Какая польза от такого большого крутящего момента на винтах?

(Этот вопрос тесно связан с этим вопросом)

Типичная Cessna 172 имеет двигатель мощностью 180 л.с. с макс. скорость вращения 2700 об/мин. Даже небольшие электродвигатели мощностью 1 л.с. могут достигать таких оборотов, и поэтому, я думаю, остальная мощность преобразуется в крутящий момент.

Какая польза от такого большого крутящего момента, и что произойдет, если крутящий момент будет меньше при тех же оборотах, т.е.

Может ли электродвигатель работать аналогично Lycoming IO-360 с той же макс. оборотов в минуту, но с половиной крутящего момента последнего?

Подумайте: это вращение или крутящий момент, который в конечном итоге заставляет самолет двигаться?
Помните, что обороты в минуту — это скорость, а крутящий момент — это сила. В отсутствие какой-либо силы скорость постоянна. добавьте трение/внешнюю силу сопротивления, и вам нужно добавить внутреннюю силу, чтобы поддерживать обороты в минуту. так что вы не хотите заботиться только об оборотах в минуту, но также и о том, что вы с ними делаете.
Тогда вам понадобятся гораздо более высокие обороты, чтобы потратить ту же мощность. Это может закончиться по-разному, например, меньшей опорой и/или меньшим количеством лопастей, канальным вентилятором или струйным вентилятором. Мощность - это крутящий момент, умноженный на число оборотов, умноженный на постоянную. Меньший крутящий момент на тех же оборотах — это просто меньшая мощность. Охлаждающий вентилятор в вашем компьютере также работает в диапазоне 2000-4000 об/мин, но крутящий момент крошечный по сравнению с двигателем самолета, как и мощность. .
Мощность = крутящий момент х об/мин. Таким образом, те же обороты с половиной крутящего момента - это половина мощности.
Учитывали ли вы вес батарей, необходимых для работы электродвигателя?
Также следует учитывать, что воздух не имеет одинаковой «густоты» на протяжении всего полета. Тогда есть отношение массы к запасенной энергии. Топливо очень эффективно по весу по сравнению с доступными технологиями. Наконец, есть тот факт, что электродвигатели отлично работают с одной настройкой выходной мощности, но не так хороши с переменной. Вы не можете легко уменьшить напряжение и указывает, что мощность, идущая на опору, снижается. Вам нужно контролировать биты вниз, а также биты вверх и биты уровня полета. Все они имеют разные профили мощности. (хотя реквизит с переменным шагом может помочь некоторым)
Я думаю, что в этом вопросе отсутствует какое-либо понимание задействованной механики. Проще говоря (возможно, упрощенно) мощность двигателя определяет силу (масса * скорость) воздуха, которую пропеллер может разогнать назад и, таким образом, двигать самолет вперед. Крутящий момент и, в некоторой степени, число оборотов в минуту действительно не имеют значения в этом контексте: независимо от того, какой крутящий момент производит ваш электродвигатель мощностью 1 л. подумайте о больших ветряных турбинах).

Ответы (6)

Даже небольшие электродвигатели мощностью 1 л.с. могут достигать таких оборотов.

Да, но сможет ли он выдержать такое число оборотов, когда что-то попытается его остановить, вот в чем вопрос. Двигатели внутреннего сгорания мощностью 1 л.с. также могут развивать скорость до 2700 об/мин, но вы не можете прикрепить к ним пропеллер, засунуть его в воздух и ожидать, что он будет поддерживать обороты в минуту. Для создания аэродинамической тяги требуется большой крутящий момент.

Это факт, что электродвигатели намного лучше создают крутящий момент, чем двигатели внутреннего сгорания. Электродвигатель развивает почти максимальный крутящий момент в начале работы, когда ротор стоит на месте. Двигателю внутреннего сгорания необходимо набирать обороты, чтобы создавать крутящий момент. В этой статье сравниваются электродвигатели с двигателями внутреннего сгорания для приведения в действие гидравлического насоса: электродвигатель мощностью 20 л.с. может выполнять работу, которую может выполнять двигатель внутреннего сгорания мощностью 50 л.с.

Электродвигатель:

введите описание изображения здесь

Двигатель внутреннего сгорания: прерывистый крутящий момент означает импульс крутящего момента от сгорания.

введите описание изображения здесь

Но подождите, это вообще возможно? Мощность есть мощность, киловатт есть киловатт, и не имеет значения, какой двигатель мы используем для производства киловатт, все они должны равняться равным количествам, говорит первый закон термодинамики, закон сохранения энергии. Но это имеет значение, поскольку крутящий момент двигателя внутреннего сгорания зависит от числа оборотов в минуту. Таким образом, увеличивайте обороты, и мощность увеличивается за счет увеличения оборотов и увеличения крутящего момента. При более низких оборотах двигателю внутреннего сгорания может просто не хватать крутящего момента для ускорения, в то время как у электродвигателя кривая крутящего момента почти плоская.

То же самое происходит и с подвесными моторами, если сравнивать двухтактный с четырехтактным. 2-тактный имеет гораздо больший крутящий момент на более низких оборотах, 4-тактный может иметь ту же мощность, но может никогда не достичь высоких оборотов, потому что ему не хватает способности глиссировать лодку.

Но я отвлекся. Чтобы вернуться к вашим вопросам:

Какая польза от такого большого крутящего момента, и что произойдет, если крутящий момент будет меньше на тех же оборотах?

Чтобы поддерживать выходной вал на этих оборотах, в то время как пропеллер толкает весь этот воздух назад. Это требует серьезного крутящего момента. Если крутящий момент меньше при тех же оборотах, то и тяга будет меньше, и самолет не будет лететь так быстро.

Может ли электродвигатель работать аналогично Lycoming IO-360 с той же макс. оборотов в минуту, но с половиной крутящего момента последнего?

Что ж, удивительно то, что лошадиная сила — это не лошадиная сила. Часть проблемы заключается в функциях выходной мощности, поэтому, возможно, можно использовать электродвигатель с меньшей мощностью. Но одно совершенно ясно: при оборотах винта требуется определенный крутящий момент на определенной скорости, чтобы винт продолжал вращаться. Это количество крутящего момента всегда будет одинаковым, независимо от того, какой двигатель его производит.

Короче говоря, просто НЕВОЗМОЖНО поддерживать одинаковые обороты, когда вы присоединяете большой винт (гребной винт испытывает сопротивление, поэтому создает крутящий момент). Крутящий момент — это не просто слово. Это сила, которую испытывает вал. Если вам нужен более низкий крутящий момент, вы не можете просто сказать «более низкий крутящий момент». Физика не позволит. Чтобы снизить крутящий момент, вы должны использовать винт меньшего размера. Таким образом, крутящий момент действительно является косвенной мерой того, насколько большую опору вы можете прикрепить к двигателю.
@slebetman Или сколько шага у опоры. С CSP он изменит шаг, чтобы сохранить настройку оборотов. Если у вас слишком низкая мощность, он все равно будет вращаться с установленными оборотами, но с таким низким шагом, что не будет удерживать самолет в воздухе.
Вот почему у двигателей внутреннего сгорания есть стартеры и маховики, и почему они глохнут, если вы пытаетесь запустить их на слишком низкой скорости. Двигатели внутреннего сгорания работают путем преобразования небольших дискретных «взрывов» в цилиндрах в непрерывное вращательное движение: если двигатель вращается недостаточно быстро, таких взрывов происходит немного. Электродвигатели работают за счет постоянной магнитной силы, которая все еще сильна, когда двигатель остановлен.
Хорошо... Теперь я узнаю, что именно в основном делает авиационный двигатель. Вы также говорите, что для толкания всего этого воздуха назад требуется крутящий момент, поэтому могу ли я получить лучшую производительность от той же силовой установки, если у меня гораздо более обтекаемый корпус?
@ Ананд С: я думаю, вы все еще не понимаете сути. Крутящий момент не требуется и в значительной степени не имеет значения. Мощность - это то, что требуется. Крутящий момент в основном является следствием поворота винта против сопротивления для перемещения воздуха. Если бы вы могли перемещать воздух без использования вращающегося вентилятора (как в ракете), у вас вообще не было бы крутящего момента, но вам все равно нужна была бы такая же мощность.
@jamesqf Крутящий момент требуется , как сила в ракете. Это одно и то же, только система отсчета вращающаяся, а не линейная.
@AnandS Двигатель вращает винт, винт обеспечивает тягу для преодоления аэродинамического сопротивления. Меньшее сопротивление, меньшая требуемая тяга, меньший крутящий момент, требуемый от силовой установки для привода гребного винта.
Так что - просто для увеличения моего понимания всей этой концепции - если корпуса вообще не было, а был только винт и абстрактный двигатель (так что осталось только само сопротивление воздуха), то я думаю, что требуемый крутящий момент - это самая минимальная сила нужно оттолкнуть воздух назад (что само по себе довольно мало по сравнению с направлением его вокруг планера) - верно?
@AnandS Двигатель и пропеллер не знают, что за ними установлено, они только обеспечивают усилие вперед (тягу). Все, что установлено позади них и летит по воздуху, испытывает аэродинамическую силу назад (сопротивление). Самолет, включая двигатель и пропеллер, будет ускоряться или замедляться до тех пор, пока тяга не станет равной сопротивлению, после чего самолет будет лететь с постоянной скоростью.
@Koyovis: Нет, крутящий момент не потребовался бы, если бы у вас был какой-то способ перемещать воздух, кроме вращающегося вентилятора. И крутящий момент не важен для этого вращающегося вентилятора. Электродвигатель с высоким крутящим моментом просто быстрее разгонит винт до рабочей скорости: количество перемещаемого воздуха зависит от доступной мощности. Двигателю внутреннего сгорания с низким крутящим моментом требуется больше времени для разгона нагрузки - на самом деле это не заметно в самолетах, но причина в шестернях в таких вещах, как ваш автомобиль. И, с другой стороны, электродвигатель с высоким крутящим моментом — вот почему такие электромобили, как Tesla, могут так быстро разгоняться.
Крутящий момент @jamesqf не важен для этого вращающегося вентилятора? Ты потерял меня, чувак.
@Koyovis: Что ж, тогда, возможно, вы поймете лучше, если перевернете вопрос и спросите, будет ли двигатель внутреннего сгорания с низким крутящим моментом, такой как, скажем, O-380, который рассчитан на 180 л.с. при рабочих оборотах, иметь какие-либо значимые характеристики. отличие от тяговитого 180-сильного электродвигателя, работающего на тех же оборотах? (Вопросы веса и питания в сторону, конечно.)
@jamesqf, пожалуйста, ознакомьтесь со статьей, указанной выше .
@Koyovis: Да, и это, кажется, говорит именно то, что я говорил, что более высокий крутящий момент, который может производить электродвигатель, не имеет значения. Это даже менее актуально, когда вы пытаетесь разогнать пропеллер в воздухе, чем он разгоняет насос, наполненный водой/гидравлической жидкостью.
@jamesqf двигатель внутреннего сгорания мощностью 50 л.с. необходим для работы электродвигателя мощностью 20 л.с. из-за разных характеристик крутящего момента двух типов. Лошадиная сила не лошадиная сила, как ни странно, двигатель с более низким крутящим моментом при более низких оборотах может никогда не достичь области более высоких оборотов, где указана максимальная мощность. Ньютон говорит: сила движет всем. Крутящий момент – это вращательная сила, и он приводит в движение все, что вращается. Функция крутящего момента в зависимости от оборотов чрезвычайно важна для применения, даже для гребных винтов. Электродвигатель был бы гораздо более подходящим для привода винта фиксированного шага....
... создан для скорости (высокий шаг): при ТО создается большое сопротивление (которое преодолевается крутящим моментом), что замедляет винт, что переводит двигатель внутреннего сгорания в область более низких оборотов, где меньше доступный крутящий момент и т. д. и т. д. Электродвигатель будет просто вращать его с максимальным крутящим моментом независимо от оборотов. Суть в том, что вы не можете просто взять одну точку на кривой крутящий момент-обороты и основывать на ней всеобъемлющую истину.

Вы игнорируете сопротивление воздуха. Крошечный электродвигатель может разогнать винт до 2700 об/мин в вакууме . Но при 1 бар винт движется против воздуха (эффективно перекачивая воздух из одного места в другое), а для этого требуется крутящий момент.

Двигатель меньшей мощности не сможет раскрутить винт со скоростью 2700 об/мин.

С пропеллером с переменным шагом вы должны это заметить. Установите шаг на 0, и двигатель сможет вращать винт без особых проблем. По мере увеличения шага увеличивается и количество воздуха, перемещаемого винтом, и двигатель будет использовать больше топлива, чтобы продолжать работать с той же скоростью, пока вы не достигнете максимальной выходной мощности двигателя.

Когда вы перестанете прикладывать крутящий момент к пропеллеру, когда дрон неподвижен, пропеллер перестанет вращаться. Если винт приводится в движение поршневым двигателем, он резко остановится, потому что такт сжатия требует большой мощности. Если бы вы отсоединили винт от двигателя, винт остановился бы более плавно, потому что сопротивление зависит от скорости (чем ниже скорость, тем меньше сопротивление).

Когда вы прекращаете прилагать крутящий момент к пропеллеру во время полета, скорость самолета начинает толкать пропеллер, и винт действует как ветряная мельница. Сопротивление в этой конфигурации означает, что ваш самолет будет быстро терять скорость.

Еще более простое наблюдение заключается в том, что цель воздушного винта — преобразовать вращение в линейное движение воздуха, а крутящий момент — в тягу. Если нет крутящего момента, не может быть и тяги.
То есть без необходимого крутящего момента пропеллер просто перестанет толкать воздух? Что на самом деле происходит с пропеллером и связанными с ним силами полета?
@AnandS: Нет, пропеллер не просто останавливается! Он разгоняется до скорости, при которой мощность двигателя соответствует сопротивлению воздуха.

Не обороты двигателя удерживают самолет в полете. Это власть делает.

Когда самолет движется по воздуху, он испытывает сопротивление. Поскольку сопротивление действует в (противоположном) направлении движения, оно действует на самолет, забирая энергию. Эта энергия должна быть заменена двигателем. Если это не так, самолет либо замедлится (кинетическая энергия исчерпана), либо снизится (потенциальная энергия будет исчерпана).

Сопротивление бывает двух видов: индуцированное и паразитарное. Паразитное сопротивление вызвано примерно «трением» о воздух (на самом деле это довольно сложно). Все, что движется в жидкости, испытывает это.

Более интересным является индуктивное сопротивление, которое испытывает аэродинамический профиль, создающий подъемную силу. Чтобы воздух толкал крыло вверх, он должен толкать воздух вниз по принципу действия и противодействия. Однако это увеличивает кинетическую энергию воздуха, и она должна откуда-то исходить. Из-за этого невозможно толкнуть прямо вниз. Скорее неизбежна передняя составляющая, которая совершает отрицательную работу на плоскости, чтобы обеспечить эту энергию. Это индуктивное сопротивление.

Теперь пропеллер работает так же, как крыло. Он движется по воздуху и толкает его, поэтому испытывает как паразитное, так и индуктивное сопротивление. Сопротивлению должен противодействовать крутящий момент, иначе кинетическую энергию вращения гребного винта истощат, и гребной винт остановится.

Двигатель должен иметь достаточную мощность, чтобы обеспечить энергию так быстро, как все формы сопротивления истощают ее.

Когда вы помещаете опору на конец вала двигателя и хотите вращать эту опору при заданных оборотах, существование атмосферы вызывает момент сопротивления, который должен быть компенсирован равным и противоположным действующим моментом, создаваемым двигателем. . При любых стабильных оборотах соотношение:

подаваемая мощность = угловая скорость x крутящий момент.

Очевидно, и для данной угловой скорости, если мощность, подаваемая на винт, очень высока, крутящий момент тоже будет очень высок...

Наконец, ответ, в котором упоминается ключевая взаимосвязь между крутящим моментом, частотой вращения и мощностью на валу.
@pericynthion Пожалуйста, проверьте ответ, указанный в ОП.

Все зависит от пропеллера, который можно использовать:

  • Винт должен вращаться с максимально возможным числом оборотов в минуту, потому что сила пропорциональна скорости в квадрате, и требуется как можно меньшее значение PropPhiW (угол атаки, требуемый геометрией винт-скорость/воздушная скорость). Более низкий PropPhiW означает повышенную эффективность.
  • Наконечники винта должны вращаться со скоростью ниже скорости звука, иначе огромные дополнительные силы трения (-> подъемная сила / сопротивление уходит в подвал)
  • AOA0 пропса (разница между установленными PropAOA и PropPhiW) должна быть на макс. точка подъема/сопротивления (чаще всего около 4-6°).

Чтобы заставить этот винт вращаться, в первую очередь нужен крутящий момент, достаточный, чтобы привести винт в область высокой эффективности (низкий PropPhiW) по скорости и в область максимального подъема/сопротивления (AOA0).

Наличие большого крутящего момента упрощает настройку, у вас есть больше вариантов, но вам, безусловно, нужен лист Excel, чтобы проанализировать его полностью, работа за пределами оптимального требует большой эффективности.

Привет и добро пожаловать на сайт! Я вижу, вы пытаетесь использовать математические термины, но они кажутся почти нечитаемыми. См. это для справки о том, как использовать математическую нотацию на этом сайте. также рассмотрите возможность использования абзацев, вставив пустую строку в исходный текст.

НЕТ. Начните с реквизита. Какая мощность будет вращать винт при 2700 об/мин. 1 л.с.? Неа.

Давайте еще раз вернемся к Джеймсу Уатту и посмотрим, что делает лошадь: поднимает вес!

Мощность и крутящий момент были объединены в современных определениях от приложений до пределов внутреннего сгорания. Чтобы похвастаться мощностью, мы хотим, чтобы обороты были достаточно высокими, чтобы в двигатель поступало много топлива, но не слишком высокими, чтобы сжечь его. Проблемы с трением и теплопередачей ограничивают обороты авиационного двигателя внутреннего сгорания, реактивные двигатели работают немного лучше, но все же следует соблюдать осторожность, чтобы не перегреться.

Таким образом, вы можете сравнить крутящий момент вашего ведущего вала/передачи с крутящим моментом вашего винта, но крутящий момент не «тратится впустую», вы просто сжигаете столько топлива, сколько необходимо для вращения винта при заданных оборотах.

Спасибо за ответ. Если бы вы могли перефразировать третий абзац своего ответа, чтобы он был более ясным и понятным, это было бы здорово. :)
Поршневые двигатели @ClobberXD имеют номинальный крутящий момент при определенных оборотах. Мощность будет меньше при более низких оборотах и ​​больше при более высоких. Крутящий момент — это просто силовой рычаг, как пила. Ваш крутящий момент для винта Cessna находится с другой стороны.
А, теперь понятнее, спасибо!
Какая польза от такого большого крутящего момента на винтах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v