Увеличивается ли крутящий момент, необходимый для вращения винта, с увеличением оборотов?

В настоящее время я экспериментировал с разными винтами: винт 12x12, винт 16x12 (оба двухлопастные) и винт 22x14 (6 лопастей). Они приводились в движение электродвигателем мощностью 2,4 кВт с напряжением 260 кВ и аккумуляторной батареей 6S/5200 мАч/12C.

Винт 12x12 давал 2 кг тяги на полном газу, 16x12 - 4,5 кг тяги. Поэтому я подумал, что 22x14 будет производить около 6 кг, потому что его большая площадь лезвия будет более эффективной. Однако я получил только 0,8 кг тяги и понял, что мотор будет тормозить на определенных оборотах.

Я должен сказать, что большой винт довольно тяжелый, поэтому может ли быть так, что у двигателя будет достаточно мощности, чтобы вращать винт быстрее, но ему не хватает крутящего момента, чтобы довести его до нужного места?

«Может ли быть так, что у двигателя будет достаточно мощности, чтобы вращать винт быстрее, но ему не хватает крутящего момента, чтобы доставить его туда?» - Я не думаю, что мощность и крутящий момент так разделены. Неспособность произвести достаточную мощность означает неспособность создать достаточный крутящий момент, а неспособность создать достаточный крутящий момент — это неспособность произвести достаточную мощность. Хотя верно, что максимальная выходная мощность двигателя зависит от крутящего момента.
@TannerSwett: при любой заданной скорости вращения мощность и крутящий момент пропорциональны, но пропорциональность различна на разных скоростях. Двигатели, как правило, имеют ограничение крутящего момента на низкой скорости (они могут создавать большой крутящий момент, но не большую эффективную мощность) и мощность на высоких скоростях (т. е. обеспечивают максимальную мощность только при небольшой доле крутящего момента, которого они могут достичь на низкой скорости). Поведение между ними зависит от деталей двигателя.

Ответы (5)

Конечно. Чем больше и больше лопасти, тем больше сопротивление. Сопротивление также пропорционально квадрату скорости. Даже при сохранении числа оборотов винт большего диаметра (диаметра) будет иметь дополнительный диаметр, летящий быстрее.

Чтобы поддерживать более высокие обороты в минуту (или использовать винт большего размера), сила, компенсирующая повышенное сопротивление, выше, и, следовательно, крутящий момент (сила, умноженная на расстояние), который приводит в движение винт.

Поместите винт в вакуум, и у двигателя не будет проблем с винтом, кроме каких-либо нагрузок на вал (но не будет тяги).

Итак, вы думаете, может быть, мой двигатель просто не может развивать свои 2,3 кВт, потому что требуемый крутящий момент слишком высок, поэтому он не достигает своих максимальных оборотов, при которых его мощность максимальна? По сути, это означает, что мне нужен двигатель, который вырабатывает максимальную мощность на более низких скоростях, верно?
@SimonHenn - Правильные, большие пропеллеры, требующие крутящего момента, обычно работают медленнее.

Механическая мощность всегда является произведением усилия (крутящего момента) на переменную расхода (об/мин). Точно так же электрическая мощность всегда является произведением усилия (напряжения) на переменную расхода (тока).

Задача проектирования оптимизации комбинации двигатель-гребной винт для достижения максимальной мощности всегда сводится к следующему: 1) определение числа оборотов в минуту, при котором двигатель вырабатывает пиковую мощность (крутящий момент x число оборотов в минуту), 2) знание напряжения и тока, необходимых для производства эта мощность и 3) указание гребного винта, который может поглощать такое количество мощности при этих конкретных оборотах.

Анализ усложняется тем, что с точки зрения моделирования динамических систем двигатель постоянного тока представляет собой гиратор , в котором входная переменная усилия (напряжение) пропорциональна выходной переменной расхода (об/мин).

Я добавил ссылку на статью в Википедии о «гираторе», потому что никогда раньше не слышал этого термина. Хотя, прочитав статью, я не могу сказать, что действительно понял ее лучше.

Если другие факторы остаются постоянными, крутящий момент, необходимый для вращения винта, будет увеличиваться с увеличением числа оборотов. Требуемая мощность зависит от крутящего момента и оборотов.

Да, требуемый крутящий момент увеличивается с увеличением оборотов. Согласно простой импульсной теории крутящий момент Q на роторе или гребном винте равен:

Вопрос "=" С Вопрос ⋅ р ⋅ А ⋅ Ом 2 ⋅ р 3

Где Ом угловая скорость = об/мин. Таким образом, требуемый крутящий момент увеличивается пропорционально квадрату числа оборотов в минуту, а поскольку мощность = Вопрос ⋅ Ом , мощность увеличивается с оборотами 3 . Все остальные факторы, разумеется, остались прежними.

Однако это простая импульсная теория, которая не учитывает жесткость диска и сопротивление профиля лопасти. Для заданной тяги и радиуса лопасти крутящий момент и мощность увеличиваются с увеличением количества лопастей, поскольку необходимо преодолеть большее сопротивление профиля лопасти.

Во-первых, возьмите шестое лезвие и выбросьте его. Лучше всего использовать 2 лопасти, пока дуга не коснется земли перед вашим самолетом, затем используйте 3. Любопытно, что здесь можно применить, это микролайт? Может также помочь рассмотреть шаг, но вы определенно на правильном пути с 16x12. Если не ошибаюсь, он длиннее 12х12 с таким же шагом. Вы можете приобрести прибор для измерения оборотов в магазине для хобби, чтобы измерять пиковые обороты, но, поскольку вы уже измеряете тягу, в нем нет абсолютной необходимости. Теперь вы можете попробовать 15x12, 17x12, может быть, 18x10 (длиннее с меньшим шагом), пока не добьетесь идеального результата. Шаг похож на передачу в автомобиле, более низкий означает лучшее ускорение с места и лучший набор высоты, более высокий даст более низкие обороты в крейсерском режиме. Я бы продолжил попытки и убедился, что батарея/двигатель могут выдержать нагрузку, не загоревшись.

Спасибо за Ваш ответ. Я знаю, что 2 лезвия обычно наиболее эффективны. Тем не менее, цель этого проекта состоит в том, чтобы максимизировать тягу на единицу площади, поэтому здесь лучше использовать 6 или даже 12 лопастей. Моя проблема заключалась в том, что с 6-лопастным 20-дюймовым винтом я получил примерно треть тяги 12-дюймового винта с тем же двигателем. Теперь я знаю, что это из-за более высокого требования к крутящему моменту большего винта.
ХОРОШО. Это отличный вариант для продолжения по трем причинам. Во-первых, мы также видим интерференцию турбулентности лопастей на 6 лопастях по сравнению с 2. Во-вторых, из-за шага 12 вы, вероятно, вращаете заглохшие лопасти. В-третьих, видя максимальную нагрузку на ваш аккумулятор/двигатель, которую вы можете контролировать ваттметром. Так что, возможно, купите 10-дюймовый 6-лопастной нож с шагом от 4 до 12 (несколько из них). Обратите внимание, что все меняется, когда самолет движется. При встречном ветре со скоростью 150 миль в час более высокий тон лучше. При статических стендовых испытаниях угол атаки больше похож на крыло. Вот почему были разработаны винты с переменным шагом.
Итак, чтобы не испортить финал, после безопасного продолжения с меньшими лопастями вы обнаружите, как и с реактивными двигателями, вы получаете большую тягу на единицу площади за счет увеличения мощности двигателя и добавления лопастей за счет эффективности. Реактивные двигатели имеют большую тягу, но не так экономичны, как поршневые двигатели с двумя лопастями. Но они действительно намного быстрее.
Итак, после того, как вы выберете ограничение по диаметру пропеллера, раскрутите низкочастотный 2 блейдер почти до скорости звука. Это ваш предел оборотов. Затем попробуйте шаг на максимальную тягу, это ваш лучший угол атаки. Если обороты еще не падают, двигатель может дать больше. Расширьте 2 лезвия или перейдите на 3 лезвия. Очень крутой эксперимент. Может быть хорошо подойти с маленькой/быстрой стороны. Не думайте, что вы пройдете 4 или 5 лезвий, я могу ошибаться!
Хорошо, что бы вы предложили в качестве предела скорости кончика лопасти? 0,6 Маха?
12-дюймовый винт, вращающийся со скоростью 20 000 об/мин: 1 фут x 3,14 x 20 000 об/мин x 1 миля/5280 футов x 60 мин/час = скорость кончика 713 миль в час. Мощный электродвигатель может это сделать. Поскольку мы тестируем тягу, а «подъемная сила» винта будет квадратом его скорости, я предлагаю начать с 2 лопастей, меньшего угла атаки (около 6 шагов) и быстрого, с 1 Маха в качестве предела. Как технический специалист, я бы с большим удовольствием добавил экспериментальные данные в дополнение к теории (но осторожно, чтобы избежать опорной дуги).
Увеличивается ли крутящий момент, необходимый для вращения винта, с увеличением оборотов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v