Как рассчитать параметры винта изменяемого шага?

В конструкции гребного винта есть несколько ключевых параметров, основными из которых являются мощность привода гребного винта и тяга, создаваемая гребным винтом.

Лопастной элемент воздушного винта выглядит так, как показано на рисунке выше из E. Torenbeek, Synthesis Of Subsonic Aircraft Design, на котором показаны характерные углы:

• Угол между хордой лопасти и плоскостью винта является геометрическим шагом (угол лопасти$\beta$)

• Угол атаки элемента лопасти$\alpha = \beta - \Phi$

• Эффективный угол наклона равен$\Phi = arctan (V / \omega*r)$. Это часто дается относительно скорости вращения.$n$= оборотов в секунду винта и диаметр винта R:

  $$\Phi = arctan \frac {V}{n \cdot D } * \frac{1}{\pi \cdot r / R}$$

Коэффициент опережения J воздушного винта равен

$$J = \frac {V}{n \cdot D}$$

Индуцированная скорость должна быть постоянной на лопасти, что означает, что$\beta$линейно уменьшается с увеличением r: крутка лопасти винта. Поскольку крутка изменяется линейно, одна точка на лезвии может быть принята за репрезентативное лезвие.$\beta$, и это обычно берется либо на 70%, либо на 75% радиального расстояния.

Можно показать, что для заданной геометрии лопасти коэффициенты мощности и тяги$C_P$и$C_T$винта определяются только J и$\beta_{0.75}$. Если скорость острия ниже скорости звука и лопасти не застопорились, то эффекты чисел Маха и Рейнольдса незначительны.

$$C_P = \frac {P}{\rho \cdot n^3 \cdot D^5}$$ $$C_T = \frac {T}{\rho \cdot n^2 \cdot D^4}$$

Теперь мы можем посмотреть вверх$C_P$как функция J, например, в отчетах NACA с сервера NACA (см. NACA WR 286). К сожалению, эти диаграммы не представлены в метрических единицах, поэтому их необходимо преобразовать. Но есть много других источников, например, под вопросом на этом форуме .

Что касается профилей: конструкция винта довольно специфична, но старомодные профили NACA все еще используются в лопастях вертолета как для несущего, так и для хвостового винтов. Для симметричного профиля репрезентативным выбором будет NACA 0012, опять же доступный на сервере отчетов НАСА, например, NACA TN 4357. Поиск в Google по данным NACA 0012 дает множество результатов. Справочник по этому вопросу — Theory Of Wing Sections by Abbott & Von Doenhoff.

Что касается длины хорды, вы можете взглянуть на существующие конструкции гребных винтов и их соотношение сторон (радиус гребного винта/средняя хорда). Вы можете начать со значения 15-20.

В упомянутой выше книге Торенбека есть довольно много дополнительной информации о конструкции винтов для этапа предварительного проектирования, в том числе о конструкции винтов с переменным углом наклона.