Почему этот анализ показывает очень высокое напряжение в гребном винте?

Я пытался оценить нагрузку на алюминиевый винт:

Диаметр: 78 дюймов, 2600 об/мин.

Загрузил значения нагрузки отсюда , применил модель распределенной массы к лопастям.

Static Thrust (2600 rpm):
MT 2-blade, 83" composite, 920 pounds
MT 3-blade, 80" composite, 900 pounds
McCauley 2-blade, 82" aluminium, 860 pounds
McCauley 3-blade, 78" aluminium, 825 pounds

Результаты довольно пугающие - 30 МПа из 55 макс для алюминия класса 6061 (визуальная деформация увеличена в 20 раз для лучшего представления), что приводит к вертикальному изгибу +-1 см.

Это нормально?

Есть ли какая-либо информация о отраслевой практике для запаса прочности (цифры показывают, что он меньше 50%)? Или какие-либо процедуры испытаний, применимые к производителям?

введите описание изображения здесь

Касательные напряжения незначительны - 150 Па из 150 МПавведите описание изображения здесь

Корпус с двумя пропеллерами выглядит действительно устрашающе. Ниже приведена распределенная масса (375 кг) — 80% от макс. предел текучестивведите описание изображения здесь

А центробежная сила - перенапряжена на 200%:введите описание изображения здесь

Наконец, комбинированный нелинейный анализ (включая крутящий момент) - перенапряжение на 250%: (обратите внимание, что все, что не указано в синем, согнется и, вероятно, треснет, и только кончики лезвий выдержат пытку)

введите описание изображения здесь

Помимо осевой нагрузки, вы учли центробежную силу...?
Я не рассматривал это, и да, интуиция, похоже, подсказывает, что винт должен усиливаться в плоскости XY. Я отредактировал сообщение, чтобы включить его. Это сделало вещи еще хуже.
Вы уверены, что используете правильный профиль лезвия в своих расчетах? ГИГО
Статический случай может даже не ограничивать. Вибрация и усталость, вероятно, более критичны и подпадают под действие 14 CFR §25.907. Существуют также разгонные нагрузки.
Я знаю, это звучит глупо, но, возможно, некоторые числа в расчете неверны на величину или единица измерения неверна?
Если вы ищете какой-нибудь полезный отзыв, вам было бы удобно опубликовать полный набор примененных граничных условий и сетки (включая скриншоты). Здесь есть указания на то, что вы неправильно удерживали свою модель; и что вы, возможно, скопировали свою геометрию с ветряной турбины, а не с пропеллера самолета. Эти две функции функционируют по-разному и не могут быть перенесены с одной функции на другую. Кроме того, ваши весы нуждаются в некоторой доработке. Стандартизируйте шкалы до фиксированного диапазона, а не до максимально возможного.
Я исправил ваши единицы (материаловедение должно пройти долгий путь, прежде чем предел текучести 5,5 ГПа может быть достигнут в алюминии). Было бы целесообразно ознакомиться с общепринятыми значениями напряжений и модулей в единицах СИ. @kevin Я полагаю, что твой комментарий устарел; Напряжение 30 МПа кажется совершенно реалистичным для упомянутых случаев нагрузки.
Хороший улов. Мои искренние извинения за эту жестокую ошибку. Тем не менее, это заставило меня задуматься, был ли алюминий 6-й серии правильным выбором. 7-я серия выдерживала бы 103 МПа ценой сложной экструзии, которую все равно не использовали бы.

Ответы (2)

Сюжеты ваших пропеллеров, похоже, используют обычный аэродинамический профиль вплоть до корня. Однако настоящие пропеллеры там становятся почти цилиндрическими. Кроме того, алюминиевые пропеллеры полые, поэтому внешняя часть представляет собой лишь тонкую оболочку, что значительно снижает массу и значительно снижает центробежные нагрузки.

В конце концов, настоящие алюминиевые пропеллеры работают, поэтому должен быть способ удерживать рабочее напряжение ниже предела текучести. FAR 23.907(c) даже требует, чтобы недеревянный винт был безопасным для жизни:

Заявитель должен выполнить оценку гребного винта, чтобы показать, что отказов из-за усталости можно избежать на протяжении всего срока службы гребного винта, используя данные об усталости и конструкционные данные, полученные в соответствии с частью 35 настоящей главы, и данные о вибрации, полученные в соответствии с пунктом (а) настоящего раздела.

Ниже приведен чертеж деревянного пропеллера , но внешняя форма металлического пропеллера мало чем отличается.

Чертеж деревянного винта для Fokker D VII

Чертеж деревянного винта для Fokker D VII ( источник изображения )

Раздел 35 (СТАНДАРТЫ ЛЕТНОЙ ГОДНОСТИ: ВИНТЫ) – это именно то, что я искал. Я попытаюсь провести аналогичные тесты на некоторых винтах времен Второй мировой войны.
@FlegmatoidZoid: Круто, тогда, пожалуйста, сообщите нам, какие результаты вы получили.

Для конструкции винта учитывайте 1,5-кратное число оборотов в минуту. Это предположение дает удвоение центробежной силы, тяги и сопротивления, действующих в гребном винте.

Рассмотрите предел выносливости на основе следующих данных. Это помогает избежать проблем с усталостью

введите описание изображения здесь

Если бы вы могли указать источник ваших данных, это значительно увеличило бы доверие к вашему ответу!
точное значение 1,41. Примените значение в уравнении, чтобы понять изменения.
Почему этот анализ показывает очень высокое напряжение в гребном винте?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 2v