(потому, что в самолёте всё зависит...) От винта!

[23121_055]

Редуктор на СУ - только в плюс. КПД винта увеличивается.

Оно конечно так. Но КПД винта зависит не только от степени редукции, но и от диаметра, ограниченного высотой шасси, к примеру, и от числа лопастей.  И в общем виде КПД двухлопастного винта выше, чем 4-х лопастного, при условии если его диаметр больше, чем диаметр 4-х лопастного винта.

 

Ну и в любом случае можно просто "включить здравый смысл" и представить себе как будет летать самолет Ан-2, если его воздушный винт лишиться двух лопастей, диаметр уменьшиться с 3,6 до 2,8 м, а обороты вращения винта останутся те же самые. К тому же силовая установка Ан-2 расчитана на диапазон скоростей 100-250 км/ч. Так что тяговооруженность востановленного И-16 вряд ли соответствует хотя бы 70% от тяговооруженности прототипа. Сравнение восстановленных самолетов И-16 и МиГ-3 - это именно сравнение тех самолетов, которые получились на данный момент.

 

По ссылке которую Вы привели В. Барсук вполне ясно говорит:

 

"— «МиГ-3» потяжелее и на малых скоростях увалистее, хотя предкрылки значительно улучшают характеристики сваливания, но скорость сваливания у «МиГ-3» больше чем у «И-16» на 30–40 км/час, что значительно усложняет посадку на МиГ-3."

 

" «И-16» очень хороший, легко управляемый и устойчивый самолёт. Очень похож в полёте на самолёт «Як-52», только более скоростной и мощный с большим запасом тяговооруженности."

 

Теперь представьте себе, что тяговооруженность И-16 стала еще больше процентов на 30-40% . Каким самолетом тогда станет "ишачок"?

Изменено 29 января 2013 пользователем 23121_055

[LbS_ValeryK]

Оно конечно так. Но КПД винта зависит не только от степени редукции, но и от диаметра, ограниченного высотой шасси, к примеру, и от числа лопастей.  И в общем виде КПД двухлопастного винта выше, чем 4-х лопастного, при условии если его диаметр больше, чем диаметр 4-х лопастного винта.

<skip>

Теперь представьте себе, что тяговооруженность И-16 стала еще больше процентов на 30-40% . Каким самолетом тогда станет "ишачок"?

Диаметр был уменьшен очевидно из-за габаритов самолета. Насколько поменялась тяговооруженность - я дал цифры по макс. скорости. На небольших высотах(1700-1800 м) достигалась скорость эквивалентная тем что давали самолеты выпуска 30-х на высоте 4000 м.  То есть тяговооруженность улучшилась. Но только на небольших высотах.

[23121_055]

 То есть тяговооруженность улучшилась. Но только на небольших высотах.

 

Понятно. Так и запишем... Для улучшения тяговооруженности самолета Ан-2 на высотах 1500-2000 (очень даже его рабочие высоты) рекомендуется снять две из четырех противоположные лопасти винта, установив заглушки, и уменьшить его диаметр до 2,8м, с помощью "болгарки" и напильника.

 

 

А вообще, конечно если на И-16 установить оптимизированную силовую установку с трехлопастным винтом и редуктором, то с двигателем АШ-62 он легко будет развивать 500 км/ч в горизонте.

Изменено 29 января 2013 пользователем 23121_055

[LbS_ValeryK]

Понятно. Так и запишем... Для улучшения тяговооруженности самолета Ан-2 на высотах 1500-2000 (очень даже его рабочие высоты) рекомендуется снять две из четырех противоположные лопасти винта, установив заглушки, и уменьшить его диаметр до 2,8м, с помощью "болгарки" и напильника.

 

 

А вообще, конечно если на И-16 установить оптимизированную силовую установку с трехлопастным винтом и редуктором, то с двигателем АШ-62 он легко будет развивать 500 км/ч в горизонте.

Ерничать можете сколько угодно. Разговор был о СУ И-16.  Исходя из Вашей логики увеличить тяговооруженность Ан-2 можно было доведя кол-во лопастей до 8 например и увеличив размер винта до 4,8 м. Не додумались конструкторы?

О достижении скорости > 500 км/ч в горизонте на планере И-16 - несколько сомневаюсь. Потребная тяга будет не совсем адекватна, да и при скорости >500 км/ч у И-16 появлялось затягивание в пикирование.

[Wad]

 

Ну и в любом случае можно просто "включить здравый смысл" и представить себе как будет летать самолет Ан-2, если его воздушный винт лишиться двух лопастей, диаметр уменьшиться с 3,6 до 2,8 м, а обороты вращения винта останутся те же самые. К тому же силовая установка Ан-2 расчитана на диапазон скоростей 100-250 км/ч. Так что тяговооруженность востановленного И-16 вряд ли соответствует хотя бы 70% от тяговооруженности прототипа.

 

Логика совершенно неправильная. Ели от винта Ан-2 открутить две лопасти а оставшиеся подрезать с 3,6 до 2,8, то у АН-2 тяга, конечно, станет меньше. Но мы говорим не про Ан-2, а про И-16. А у И-16 в оригинале был двухлопастный винт диаметром 2,8 м. который работал на оборотах около 2 000 об/мин. Сейчас на восстановленном И-16 стоит двухлопастный винт диаметром 2,8 м, работающий на оборотах около 1500 об/мин. КПД такого винта _больше_ чем оригинала. Кроме того, данные по максимальной скорости восстановленного И-16 однозначно указывают на то, что его тяговооруженность примерно соответствует оригиналу. Поэтому ни о каких 70% тут даже и речи не может быть.

[23121_055]

Логика совершенно неправильная. Ели от винта Ан-2 открутить две лопасти а оставшиеся подрезать с 3,6 до 2,8, то у АН-2 тяга, конечно, станет меньше. Но мы говорим не про Ан-2, а про И-16. А у И-16 в оригинале был двухлопастный винт диаметром 2,8 м. который работал на оборотах около 2 000 об/мин. Сейчас на восстановленном И-16 стоит двухлопастный винт диаметром 2,8 м, работающий на оборотах около 1500 об/мин. КПД такого винта _больше_ чем оригинала. Кроме того, данные по максимальной скорости восстановленного И-16 однозначно указывают на то, что его тяговооруженность примерно соответствует оригиналу. Поэтому ни о каких 70% тут даже и речи не может быть.

 

WAD, ну вам-то вполне под силу сделать расчет двух случаев для авиадвигателя М-62, чтобы разнести впух и прах "совершенно неправильную логику" моих предположений с помощью графиков и расчетов, а не с помощью своего "совершенно логичного и правильного авторитета".

 

первый случай - АШ-62, с редуктором, оборотами 1500  и обрезанным с 3,6 м до 2,8 м, винтом АВ-2 без двух лопастей.

второй случай - М-62 без редуктора, оборотами 2100 и винтом АВ-1 диаметром 2,8 м.

При одинаковой номинальной мощности мотора в 800 л.с.

 

Кстати по словам Барсука В.:

http://i16fighter.ru/today/restored/reviews.htm

"— Я выполнял полёты на скорости 380 км/час в горизонтальном полёте и до максимальной скорости 420 км/час на пикировании."

в то время, как  И-16 тип 18 развивал 461 на 4400 метрах.

http://i16fighter.ru/variants/variants-review.htm

 

так что  Ваши слова: "Кроме того, данные по максимальной скорости восстановленного И-16 однозначно указывают на то, что его тяговооруженность примерно соответствует оригиналу", выглядят некорректными. А фраза "Ели от винта Ан-2 открутить две лопасти а оставшиеся подрезать с 3,6 до 2,8, то у АН-2 тяга, конечно, станет меньше. Но мы говорим не про Ан-2, а про И-16." вызывает просто недоумение. Т.е. если эту же самую силовую установку с обрезаным винтом и снятыми двумя лопастями снять с Ан-2 и установить на И-16, то можно подумать, что тяга при этом возрастет....

 

Поставив на мотор АШ-62 редуктор конструторы получили возможность снимать большую тягу при увеличенном диаметре винта и увеличенном количестве лопастей.

 

Редукторный М-62 тоже пробовался на И-16, но поскольку диаметр винта ограничен, а обороты винта снижаются, то и тягу снять больше, чем с безредукторного не получается. Более того, она по любому должна стать меньше. Винт просто не выйдет на оптимальные режимы работы.

Изменено 29 января 2013 пользователем 23121_055

[LbS_ValeryK]

Редукторный М-62 тоже пробовался на И-16, но поскольку диаметр винта ограничен, а обороты винта снижаются, то и тягу снять больше, чем с безредукторного не получается. Более того, она по любому должна стать меньше. Винт просто не выйдет на оптимальные режимы работы.

Можно по-подробнее?

М-105ПА обороты max 2700 об/мин. Обороты экономичного полета 1700 об/мин. коэф. редукции 0,666.

Т.е зря редуктор ставили?

[SAS_47]

бак он бак, а насосы и прочая приблуда - не бак

 

АШ-62ИР

Насос на двигателе стоит.

Редукция 11/16. При номинальных оборотах 2100 на винте только 1440 оборотов.

Изменено 29 января 2013 пользователем SAS_47

[VPK_CARTOON]

А зачем занижать обороты на винте ? Простите, я в этом мало понимаю )

[SAS_47]

Большой винт, больше тяги на меньшей скорости при одинаковой мощности.

Скорость концов лопастей должна быть меньше скорости звука (резкое уменьшение к.п.д винта)

 

Як -1/9 редукция 2/3,винт диаметром 3м обороты винта 2000об/мин (3000об/мин двигателя) почти предел по скорости концов лопастей.

Изменено 29 января 2013 пользователем SAS_47

[Strong]

Большой винт, больше тяги на меньшей скорости при одинаковой мощности.

Скорость концов лопастей должна быть меньше скорости звука (резкое уменьшение к.п.д винта)

 

Як -1/9 редукция 2/3,винт диаметром 3м обороты винта 2000об/мин (3000об/мин двигателя) почти предел по скорости концов лопастей.

стоит добавить что диаметр винта, передаточное число редуктора и обороты двигателя  в режиме макс.мощности - должны соответствовать друг другу. Т.е. просто увеличение диаметра винта без изменения передаточного числа редуктора - приведут к вынужденному снижению оборотов двигателя (для поддержания оборотов винта соответсвующим макс.КПД) и недобору мощности.

[SAS_47]

стоит добавить что диаметр винта, передаточное число редуктора и обороты двигателя  в режиме макс.мощности - должны соответствовать друг другу. Т.е. просто увеличение диаметра винта без изменения передаточного числа редуктора - приведут к вынужденному снижению оборотов двигателя (для поддержания оборотов винта соответсвующим макс.КПД) и недобору мощности.

 

Можно взять характеристику винта АВ-1 И-16 и посмотреть кпд винта по скорости при 2100об\мин и 1440об/мин.

У меня характеристик АВ-1 нет.

[Wad]

WAD, ну вам-то вполне под силу сделать расчет двух случаев для авиадвигателя М-62, чтобы разнести впух и прах "совершенно неправильную логику" моих предположений с помощью графиков и расчетов, а не с помощью своего "совершенно логичного и правильного авторитета".

 

У меня нет характеристик винта АВ-1, а характеристик винта, полученного из АВ-2 путем удаления двух лопастей и укорачивания оставшихся до 2,8 м. - наверное, нет вообще в природе. Однако со степенью точности, достаточной для нашего разговора, их можно установить расчетным путем.

 

Согласно практическим испытаниям, профиль лопасти винта влияет на его характеристики весьма незначительно - значения параметров однотипных винтов с различными профилями лопастей различаются всего на несколько процентов. Тем не менее, подберем для модели АВ-1 наиболее подходящий профиль, отталкиваясь от ширины лопасти, указанной для него в справочниках: 217 мм. По этому параметру наиболее близко к лопасти винта АВ-1 подходит лопасть с американским профилем NACA 5868-9, а не отечественные лопасти СМВ-1, СМВ-2, СМВ-3. Расчетная ширина лопасти с профилем NACA: 216 мм, а лопасти с профилями СМВ-1, 2, 3 имеют ширину 213,  252 и 196 мм соответственно. Впрочем, это не удивительно, учитывая то, что винт АВ-1 является лицензионной копией американского винта Hamilton Standard, так что вполне возможно, что профиль NACA 5868-9 - это его "родной" профиль, 1 мм разницы укладывется в возможную погрешность расчета.

 

Расчет тяги производится следующим образом:

 

Для наглядности рассмотрим полет у земли на номинальном режиме без учета скоростного наддува.

 

Сначала по характеристикам мотора и винта необходимо определить коэффициент располагаемой мощности.

 

В случае полета у земли он будет равен: β = 1296 * 10^5 * N0 / (n^3 * D^5), где

 

N0 - номинальная мощность мотора (л. с.)

n - номинальные обороты на валу пропеллера (об/мин)

D - диаметр пропеллера (м)

 

Для мотора М62, устанавливаемого на оригинальном И-16 номинальная мощность у земли составляет 800 л. с. а номинальные обороты: 2100 об/мин. Диаметр винта АВ-1: 2,8 м. Подставляем эти данные в формулу и получаем:

 

β = 0,065

 

Поскольку мотор оснащен винтом с автоматом шага, обороты, а значит и мощность мотора будут поддерживаться автоматом на неизменном уровне вне зависимости от скорости полета. Поэтому на характеристике винта (зависимости коэффициента мощности от коэффициента скорости) эта мощность будет соответствовать прямой линии. Берем характеристику двухлопастного винта NACA 5868-9 и проводим горизонтальную линию на уровне β = 0,065:

 

 

По пересечению линий β = 0,065 с линиями значений установочного угла лопасти φ для каждого значения коэффициента скорости λ находим значение установочного угла лопасти φ и КПД винта η, полученные результаты сводим в таблицу.

 

Для каждого значения λ по формуле V [м/сек] = λ * nc * D, где nc – номинальные обороты вала пропеллера [об/сек], D – диаметр винта [м] вычисляем скорость полета.

 

Для каждого значения λ по формуле α = η * β / λ рассчитываем значение коэффициента мощности α.

 

Для каждого значения λ по формуле P = 3,47 * 10^-5 * α * n^2 * D^4, где n – обороты вала пропеллера [об/мин], D – диаметр винта [м] вычисляем тягу винтомоторной группы.

 

Строим график зависимости тяги ВМГ от скорости полета.

 

Для более подробного анализа полученной характеристики на том же графике по формуле P = 0,5 * Cx * ρ * V^2 * S, где Cx – коэффициент лобового сопротивления (по Пышнову для И-16 Cx – 0,035), ρ = 0,125 кг*с^2*м^-4 – плотность воздуха у земли, V – скорость полета [м/сек], S – площадь крыла [м^2] (по Пышнову для И-16 S = 15 м^2), строим зависимость потребной тяги от скорости полета:

 

 

По пересечению графика потребной тяги с графиком располагаемой тяги получаем максимальную скорость горизонтального полета И-16 с американским винтом, аналогичным оригинальному АВ-1: около 420 км/ч что, с учетом возможной небольшой погрешности укладывается в ТТХ истребителя.

 

Теперь посмотрим, что будет, если заменить мотор на М-62ИР с редуктором, понижающим обороты вала в соотношении 11:16 и оставить тот же самый винт. Расчет выполняем в аналогичном порядке. Получаем следующий график:

 

 

Мы видим, что тяга такой силовой установки снизилась на всем диапазоне скоростей полета, особенно на малых. Это вызвано тем, что для поглощения увеличившегося крутящего момента, лопасти пропеллера необходимо поставить под большим установочным углом, что снижает КПД винтомоторной установки на малых скоростях полета.

 

Однако лопасти винта АВ-2, из которых был сделан винт для восстановленного И-16 значительно шире, чем лопасти винта АВ-1. Характеристику винта с такими лопастями можно получить расчетным путем из имеющейся характеристики, выполнив пересчет на другое покрытие.

 

Формула для коэффициента пересчета: i = k’ * b’ / (k * b ), где k’ – ширина лопастей пересчитываемого винта, b’ – число лопастей пересчитываемого винта, k – ширина лопастей испытанного винта, b – число лопастей испытанного винта.

 

Для пересчета характеристики двухлопастного винта NACA 5868-9 в характеристики модифицированного двухлопастного винта АВ-2 коэффициент пересчета I = 1,31.   Используя коэффициент пересчета, получаем коэффициент тяги β’=β/I и коэффициент мощности α' = α * i для модифицированного винта. Расчет остальных параметров выполняется аналогично предыдущему случаю.

 

Получаем график тяги для винта, переделанного из АВ-2 путем удаления двух лопастей и укорачивания оставшихся лопастей до диаметра 2,8 м:

 

 

Из графика видно, что тяга на «низах» у нас заметно улучшилась, а на скоростях свыше 350 км/ч, она лишь весьма незначительно меньше тяги оригинального мотора с оригинальным винтом.

 

Проверим, хватит ли угла поворота лопасти для того, чтобы поддерживать постоянные обороты с увеличением скорости полета. Оригинальный винт АВ-1 мог крутить лопасти на 30 град. Такой угол поворота обеспечивал регулировку оборотов мотора во всем диапазоне возможных скоростей от 0 до 800 км/ч. Однако диапазон поворота лопастей винта АВ-2, из которого был сделан винт для восстановленного И-16 меньше в два раза: 15 град. По полученным в процессе расчета значениям установочного угла φ определяем диапазон поворота лопастей модифицированного винта в диапазоне полученных расчетных скоростей 120 – 474 км/ч, он составляет около 10 град.

 

Таким образом, на основании полученных данных, можно сделать вывод, что модифицированный из АВ-2 винт вполне может обеспечить расчетную максимальную скорость восстановленного самолета близкую к оригинальной, при этом угол поворота лопастей втулки винта АВ-2 достаточен для поддержания номинальных оборотов на всем диапазоне скоростей горизонтального полета. Однако скороподъемность восстановленного И-16, которая определяется разницей между потребной и располагаемой тягой на малых скоростях, будет существенно ниже самолета с оригинальной силовой установкой. Также возможна раскрутка винта на скоростях свыше 500 км/ч в пикировании из-за ограниченного до 15 град. диапазона поворота лопастей винта.

 

Посмотрим теперь, что бы было, если бы на И16 с редукторным мотором удалось поставить четырехлопастный АВ-2 без переделок. Из полученной диаграммы видно, что на скорости до 250 км/ч такая силовая установка обеспечила бы значительно большую тягу, чем тяга безредукторного мотора с двухлопастным пропеллером. Однако диапазон поворота лопастей, равный 15 град был бы выбран уже на скорости около 350 км/ч и с дальнейшим увеличением скорости возникла бы раскрутка винта. Если модифицировать винт АВ-2, увеличив диапазон поворота лопастей, то на скоростях свыше 400 км/ч четырехлопастный винт дал бы существенно более низкую тягу, чем двухлопастный (показано пунктиром): http://jpegshare.net/ec/b7/ecb7cd32b7f0ae071c7ae6873dcd8e82.jpg.html

 

Изменено 30 января 2013 пользователем Wad

[SAS_47]

Спасибо Wad.

 

На Чайку ставили винт с широкой лопастью.

Не могли и на И-16 поставить такой винт?

 

 

[=KAG=Pit]

 

 

У меня нет характеристик винта АВ-1, а характеристик винта, полученного из АВ-2 путем удаления двух лопастей и укорачивания оставшихся до 2,8 м. - наверное, нет вообще в природе. Однако со степенью точности, достаточной для нашего разговора, их можно установить расчетным путем.

 

 

 Вы,друзья, похоже совсем заигрались...    

  Предлагаю не превращать форум в кафедру СД.

[Igmar]

=KAG=Pit

  Предлагаю не превращать форум в кафедру СД., плохое предложение. Это гораздо интересней, нежели измышления о том, что самолёт разгоняется быстрее в пикировании потому, что тяжелее или про " лучшее врезание" в воздух машины, что имеет боьшую площадь крыла и его сечения, да заборники радиаторов в носовой части фюзеляжа, или  про 200 гилограмм можно типа не брать в расчёт - подумаешь "мелочь", или про "криворукость" наших ветеранов.

 Так что пожалуйста, граждане знающие - продолжайте, мне лично  инетерсно почитать ваши сообщение.

Изменено 30 января 2013 пользователем Igmar

[=M=shammy]

=KAG=Pit

  Предлагаю не превращать форум в кафедру СД., плохое предложение. Это гораздо интересней, нежели измышления о том, что самолёт разгоняется быстрее в пикировании потому, что тяжелее или про " лучшее врезания" в воздух машины, что имеет боьшую площадь крыла и его сечения, да заборники радиаторов в носовой части фюзеляжа, или  про 200 гилограмм можно типа не брать в расчёт - подумаешь "мелочь", или про "криворукость" наших ветеранов.

 Так что пожалуйста, граждане знающие - продолжайте, мне лично  инетерсно почитать ваши сообщение.

+1 Вад, как всегда доходчиво и по делу (вспоминаю ветку про карбюраторы на сухом)

Изменено 30 января 2013 пользователем =m=shammy

[23121_055]

 

Посмотрим теперь, что бы было, если бы на И16 с редукторным мотором удалось поставить четырехлопастный АВ-2 без переделок. Из полученной диаграммы видно, что на скорости до 250 км/ч такая силовая установка обеспечила бы значительно большую тягу, чем тяга безредукторного мотора с двухлопастным пропеллером. Однако диапазон поворота лопастей, равный 15 град был бы выбран уже на скорости около 350 км/ч и с дальнейшим увеличением скорости возникла бы раскрутка винта.

 

Спасибо за подробный и обстоятельный расчёт. Хочется уточнить пару моментов: почему исходный винт АВ-2 у вас встает на упор на скорости 350 км/ч, а этот же самый винт без двух лопастей на упор не встает?

 

И если я правильно понял, то на наивыгоднейшей скорости набора силовая установка восстановленного И-16 выдает примерно 75% тяги по сравнению с прототипом?

[23121_055]

Ещё вот интересно:

 

В случае полета у земли он будет равен: β = 1296 * 10^5 * N0 / (n^3 * D^5), где

 

N0 - номинальная мощность мотора (л. с.)

n - номинальные обороты на валу пропеллера (об/мин)

D - диаметр пропеллера (м)

 

Для мотора М62, устанавливаемого на оригинальном И-16 номинальная мощность у земли составляет 800 л. с. а номинальные обороты: 2100 об/мин. Диаметр винта АВ-1: 2,8 м. Подставляем эти данные в формулу и получаем:

 

β = 0,065

 

 

 

Формула для коэффициента пересчета: i = k’ * b’ / (k * b ), где k’ – ширина лопастей пересчитываемого винта, b’ – число лопастей пересчитываемого винта, k – ширина лопастей испытанного винта, b – число лопастей испытанного винта.

 

Для пересчета характеристики двухлопастного винта NACA 5868-9 в характеристики модифицированного двухлопастного винта АВ-2 коэффициент пересчета I = 1,31.   Используя коэффициент пересчета, получаем коэффициент тяги β’=β/I и коэффициент мощности α' = α * i для модифицированного винта. Расчет остальных параметров выполняется аналогично предыдущему случаю.

 

 

Вначале вы расчитывате коэффициент мощности по формуле, а потом почему-то с помощью коэффициента пересчета  хотя изменилось только значение оборотов винта, и его можно определить по той же самой формуле и он будет примерно 0,202. Тоже самое с коэффициентом тяги.

Изменено 30 января 2013 пользователем 23121_055

[72AGs_Minotavrik]

<blockquote class="ipsBlockquote" data-cid="13203" data-author="Wad" data-time="1359538764"><p> <br /><br /> <br />У меня нет характеристик винта АВ-1, а характеристик винта, полученного из АВ-2 путем удаления двух лопастей и укорачивания оставшихся до 2,8 м. - наверное, нет вообще в природе. Однако со степенью точности, достаточной для нашего разговора, их можно установить расчетным путем.<br /><br /></p></blockquote><br />Мдя... снимаю шляпу, и люто плюсую

[Wad]

Спасибо Wad.

 

На Чайку ставили винт с широкой лопастью.

Не могли и на И-16 поставить такой винт?

 

Да, могли. Спасибо за уточнение! Это у меня в справочнике параметры АВ-1 оказались слишком уж обобщенные. Посмотрел непосредственно в само описание винта - оказалось, что они были различных серий, отличающиеся диаметром и шириной лопасти. Всего было четыре серии:

 

1-я и 2-я серии: диаметр 2,8, ширина лопасти 250 мм.

3-я серия: диаметр 2,7, ширина лопасти уменьшена до 217 мм.

4-я серия: диаметр 2,7, ширина лопасти 250 мм.

 

Лопасть с шириной 217 мм, как я говорил выше, ближе всего соответствует лопасти NACA 5868-9, а вот лопасть с шириной 250 мм вполне может быть отечественной ЦАГИ СМВ-2.

 

Посчитал тягу для всех серий, получилось что мой вариант, который я использовал в расчетах (большой диаметр, узкая лопасть) дает наилучшую тягу на всех скоростях. Но в описании винта нет никаких упоминаний о таком наборе параметров.

 

Из тех серий, которые перечислены в описании, 1-я и 2-я серии (большой диаметр, широкая лопасть) обладают неплохими характеристиками на малых скоростях, но на больших скоростях они даже немного уступают винту, переделанному из винта от АН-2.

 

3-я серия (маленький диаметр, узкая лопасть) обладает наилучшими характеристиками среди всех серий на всем диапазоне скоростей.

 

4-я серия (маленький диаметр, широкая лопасть) дает самую плохую тягу среди всех серий. Возможно, что она была предназначена для другого мотора, например, М-63.

 

Сводный график по тяге АВ-1 различных серий выглядит так (для примера я оставил свой вариант (большой диаметр, узкая лопасть) и тягу винта, переделанного из АВ-2 и установленного на моторе с редуктором:

 

[Wad]

Спасибо за подробный и обстоятельный расчёт. Хочется уточнить пару моментов: почему исходный винт АВ-2 у вас встает на упор на скорости 350 км/ч, а этот же самый винт без двух лопастей на упор не встает?

 

 

Исходный АВ-2 больше по диаметру, а коэффициент мощности обратно пропорционален пятой (!) степени диаметра. Поэтому его коэффициент мощности намного меньше чем у двухлопастного винта и равен 0,06. А если считать его параметры по характеристике двухлопастного винта, используя коэффициент пересчета на другое покрытие, то следует использовать коэффициент мощности 0,02. Соответственно, его рабочая область проходит по самому нижнему краю характеристики, где линии равных установочных углов (φ) опускаются круто вниз. Изменение скорости полета (λ) при постоянной мощности мотора (β) в этой части характеристики потребует поворот лопастей на большие углы (φ). А рабочая область двухлопастного винта, переделанного из АВ-2 наоборот сильно задрана вверх (коэффициент мощности β = 0,15). Но в верхней части характеристики наклон линий равных установочных углов (φ) небольшой, поэтому изменение скорости (λ) для винта, работающего в верхней части характеристики потребует поворот лопастей на значительно меньший угол, чем для винта, работающего в нижней части характеристики.

 

[23121_055]

Подождите, не торопитесь.....  Для случая с родным винтом, имеем тот же самый диаметр, что и для винта, переделанного из АВ-2. Изменились только обороты. Если родной винт имеет коэффициент мощности 0,065, то второй случай получается 0,202.

 

 

 

 

Винт АВ-2 имеет максимальный угол становки - 32°-34°.

http://www.borkodrom.ru/My/books/Spravochnik/27_AN2.htm

И красная линия, дойдя до значения в 34°, должна уже двигаться вдоль кривой соответствующей этому углу, т.е. винт встал на упор большого шага.

 

 

Изменено 31 января 2013 пользователем 23121_055

[Wad]

И если я правильно понял, то на наивыгоднейшей скорости набора силовая установка восстановленного И-16 выдает примерно 75% тяги по сравнению с прототипом?

 

Сперва неплохо было бы рассчитать эту наивыгоднейшую скорость! Навскидку можно использовать эмпирическую формулу Диля:

 

Vпод = Vкр + 0,25* (Vмакс - Vкр)

 

Скорость отрыва по Пышнову: 150 км/ч. Если принять, что скорость отрыва на 1,2 превышает скорость сваливания Vкр, то тогда Vкр = 150 / 1,2 = 125 км/ч

 

Максимальную скорость Vмакс у земли примем за 420 км/ч

 

Тогда скорость наивыгоднейшего подъема ориентировочно: 125 + 0,25 * (420 + 125) = 261 км/ч

 

На этой скорости по расчету АВ-1 развивает тягу около 700 кг, а винт, переделанный из АВ-2: 600 кг, то есть 86%.

[23121_055]

 

 

Тогда скорость наивыгоднейшего подъема ориентировочно: 125 + 0,25 * (420 + 125) = 261 км/ч

 

 

 

В РЛЭ И-16 тип 5 с мотором М-25, наивыгоднейшая скорость набора - 210 км/ч.

С более мощным мотором наивыгоднейшая скорость будет чуть поменьше, километров на 5-10 в час.

[23121_055]

Более того, делая расчеты для разных винтов, Вы сами убедились, что винт с ширной лопасти в 250 мм дает тяги меньше, чем винт с шириной 217 мм.

 

Ширина лопасти винта АВ-2 - 275мм.

 

Вы можете сделать расчет для винта ЦАГИ СМВ-2 с шириной лопасти 255 мм при оборотах 1440 и диаметре 2,8.  винт переделанный из АВ-2 будет иметь характеристики слегка похуже этого винта.

Изменено 31 января 2013 пользователем 23121_055

[Wad]

Подождите, не торопитесь.....  Для случая с родным винтом, имеем тот же самый диаметр, что и для винта, переделанного из АВ-2. Изменились только обороты. Если родный винт имеет коээффициент мощности 0,065, то второй случай получается 0,202.

 

 

Да. Но это коэффициент располагаемой мощности, т.е. то, что выдает мотор. Чтобы он работал на определенных оборотах коэффициент потребной мощности винта должен точно совпадать с этим значением, но если мы проведем линию на уровне 0,202 на характеристике NACA 5868, то и получим расчетные точки для NACA 5868. Но у переделанного АВ-2 лопасти шире, чем у NACA (если предположить, что они получены методом обрезания исходных лопастей АВ-2). и переделанный АВ-2 будет поглощать больше мощности мотора, чем NACA при прочих равных параметрах и в лоб характеристику NACA использовать нельзя. Однако по ней все равно можно получить расчетные точки для АВ, если использовать технику пересчета характеристик винта под другое перекрытие (отношение ширины лопастей винта к ометаемой поверхности). В первом приближении можно считать коэффициенты мощности и тяги пропорциональными коэффициенту перехода i = k'b'/kb, где k - ширина лопасти, b - число лопастей, при неизменном коэффициенте скорости. То есть, переделанный винт АВ будет работать с коэффициентом мощности 0,202, если он будет стоять не под таким же углом как более тонкий NACA, а под таким же углом, как винт NACA, работающий с коэффициентом мощности 0,202 / i. Поэтому для того, чтобы получить КПД и углы установки переделанного АВ, работающего на β = 0,202, нужно по характеристике NACA провести горизонталь не на уровне β = 0,202, а на уровне β = 0,202 / 1,31 = 0,15

[23121_055]

Может прощще построить характеристику винта ЦАГИ СМВ-2 с шириной лопасти 255 мм и диаметром 2,8 м при оборотах 1440, с учетом того, что максимальный угол установки лопасти переделанного винта АВ-2 - 34°?

 

 

 

На схеме винт СМВ-2 при оборотах 1440  это оранжевая линия, а потом методом "научной экстраполяции" увеличить ширину лопасти до 275 мм (красная линия), и по точке пересечения с потребной тягой проверить, что полученное значение 380 км/ч, соответствует заявлению В.Барсука что в ГП максимальная длостигнутая им скорость - 380 км/ч, а в пикировании - 420 км/ч, (может быть потому,  что далее винт переходит на режим создания отрицательной тяги)?.

 

После всего этого можно взглянуть на потери тяги на режиме максимальной скороподъёмности и режиме максимальной скорости полета и предположить, что тяга силовой установки составляет около 70% от тяги силовой установки прототипа.

Изменено 31 января 2013 пользователем 23121_055

[23121_055]

То есть, переделанный винт АВ будет работать с коэффициентом мощности 0,202, если он будет стоять не под таким же углом как более тонкий NACA, а под таким же углом, как винт NACA, работающий с коэффициентом мощности 0,202 / i. Поэтому для того, чтобы получить КПД и углы установки переделанного АВ, работающего на β = 0,202, нужно по характеристике NACA провести горизонталь не на уровне β = 0,202, а на уровне β = 0,202 / 1,31 = 0,15

 

Кстати, а почему вы делите, а не умножаете? По Вашим же расчетам КПД более широкого винта АВ-1 при том же диаметре - ниже, чем у более узкого. Если Вы делите, то КПД при таком перерасчете возрастает...

[LbS_ValeryK]

, соответствует заявлению В.Барсука что в ГП максимальная длостигнутая им скорость - 380 км/ч, а в пикировании - 420 км/ч, (может быть потому,  что далее винт переходит на режим создания отрицательной тяги)?

Позволю вмешаться в диспут профессионалов.

Макс. скорость достигнутая на новоделах И-16 - не 380 км/ч. См. цитату описания "новозеландских И-16". То что В.Е. Барсук летал на 380 км/ч не означает что это была максимально выжатая скорость.

Изменено 31 января 2013 пользователем LbS_ValeryK

[SAS_47]

Может прощще построить характеристику винта ЦАГИ СМВ-2 с шириной лопасти 255 мм и диаметром 2,8 м при оборотах 1440, с учетом того, что максимальный угол установки лопасти переделанного винта АВ-2 - 34°?

 

СМВ-2.jpg

 

Винты.jpg

 

На схеме винт СМВ-2 при оборотах 1440  это оранжевая линия, а потом методом "научной экстраполяции" увеличить ширину лопасти до 275 мм (красная линия), и по точке пересечения с потребной тягой проверить, что полученное значение 380 км/ч, соответствует заявлению В.Барсука что в ГП максимальная длостигнутая им скорость - 380 км/ч, а в пикировании - 420 км/ч, (может быть потому,  что далее винт переходит на режим создания отрицательной тяги)?.

 

После всего этого можно взглянуть на потери тяги на режиме максимальной скороподъёмности и режиме максимальной скорости полета и предположить, что тяга силовой установки составляет около 70% от тяги силовой установки прототипа.

 

А что же так тяга красная и ораньжевая падает на маленькой и большой скорости?

Это ВИШ? Начальную установку углов ВИШ нельзя изменить?

Изменено 31 января 2013 пользователем SAS_47

[Wad]

Винт АВ-2 имеет максимальный угол становки - 32°-34°.

http://www.borkodrom.ru/My/books/Spravochnik/27_AN2.htm

И красная линия, дойдя до значения в 34°, должна уже двигаться вдоль кривой соответствующей этому углу, т.е. винт встал на упор большого шага.

 

 

АВ-2.jpg

 

Винты типа Hamilton-Standard (АВ-1, АВ-2, АВ-3) имеют возможность установки начального угла лопасти под любым углом. Конкретно в АВ-2 лопасть закручивается в стакан втулки по резьбе и зажимается хомутом в нужном положении. На стакане присутствует специальная шкала для выставления лопасти под нужным начальным углом от 5 до 25 град, но ничего не мешает повернуть лопасть и на больший начальный угол.

 

Поэтому предположение о том, что в процессе сборки винта переделанные лопасти установили в стаканы с тем же самым начальным углом, что и для АН-2 - это плохое предположение, потому что в этом случае автомат оборотов прям сразу же на земле развернет лопасти на большой угол, чтобы они поглотили всю мощность мотора и они прям сразу и встанут на упор большого шага и ВИШ превратится в ВФШ. Намного разумнее предположить, что лопасти были установлены на такой угол, который обеспечивает нормальную работу механизма регулировки шага винта в полете.

[Igmar]

 Во-во, лучше на винтах, да лопостях сконцентрироваться.

 Непонятно всё же - уж извините. Уже лопасть, больше тяги - нежели "ширше", но короче. А как-же с машинами позднего периода войны, там "всякими" "мессерами Ка-кашными" Дэ-девятыми "дурами"  и Та-152? У них лопаты-то, даже можно сказать "лопатища", он как расширили и закрутили? Разъясните пожалуйста, желательно простым языком.

 

P.S. Не - ну понятно, что там уже высотность и заполнение ометаемого пространства имеет значение, онднако - крутка. Вот получается, что напрасно закручивали лопости, всего в процентах ничего выходит. Разрабатывали технологию, уродовались и нарпсно? На фото - закрутили лопасть значительно, ан выходит зря?

Изменено 31 января 2013 пользователем Igmar

[Wad]

Кстати, а почему вы делите, а не умножаете? По Вашим же расчетам КПД более широкого винта АВ-1 при том же диаметре - ниже, чем у более узкого. Если Вы делите, то КПД при таком перерасчете возрастает...

 

С КПД так получилось, потому что при расчете тяги АВ-1 различных серий я не стал ничего делить, а просто взял для узких лопастей параметры винта NACA 5868-9, а для широких - СМВ-2. Это все же не вполне корректно (спасибо что обратили внимание), потому что NACA превосходит СМВ-2 по своему КПД: максимальный КПД NACA равен 0,878, а максимальный КПД СМВ-2 - 0,83 и NACA с узкой лопастью дает большую тягу, чем СМВ-2 с широкой. Кроме того я изначально выбрал NACA по причине того, что ширина его лопастей, равная 216 мм для диаметра 2,8 м с довольно небольшой погрешностью совпала с шириной лопасти 217 мм, указанной в справочнике для АВ-1. Однако при ближайшем рассмотрении оказалось, что АВ-1 выпускался в различных вариантах и ширина лопасти 217 мм использовалась только на винтах диаметром 2,7 м, так что NACA уже не может считаться кандидатом на "родной" профиль АВ-1. Исходя из этого я пересчитал тягу винтов, используя в качестве базовой характеристику СМВ-2, при этом учел разницу в ширине лопастей пересчетом на другое перекрытие. Теперь более широкая лопасть дает большую тягу, как и полагается:

Изменено 1 февраля 2013 пользователем Wad

[Wad]

Делить нужно исходя из следующих соображений:

Лопасть винта - это крыло, которое крутится. Его подъемная сила (тяга в случае винта) и лобовое сопротивление пропорциональны площади поверхности. значит, если мы увеличиваем площадь поверхности (берем более широкую лопасть), оставляя угол установки неизменным - то сопротивление вращению и тяга увеличиваются, а КПД остается таким же.

Если b - ширина узкой лопасти, а b' - ширина широкой лопасти, то отношение коэффициентов мощности винтов с такими лопастями будут в первом приближении пропорциональны отношению площади поверхности, значит можно написать:

β' / β = b' / b

 

То же отношение справедливо и для коэффициентов тяги:

 

α' / α = b' / b

 

Согласно теории подобия воздушных винтов, разработанной Эйфелем (автор одноименной башни в Париже), еще в 1910 году, коэффициенты мощности, тяги и скорости для геометрически подобных винтов остаются неизменными. Термин "геометрически подобные" означает, что с изменением диаметра винта все его остальные размеры изменяются в равных пропорциях. Эта теория дала возможность испытывать в аэродинамических трубах небольшие модельки воздушных винтов и по полученым эмпирическим характеристикам уже аналитическим способом расчитывать тягу, потребную мощность и КПД для нормальных полноразмерных винтов любого разумного диаметра. Одновременно Эйфель предложил изображать на бумаге зависимости коэффициентов мощности от коэффициентов скорости для винтов одинаковой конструкции, но различного шага, соединяя полученные кривые линиями равных КПД и эти графики получили название "характеристики винта". Это дало возможность продуть в аэродинамических трубах немеряное количество уменьшенных моделей винтов (что значительно проще, чем изготавливать полноразмерный винт и строить трубу соответствующего диаметра) и получить необходимый материал для расчетов. Однако при работе с характеристиками винтов следует помнить, что каждая характеристика есть результат испытания винта вполне определенной геометрической формы, с определенным отношением максимальной ширины лопасти к диаметру. Это отношение обязательно указывается в описании характеристики винта, например для винта СВД-2 отношение b/D = 0,091 (Характеристики воздушных винтов, Кравец, 1941, стр. 172).

Таким образом, для винта СВД-2, диаметром 2,8 м максимальная ширина лопасти составляет 2,8 * 0,091 * 10^3 = 255 мм.

Теперь, предположим, что мы желаем определить КПД некоторого неизвестного винта с таким же диаметром, как СВД-2, но с лопастью шириной 284 мм, причем мощность, необходимая для его вращения известна и коэффициент мощности β = 0,2.

Согласно выведенному выше соотношению, для винтов с лопастями различной ширины но работающих в одинаковых условиях (λ' = λ), коэффициенты мощности пропорциональны отношению поверхностей, а КПД равны:

β' / β = b' / b = 284 / 255 = 1,11

Отсюда β = β' / 1,11 = 0,2 / 1,11 = 0,18

Теперь мы можем определить КПД широкого винта - оно будет равно КПД винта из характеристики, работающего с β = 0,18.

Зная КПД широкого винта η' = η и коэффициент мощности β винта из характеристики, для каждого значения λ получаем значение коэффициента тяги α винта из характеристики.

Тяга винта из характеристики (из соображений, указанных в начале текста) в b'/b раз меньше, чем тяга винта с широкой лопастью, поэтому для каждого значения λ мы находим коэффициент тяги α' винта с широкой лопастью как произведение коэффициента тяги α винта из характеристики на b'/b:

α' = α * b'/b

Полученные значения дают возможность построить зависимость тяги винта с широкой лопастью от скорости полета, что и было проделано ранее.

Изменено 1 февраля 2013 пользователем Wad

[23121_055]

Про Эйфеля - интересно рассказали.

 

Соглашусь, что при пересчете характеристик с одной ширины лопасти на другую КПД остается постоянным.

Но почему у вас изменяется  коэффициент мощности (β) , если эта мощность, обороты и диаметр  винта постоянны, так и не могу понять.

 

Может попробовать вначале пересчитать характеристики винта фиксированного шага с ширины 255 мм до 284 мм?

 

Для условного винта , по моим предположениям должно выглядеть примерно так:

 

 

Зеленый график - исходный винт с  шириной лопасти 255 мм на базе винта СМВ-2 и диапазоном работы автомата шага от 31° до 49°. Красный график - винт с точно такой же втулкой, но с лопастями шириной 284 мм.

 

Объяснение такого пересчета следующее:

изменение характеристик винта, вызванное увеличением ометаемой  площади лопасти (для данного случая около 7,8%)  эквивалентно изменению угла атаки исходной лопасти примерно на 0,5-1°. Значит при увеличинной ширине автоматический винт при прочих равных условиях просто отыграет это увеличение уменьшением угла установки. Для расчета  берем среднее значение 0,75° и именно на эту величину смещаем в сторону увеличения кривую характеристик исходного винта для упоров малого и большого шага. В рабочем диапазоне коэффициент мощности как был так и остается неизменным.

Изменено 1 февраля 2013 пользователем 23121_055

[23121_055]

Ну и, соответственно для нашего конкретного случая, исходные графики для снятия характеристик переделанного винта и винта прототипа должны иметь примерно следующий вид:

 

 

Красный график силовая установка без редуктора, мощность 800 л.с., винт диаметром 2,8 м, ширина лопасти 255 мм, обороты 2100.

Зеленый график - то же самое, но с редуктором 11/16.

Оранжевый график ширина лопасти 284 мм - для случая, если конструкция втулки винта АВ-2 не позволяет менять упор большого шага, и он остался неизменным - 34°.

Синий ширина лопасти 284 мм (с горизонтальной частью от исходного винта) - если упор большого шага передвинут до положения в 47°.

Изменено 1 февраля 2013 пользователем 23121_055

[Wad]

Соглашусь, что при пересчете характеристик с одной ширины лопасти на другую КПД остается постоянным. Но почему у вас изменяется коэффициент мощности (β) , если эта мощность, обороты и диаметр винта постоянны, так и не могу понять.

 

Зайдем с другой стороны...

 

У нас есть двухлопастный винт с лопастями СМВ-2 диаметром 2,8 м. Характеристика его известна. Увеличиваем ширину лопастей в 1,11 раз: с 255 до 284 мм. Для всех установочных углов φ при неизменных условиях работы (λ), его сопротивление вращению (β) и тяга (α) увеличатся в 1,11 раз. Это значит, что мы можем зачеркнуть каждое значение коэффициента β на диаграмме и подписать рядом значение, увеличенное в 1,11 раз. В результате мы получим характеристику винта с широкой лопастью и можем пользоваться ей как обычно.

 

Для того, чтобы наш мотор вышел на стоянке на номинальную мощность поставим лопасть с начальным установочным углом 31 град.(с небольшим запасом). Берем транспортир и отмечаем на стакане лопасти это значение, ослабляем хомут, разворачиваем лопасть в нужное положение, затягиваем хомут, проделываем то же самое для второй лопасти и взлетаем. Автомат оборотов может поворачивать лопасти на 15 град, значит максимальный установочный угол нашего винта будет равен 46 град. это обеспечит постоянные обороты мотора до скорости V = λ * nc * D = 2,0 * 24 об/сек * 2,8 м = 134,4 м/сек = 483 км/ч.

 

Если лопасть оставить в положении, предназначенном для АН-2 (17 град), то по диаграмме винта можно определить коэффициент мощности β для этого угла - он будет равен примерно 0,05. Определим мощность, с которой будет работать мотор на номинальных оборотах с винтом, отрегулированным подобным образом: N = β * n^3 * D^5 / (1296 * 10^5) = 0,05 * 1444 ^3 * 2,8^5 / (1296 * 10^5) = 200 л. с. Самолет не взлетит.

 

Картинка выглядит так:

Изменено 1 февраля 2013 пользователем Wad

[23121_055]

Зайдем с другой стороны...

 

У нас есть двухлопастный винт с лопастями СМВ-2 диаметром 2,8 м. Характеристика его известна. Увеличиваем ширину лопастей в 1,11 раз: с 255 до 284 мм. Для всех установочных углов φ при неизменных условиях работы (λ), его сопротивление вращению (β) и тяга (α) увеличатся в 1,11 раз. Это значит, что мы можем зачеркнуть каждое значение коэффициента β на диаграмме и подписать рядом значение, увеличенное в 1,11 раз.

 

Тогда при неизменных условиях работы (λ), у вас изменится КПД. А постом выше Вы утверждали, что КПД винта остался постоянным. Т.е. в своих рассуждениях вы противоречите сами себе:

 

"Делить нужно исходя из следующих соображений:

 

Лопасть винта - это крыло, которое крутится. Его подъемная сила (тяга в случае винта) и лобовое сопротивление пропорциональны площади поверхности. значит, если мы увеличиваем площадь поверхности (берем более широкую лопасть), оставляя угол установки неизменным - то сопротивление вращению и тяга увеличиваются, а КПД остается таким же."

 

Вы пишите:

 

" Это значит, что мы можем зачеркнуть каждое значение коэффициента β на диаграмме и подписать рядом значение, увеличенное в 1,11 раз."

 

Однако, на диаграмме, при этом , линию постоянных значений коэффициента β наносите ниже, соответствующую значению 0,18.

 

Рассматриваемый нами винт -  автоматический, и при неизменных условиях  λ,  в случае увеличения ширины лопасти, просто произойдет уменьшение установочного угла винта, а режим работы  β как был так и останется тем же самым.

[Wad]

Тогда при неизменных условиях работы (λ), у вас изменится КПД. А постом выше Вы утверждали, что КПД винта остался постоянным. Т.е. в своих рассуждениях вы противоречите сами себе:

 

КПД у нас не изменится.

 

Имеем:

 

η = α * λ / β

η' = α' * λ' / β'

 

λ' = λ

α' = 1,11 * α

β' = 1,11 * β

 

Отсюда:

 

η' = α' * λ' / β' = 1,11 * α * λ / (1,11 * β) = α * λ / β = η 

 

 

Однако, на диаграмме, при этом , линию постоянных значений коэффициента β наносите ниже, соответствующую значению 0,18.

 

 

Я ж напротив линии β специально написал, что это: 0,2!

 

Рассматриваемый нами винт -  автоматический, и при неизменных условиях  λ,  в случае увеличения ширины лопасти, просто произойдет уменьшение установочного угла винта, а режим работы  β как был так и останется тем же самым.

 

Да, можно и так сказать. Даже можно сказать точно, на какой угол он повернется: для узкого винта β = 0,2 соответствует углу 34 град, а для широкого винта β = 0,2 соответствует углу 32 град. Значит, винт повернется на 2 градуса.