Я попытался рассчитать эффективность гребных винтов Гюстава Уайтхеда, используя информацию, которую он предоставил журналу American Inventor Magazine в 1902 году (см. цитату ниже).
Количество пропеллеров = 2
Мощность двигателя на гребной винт, = 20 л.с.
Диаметр винта, = 6 футов
Статическая тяга на винт, = 254 фунт-сила
КПД гребного винта,
КПД редуктора, < 100%
Плотность воздуха,
Делаем расчеты: что невозможно.
Есть ли ошибка? Если да, то где?
Примечание: я использовал формулу, которая связывает статическую тягу с КПД, мощностью и диаметром винта .
Летающая машина Уайтхеда
Достигнут ли конец, и летит ли дирижабль?
Редактор, американский изобретатель
Уважаемый сэр! Отвечая на ваше недавнее письмо, я с удовольствием посылаю вам следующее описание моего летательного аппарата № 22, самого последнего из построенных мной:
Эта машина была построена за четыре месяца с помощью 14 квалифицированных механиков и стоила около 1700 долларов. Он приводится в движение 40- сильным керосиновым двигателем моей собственной конструкции, специально сконструированным для прочности, мощности и легкости, и весит всего 120 фунтов. При необходимости он будет работать в течение недели, не перегреваясь, не останавливаясь и не беспокоя оператора каким-либо образом. Для розжига не требуется никаких электрических устройств. Воспламенение осуществляется за счет собственного тепла и сжатия; он вращается со скоростью около 800 оборотов в минуту, имеет пять цилиндров и не использует маховик. Для этого требуется пространство шириной 10 дюймов, длиной 4 фута и высотой 10 дюймов. ...
Пропеллеры имеют диаметр 6 футов и площадь выступающих лопастей 4 квадратных фута каждый. Они сделаны из дерева и покрыты очень тонким алюминиевым листом. Пропеллеры делают около 600 оборотов в минуту на полной мощности и вращаются в противоположных направлениях. При движении на полной скорости они будут оказывать тягу в 508 фунтов . Я измерил эту тягу, прикрепив машину к столбу с помощью динамометра и запустив двигатели на полной скорости. ...
У меня еще нет фотографий № 22, но я посылаю вам несколько фотографий № 21, так как эти машины совершенно одинаковы, за исключением упомянутых деталей. № 21 совершил четыре рейса, самый длинный из которых — полторы мили, 14 августа 1901 года. Крылья обеих машин имеют длину 30 футов от кончика до кончика, а длина всей машины — 32 фута. По земле он будет двигаться со скоростью 50 миль в час, а по воздуху — около 70 миль. Я думаю, что при желании он мог бы летать со скоростью 100 миль в час. Переносимая мощность значительно больше, чем необходимо. ...
Полагая, что это заинтересует ваших читателей, я остаюсь, Искренне ваш,
ГУСТАВ УАЙТХЕД Бриджпорт, Коннектикут.
Источник: журнал The American Inventor Magazine, 1 апреля 1902 года .
Уравнение, на которое вы ссылаетесь, показывает квадрат диаметра опоры, деленный на 2, а не на 4.
Даже тогда расчет показывает, что маркетинг к экспериментам примерно 2:1 :)
Как вы это представляете, вы правы, и числа Уайтхеда невозможны.
Я сомневаюсь, что он мог измерить мощность двигателя с достаточной точностью, и кто знает, какое определение лошадиных сил он использовал. Для измерения мощности требуется тяжелое оборудование , а у Уайтхеда, скорее всего, не было подходящего динамометра. Было бы интересно узнать расход топлива этого двигателя - это могло бы помочь лучше проверить его цифры.
Пример двух испытаний статической тяги
1) Двигатель: C-85-12 Continental ( 85 л.с. , красная линия 2575 об /мин)
Пропеллер: McCauley 71×46 Met-L, алюминий (это подъемный винт для 120)
Ветер: 4-9 м/с встречный ветер
Производительность -- Тяга: 340 фунтов , об/мин: 2350
КПД пропеллера: ~ 37,5%
2) Двигатель: Continental O-200, 100 л.с. , 2750 об/мин.
Пропеллер: McCauley Clip Tip диаметром 68″, алюминий, стандартный шаг
Ветер: встречный 5-7 м/с
Производительность -- Тяга: 335 фунтов , об/мин: 2332
КПД пропеллера: ~ 32,5%
см.: Тяговые испытания двигателей мощностью 85 и 100 л.с.
Примечание: КПД рассчитывался по формуле:
Заключение:
Если формула для кажется, что современный воздушный винт имеет довольно низкий КПД при измерении статической тяги. Гюстав Уайтхед мог бы оптимизировать свои воздушные винты для обеспечения максимально возможной статической тяги, но даже в этом случае он не смог бы получить КПД выше 90%.
В заявления Уайтхеда о его двигателе трудно поверить. По его описанию, это был пятицилиндровый дизель (с воспламенением от сжатия), работавший на керосине. Это потребовало бы высокой степени сжатия с впрыском топлива. Это, в свою очередь, означает прочные, тяжелые цилиндры. Это делает интересное сравнение с успешным двигателем Antoinette V8 с искровым зажиганием, выпущенным несколькими годами позже:
Понятно, что баллоны Уайтхеда не могли быть значительно больше 1,0 л у Антуанетты, и их было всего 5 вместо 8. И его двигатель вращался медленнее. Тем не менее, он претендует на 80% выходной мощности. Это вполне возможно, если его степень сжатия намного выше. Но вот мы подошли к главному:
Для грубого сравнения, основанного на количестве цилиндров, 5/8 от 209 = 130,6. Таким образом, его заявление подразумевает, что вес цилиндра не больше, чем у Антуанетты, но он способен выдерживать гораздо более высокое давление.
Позже Юнкерс построил двухтактные дизели, развивая высокую мощность на цилиндр, поскольку компрессия была не только высокой, но и вы получали удар на каждом обороте, а не на каждом другом. 12-поршневой (в 6 цилиндрах!) Jumo 204 выдавал 590 л.с. при 1600 об/мин. При 800 об/мин Уайтхеда, что составляет половину оборотов 204-го, это грубо соответствует половине мощности, или около 300 л.с. Он весил 1653 фунта, давая при 800 об / мин всего 22 л.с. на 120 фунтов, что вдвое меньше заявленного Уайтхедом - и это только в 1929 году.
Так что либо Уайтхед был абсолютным гением в проектировании дизельных двигателей, имевшим доступ к исключительно высококачественным материалам и передовым технологиям производства, либо кто-то в пищевой цепочке приукрасил правду. В то время он зарабатывал себе на жизнь и платил за свои эксперименты, производя и продавая авиадвигатели, и в этом он, похоже, имел репутацию первоклассного мастера, но даже в этом случае...
Я использовал формулы из своего ответа на Как правильно рассчитать КПД гребного винта? и пришел к следующему:
у нас есть:
Вилле Ниеми
Роберт Вернер
Вилле Ниеми
Вилле Ниеми
Роберт Вернер
Вилле Ниеми
Джейсон Артур Тейлор
Лягушка