Как Посчитать Силу Тяги В Ньютонах?

[SVB 188]

Miki, диаметр лопаток — 40 мм. Смотри картинку с первого поста.

[cardinal 0]

Как никак, но 0.1Н это помоему маловато. Что имелось в виду под словом вал?

[BigBrother 1]

Пусть КПД сего девайса 100%. Пусть это у нас будет не турбина, а активный диск с равномерным распределением тяги по поверхности. И набегающего потока нет, т.е. тяга на стоянке. Мощность привода 10 Вт.

Тогда силу тяги примем равной F=q*S, где q=Ro*V^2/2 - скоростной напор струи, S=3.14*0.02^2=0.001256 м^2 - площадь диска.

Мощность N=F*V=Ro*V^3*S/2,

откуда скорость струи V=(2*N/Ro*S)^0.3333=(2*10/1.225*0.001256)^0.3333=23.5 м/с

Тяга F=Ro*V^2*S/2=1.225*23.5^2*0.001256/2=0.42 Н

Т.е. примерно 10 раз меньше, чем ожидаемые 5 Н.

[Miki 3]

вал это то на чем крутится все это.

желающие сделать меньше чем 6-7 мм пусть попробуют нарисовать это, тогда поймете о чем я

при толщине лопатки 1 мм 9-10 штук полностью срастаются на 3-4 мм диаметре, приблиз с 10 мм вала можно говорить о нормальной работе канала между лопатками у корня.

40 мм это диаметр периферийных частей лопаток

в понедельник подскажу более точные цифры, но не надейтесь на чудо, его не будет

попробую на пальцах обяснить почему

начнем с конца тяга 5 Н сопло диам 40 мм

площадь сопла 0,001256 м2 исходя из плотности возд при атм усл, получаем необходимый скоростной напор должен равняться 4225 Па

он же равен (плотность * скорость в квадрате пополам) отсюда тащим расходную скорость получаем 85 м/с. в принципе немного.

теперь смотрим что у нас по колесу, обороты 50000 диам 40 мм, омега 5236 рад/с, окружная скорость на периферии (40 мм диам) 104,7 м/с

у корня при вале 10 мм 26 м/с.

при таких окружных скоростях сделать выходную скорость под 85 м/с не получится.

пока писал, про баланс мощности уже объяснили :)

[cardinal 0]

BigBrother, Miki, спасибо за очень интересные ответы!

Похоже на то, что надо будет повысить мощность - тоже вариант.

Но с другой стороны надо еще учесть что не в угле лопасти дело, в форме. Мысли вслух: самолет поднимается не потому, что у него крылья вверх задраны, а потому, что профиль понижает давление над крылом - подъемная сила. Думаю, что если сделать лопасти как надо, то сила тяги серьезно увеличится.

Что я точно не ожидал так это то, что (исходя из выше описанных формул) моторчик, который сосет 1А и на котором напряжение в 10V позволить достичь настолько маленькую тягу.

А получается, что крутится он максимум со скоростью 15000 (подобие турбины крутиться быстрее за счет передачи - фактор 5) - странно это все как-то... Наверно просто ток будет намного больше, чем 1А... Кстати сейчас посмотрел, что он может бытьь при нагрузке до 12А, значит мощность на вале 12А*10V/5 = 24W, что повысит тягу (исходя из формул BigBrother) до 0.75Н.

Не, но надо намного больше. Если есть мысли по увелечинею (кроме формы лопастей) тяги, то пожалуйста. :)

[BigBrother 1]

>Похоже на то, что надо будет повысить мощность - тоже вариант.

>Но с другой стороны надо еще учесть что не в угле лопасти дело, в форме. Мысли вслух: самолет поднимается не потому, что у него крылья вверх задраны, а потому, что профиль понижает давление над крылом - подъемная сила. Думаю, что если сделать лопасти как надо, то сила тяги серьезно увеличится.

Вообще-то, чтобы получить максимальный КПД (и тягу) при заданной мощности, нужно использовать винт как можно большего диаметра, а не турбинку. Это следует из уравнений импульса и энергии. Хоть какая будет форма лопастей и прочие параметры.

[cardinal 0]

А если диаметр ограничен 40мм, то что теперь? Это можно сказать условия заказчика...

[BigBrother 1]

ЗаказчЕк может хотеть всё что угодно, но против Природы не попрёшь

[cardinal 0]

Да, но есть ведь способы повысить тягу. Например повысить кол-во оборотов до 100000. Почему такие варианты исключаются? Настоящие турбины и побыстрее крутятся...

Короче как я понимаю идей у Вас нет.

[BigBrother 1]

Видите ли в чём дело, сэр... Есть сечение с заданной площадью (диск D 40), к нему подводится определённая мощность. Это единственные параметры, которые определяют максимальную возможную тягу. Больше движитель дать не может! Обороты, профилировка и другие параметры подбираются так, чтобы максимально реализовать то, что возможно теоретически. Спасти ситуацио они не могут. Они могут её только ухудшить. (Это как цикл Карно - КПД определяется разностью температур и хоть убейтесь, лучше сделать нельзя) Если на на мехатронике не учат элементарным вещам, могу только посочувствовать.

---------------------------------------

Дело в том, что из одной и той же энергии можно получить разные импульсы. Больше импульс - больше тяга. БОльшая величина импульса реализуется, когда мы отбрасываем как можно больше воздуха, давая минимальный прирост скорости. В данном устройстве предлагается делать наоборот - малый расход компенсировать большой скоростью истечения.

Если точнее, то расход в принципе можно увеличить, если создать перед турбиной хорошее разряжение и спрофилировать соответствующим образом воздухозаборник. Но всё равно никаких чудес не будет

[cardinal 0]

Хорошо, но кто говорит, что параметр мощность (который как вы говорите является одним из параметров влияющим на макс. возможную тягу) изменить нельзя? Больше двигатель дать не может, но кто сказал, что нет других двигателей? Еще раз подчеркиваю, что к сечению с заданной площадью будет подведено столько мощности сколько нужно! P != const, я могу выбирать P.

В данном устройстве предлагается делать наоборот - малый расход компенсировать большой скоростью истечения.

Ну что-то типа того.

Больше импульс - больше тяга. БОльшая величина импульса реализуется, когда мы отбрасываем как можно больше воздуха, давая минимальный прирост скорости. В данном устройстве предлагается делать наоборот - малый расход компенсировать большой скоростью истечения.

БОльшая величина импулься (p=mv) реализуется увеличением или m или v, Вы говорите о каких-то там минимальным приростах скорости dv, Вас не учат элементарным вещам?

А высказывания типа

Если на на мехатронике не учат элементарным вещам, могу только посочувствовать.

я просто проигнорирую, ок? Изменено 21 июля 2007 пользователем cardinal

[BigBrother 1]

Если мощность не жалко, то вопроса нет - тягу можно увеличить (в принципе). Но встанут другие проблемы: технологические, конструктивные, ну и, конечно, газодинамические (это уже вопрос к спецам по турбинам).

Возникает естественный вопрос: а что мешает взять обычный винт?

>БОльшая величина импулься (p=mv) реализуется увеличением или m или v, Вы говорите о каких-то там минимальным приростах скорости dv, Вас не учат элементарным вещам?

Остыньте. P=m*dV, где dV - прирост скорости (разница между скоростью струи и скоростью невозмущённого потока). При фиксированном значении подводимой мощности тяга будет тем больше, чем больше m. При этом, естественно dV будет уменьшаться.

[cardinal 0]

Импульсом называется величина, равная сумме произведения массы материальной точки на ее скорость. (вики)

Ни о каком приросте скорости речи в определении импульса нет. Надо импульс от силы немного различать.

p=m*v (импульс=масса*скорость)

F=dp/dt=d(m*v)/dt (сила=изменение импульса во времени)

Обычные винт мешает взять отсутствие винтов такого размера. По крайней мере я облазил кучу сайтов поставщиков всякого модельного дела и ничего не нарыл. Вы такие не видели? Я бы с удовольствием заказал...

[BigBrother 1]

>Импульсом называется величина, равная сумме произведения массы материальной точки на ее скорость. (вики)

Турбина не извергает материальных точек Речь идёт об импульсе струи.

>Ни о каком приросте скорости речи в определении импульса нет. Надо импульс от силы немного различать.

>p=m*v (импульс=масса*скорость)

>F=dp/dt=d(m*v)/dt (сила=изменение импульса во времени)

Я и отличаю. Покажите, где я дифференциировал импульс по времени?

Правильнее было бы написать так: dP=m*dV, т.е. приращение импульса обеспечивается приращением скорости. Дополнительную массу в струю данный движитель не вносит.

Т.е. винтов в продаже нет, но есть турбины? К сожалению, я не моделист. Но уверен, что изготовить винт с нужной тягой гораздо проще, чем такую турбину. Правда не факт, что он будет иметь 40 мм в диаметре... Но это будет означать, что ставится некорректная задача.

[cardinal 0]

Правильнее было бы написать так: dP=m*dV

Правильнее было бы. По времени не дифференцировали, а справа стояло dV. Ну ладно вообщем это я прикалываюсь, хотя если серьезно, то это было неверно...

Речь идёт об импульсе струи.

Не надо цепляться ко всякой ерунде. Или dp=m*dv или p=m*v, то что было у Вас было неверно. Для этого я и упомянул вырезку из википедии...

Т.е. винтов в продаже нет, но есть турбины?

Поясню - насколько я знаю нет ни того, ни того.

К сожалению, я не моделист. Но уверен, что изготовить винт с нужной тягой гораздо проще, чем такую турбину.

То есть Вы еще не поняли, что "винт" должен быть в корпусе и диаметр его ограничены?

Но это будет означать, что ставится некорректная задача.

Задача: Сконструировать сооружение на подобии турбины диаметром 40мм, с максимальной силой тяги при опр. оборотах. Конструкция "винта" или другой формы лопастей на валу входит в задачу.

Кстати если подумать о том, как использовать уравнение с мощностью для вычисления тяги, то есть некий интересный пример.

Самолет с профилем А имеет скорость 900м/с и подъемную силу в x килограмм. Самолет с профилем Б с той же скоростью имеет подъемную силу в y килограмм. При это x>y. Мощности турбин самолетов равны. То есть за счет формы профиля достигается большая подъемная сила.

Возможно ли это?

Изменено 21 июля 2007 пользователем cardinal

[serg_a 0]

Возможно ли это?

Возможно, видимо. Но что вы хотите этим сказать?

Если это ответ на это:

Видите ли в чём дело, сэр... Есть сечение с заданной площадью (диск D 40), к нему подводится определённая мощность. Это единственные параметры, которые определяют максимальную возможную тягу.

То это ответ немного не в тему, кажется.

[cardinal 0]

Нет, почему я просто хочу понять правильно ли было решение. И можно ли за счет хорошего профиля получить больше того, что получилось у BigBrother'a. Просто он исходил чисто из скорости воздуха, а не из разницы давлений на лопасти и связанной с этим силой.

А кстати CFD программы позволяют померить силу в симуляции. То есть просимулировал поток воздуха вокруг профиля и сразу знаешь силу на профиль при опеределенной скорости потока воздуха?

[Miki 3]

нормальные программы разумеется и могут и меряют силы и прочие моменты, оттуда и вытаскиваются тяга и мощность на валу.

в вашем случае я бы не бросался сразу в CFD , а разобрался с общей концепцией и параметрами.

уже я думаю понятно что при таком диаметре и оборотах сделать нужную тягу не получится.

при таких парамтерах получается почти 1 Н тяги на 55 Вт мощности

отсюда есть несколько путей решения - увеличение диаметра или увеличение оборотов , про мощность думаю понятно что она потребуется гораздо больше. хочу заранее предостеречь вас от увеличения оборотов. большинство авиа-турбин имеют максимальные обороты порядка 8-15 тыс об/мин. агрегаты турбонаддува в зависимости от размера и примененных технологий могут иметь обороты порядка 30 -100 тыс об/мин, совсем экстремальные конструкции имеют под 300-500 тыс об/мин. а теперь риторический вопрос чем и где вы собрались изготовить подобное колесо и отбалансировать его на такие обороты. это далеко не шуточки, допуск на дисбаланс при таких размерах очень маленький. никакими руками это не сделать, нужен спец балансировочный станок.

предлагаю отказаться от мысли про 40 мм диаметра и перейти к более реальным конструкциям. насчет того что продается а что нет, плохо ищете , есть даже готовые турбины, причем именно турбины в прямом смысле. если хотите изготовить такое самому вам нужно найти в инете книгу одного буржуйского товарища. название спросите на любой модельном сайте. там на обложке показана самодельная турбина.

например <noindex>здесь </noindex>

Иначе переходите на нормальный винтовентилятор с размерами под 100 мм и выше

Нет, почему я просто хочу понять правильно ли было решение. И можно ли за счет хорошего профиля получить больше того, что получилось у BigBrother'a. Просто он исходил чисто из скорости воздуха, а не из разницы давлений на лопасти и связанной с этим силой.

у вас проблемы с 1 законом Ньютона сила действия равна силе противодействия.

расчет BigBrother это идеальный вариант , кпд 100% равномерный поток по площади. в реальности все хуже.

на вашем месте я бы ориентировался на данный расчет введя кпд порядка 0,6-0,7.

кстати ваша пресловутая тяга, не есть достаточное условие для движения чего либо с какой то скоростью.

пример при одной и той же мощности но разных диаметрах можно получить одинаковую тягу. в одном случае большой диаметр и маленькая скорость в другом маленький диаметр и большая скорость. как вы надеюсь понимаете если требуемая скорость движения больше той которая обеспечивается движителем то хоть какая тяга будет ничего не изменится. мой совет, для большей определенности определите требуемую скорость движения объекта.

[cardinal 0]

Ну почему риторический вопрос? То что нарисовано на картинке уже собрано и крутиться на примерно 40-50 тыс об/мин. Исходя из конструкции и мотора число оборотов может достигать 70 тыс об/мин! Просто пока собрано все более менее экспериментально и по максимуму я запускать не хотел.

Про готовые турбины знаю. Про цены на них кстати тоже. И тяга у них до 150Н (диаметр у нее в три-четыре раза больше)! Мне столько кстати совершенно не нужно.

Вообщем нужен именно винтовентилятор. Понимаете это научноиследовательская деятельность. Никто тут не ожидает ни чудес, ни тяги в 10Н.

Скорость движения объекта в принципе не важна - главное чтобы он двигался! Причем вес обекта 400-500г и двигаться он должен по горке с наклоном в 5-10 градусов вверх.

[BigBrother 1]

Вы меня извините. Совершенно не хочу обидеть, но при таком уровне теоретических познаний это какая угодно деятельность, но не научная