. С одной стороны, колесо вращает электромоторчик, вы уже сказали какой максимальный момент он выдает на вал. Полагаю, что между движком и турбинкой нет редуктора? Если есть, то учтите изменение момента на колесе турбинки и кпд редуктора, который должен быть достаточно большой. Т.е. с одной стороны к колесу турбинки прилагается момент от двигателя, с другой — раскрутившись до определенной угловой скорости на лопасти турбинки действует момент в обратную сторону (по отношению к моменту от движка) от сопротивления воздуха. Далее, давление воздуха действует на лопатки перпендикулярно их поверхностям. Полагаю, что они у вас плоские? Разложите вектор действия силы от давления воздуха на составляющие: продольная и поперечная. Продольная составляющая и будет ваша искомая тяга. А поперечная составляющая должна участвовать в формуле противомомента к лопастям турбинки. Правда не знаю насколько линейна величина этой тяги от количества лопастей. Лопасти в проекции на перпендикулярное к оси турбинки сечения должны перекрывать всё проходное сечение турбинки. Конечно, возможны монтажные зазоры между лопастями турбинки и корпусом турбинки, через которые паразитная часть воздуха будет передавливаться между двумя сторонами колеса турбинки — между нагнетаемой и отсасываемой. В первом приближением этим, возможно, можно пренебречь.

Вот так мне на первый взгляд представляется общая схема решения задачи.

Успехов.

[cardinal 0]

Да, нет. "Поколение Pepsi" уже давно все посчитало (но немного не так как Вы предложили) и хочет послушать мнения других не выкладывая свои решения (чтобы не тормозить ход мыслей у остальных).

Спасибо за подробное описание - думаю эта инфа будет очень полезной для начальных расчетов! (В итоге я конечно хочу оптимизировать форму "винта" и лопастей при помощи программы позволяющей расчеты с конечными элементами)...

Сложнее будет с неплоскими лопастями, а с лопастями с определенным профилем. Да и "винт" сам закручен может быть по разному...

А какую силу тяги Вы бы примерно ожидали, если считать так как Вы предложили, да и вообще может из простого опыта?

[SVB 188]

Я таких расчетов в жизни не проводил. Полагаю, что исходя из мощности главным образом движка, который вы предоставили — 5-10 Вт, что сила тяги будет в пределах 2-5 Ньютонов в лучшем случае. Думаю, что ошибка моего предположения — в пределах 1,5- 3 раза.

[cardinal 0]

Вобщем мой план: добиться по крайней мере 5 Н.

[Miki 3]

опять таки успокою вас тем что ничего нового вы не изобрели, сие называется немного по разному или винтовентилятором или финистрон-ом <noindex>ссылка на вики</noindex>

просто у вас сие установлено в трубе, кстати зачем не совсем понятно, да еще и сужающейся. Видимо вы еще не узнав характеристик устройства уже знаете что скоростного напора вам не хватает и делаете конфузорное сопло. оригинально

применению формулы dP/dt ничто не мешает, проблема найти то самое dP. а его можно искать 1000 и 1 способом.

один из них это простая газовая динамика. для начал изучаете темуу в газовой динамике треугольники скоростей. затем рисуете контуры лопатки и определяете эти самые треугольники, хотя бы даже графически. отсюда получаете переносную скорость W из нее статическое давление и умножив его на площадь лопатки не забыв про угол к оси вращения получаете силу действующую на нее. умножаете ее на количество и затем умножив на взятый из головы кпд явно не выше 0,8 а скорее 0,6-0,7. получаете потребную можность при данной частоте вращения. столь долгожданная тяга получается из простого скоростного напора по абсолютной скорости на выходе из колеса на площадь выхода потока.

а теперь немного критики

не думайте что все так просто, если бы все было именно так , никаких CFD пакетов не было бы в помине.

поток из такой вертушки выйдет сильно закрученным и чтобы это исправить потребуется выходной направляющий аппарат. профилирования лопастей по принципу "загну чтоб позабористей выглядело" ни к чему не приведет. нужно нормально все считать если хотите получить рабочую конструкцию, и тут парой формул не отделаться.

переводитесь с Мехатроники на Газодинамику

[Egor_K 1]

Такая штука называется импеллером. А чтобы обеспечить тягу в 5 Н надо мощьность порядка 100-150 Вт. И есть увереность, что не нужен сужающийся участок, т.к. он тяги может и не прибавить, а вот сопротивление дополнительное создаст.

[cardinal 0]

А чтобы обеспечить тягу в 5 Н надо мощьность порядка 100-150 Вт.

Видисо Вы исходите от того, что уже существует на рынке?

не думайте что все так просто, если бы все было именно так , никаких CFD пакетов не было бы в помине.

То есть Вы советуете воспользоваться таким пакетом и посмотреть на давления, скорости выталкиваемого воздуха и зависимость всего этого с формой/кол-вом лопастей?

А переводится из-за этого на Газодинамику - это не смешно. А кто потом после всех красивых расчетов будет эклектроникой и механикой заниматься?

[Islander 2]

Рекомендую книжку Г.Глауэрта "Основы теории крыльев и винта", 1931 года издания.

[Miki 3]

сначала придется изучить газ дин, без этого браться за CFD пакет бесполезно.

по прикидкам при диаметре вала 10 мм, 9 лопатках под 45 гр и оборотах 50000 об/мин получается затраты мощности на привод около 7 Вт и тяга около 0,1 Н