Proiectarea elicei
Elicea a câștigat o reputație ca un mod de propulsie indispensabil pentru ambarcațiuni de mare viteză operate în ape puțin adânci și năpădită de buruieni, precum si snowmobile, amfibieni, care trebuie să lucreze în zăpadă, gheață și apă. Și în țara noastră și în străinătate au câștigat deja o experiență considerabilă în aplicarea elice de mare viteză pe navele mici și amfibieni. Deci, din 1964 în țara noastră, sunt disponibile în comerț și întreținute amfibiu snowmobilul (fig. 1) Birou de proiectare. A. N. Tupoleva. În SUA, zeci de mii de aerolodok, cum le numesc americanii, sunt operate în Florida.
Fig. 1. "Tupolev" amfibian snowmobilul A-3, cu o elice.
Problema de a crea o mare viteză de mică adâncime schiță cu barca cu motor, cu o elice continuă să interes și constructori de nave entuziaști noastre. Cele mai disponibile pentru a le 20-30 de litri. a. Prin urmare, considerăm că principalele probleme de proiectare a aerului la autorul cererii de calcul este pentru o astfel de capacitate.
Determinarea atentă a dimensiunilor geometrice ale elicei vor utiliza pe deplin puterea motorului și a obține de tracțiune, la aproape de puterea maximă disponibilă. De o importanță deosebită va fi alegerea potrivită a diametrului șurubului, care depinde în mare măsură nu numai eficiența elicei, dar nivelul de zgomot cauzat de valoarea directă a vitezei de rotație.
Studii în funcție de viteza călcați de viteze, care a stabilit pentru posibilitățile de realizare a elicei la o putere de 25 l. a. trebuie să aibă diametrul său - aproximativ 2 m pentru a oferi cel mai mic consum de energie, jetul de aer trebuie scăzut din nou la o arie a secțiunii transversale mai mare .; în cazul nostru zona măturat cu elice în jurul valorii de 3 metri. Reducerea diametrului șurubului și 1 m, pentru a reduce nivelul de zgomot va reduce suprafața măturată elicea de 4 ori, iar acest lucru în ciuda creșterii vitezei în jet, cauza declinul tracțiunii pe picioare de ancorare 37%. Din păcate, pentru a compensa această reducere dorință eșuează orice pas, orice număr de lame, sau lățimea lor.
Odată cu creșterea pierdere de viteză în forța de tracțiune este redusă prin reducerea diametrului; astfel, crește viteza permite utilizarea de șuruburi mai mici. Diametru șuruburi și 1 m 2 pentru forța de tracțiune maximă pe picioare de ancorare la o viteză de valori de 90 km / h, devin forța de tracțiune egală. Creșterea diametrul la 2,5 m, mărind tracțiune pe picioare de ancorare, oferă doar o ușoară creștere a tracțiunii la viteze mai mari de 50 km / h. În general, fiecare gamă de viteze de operare (cu motorul anumită capacitate) corespunde diametrului optim al șurubului. Odată cu creșterea puterii la o viteză constantă optimă crește diametrul de eficiență.
După cum se poate observa din Fig. 2 grafic, forța diametrului elicei de 1 m mai elice de apă de tracțiune (regulate) „Neptun-23“ outboard sau „Hi-22“, la viteze mai mari de 55 km / h și un diametru al elicei de 2 m - chiar și la viteze mai mari de 30 -35 kmh. Calculele arată că la / h motor kilometru consum de combustibil 50 km, cu un diametru de 2 m elicei să fie 20-25% mai mică decât cea mai economica a motorului exterior „Hi-22.“
Fig. 2. Dependența tracțiune elice P și elice regulate (teoretic - în condiții ideale) exterior „Hi-22“ (curba 1) și „Neptun-23“ (curba 2) V. vitezei
3 - Curba de împingere a elicei cu D = 2,5 m și h = 0,5; 4 - Curba elicei axial cu D = 1 m; h = 0,65; 5 - curba elicei axial cu D = 2 m; h = 0,52.
Selectarea elementelor de secvență cu elice de astfel de grafice. Diametrul șuruburilor se determină în funcție de forța necesară pe picioare de ancorare la o putere predeterminată la arborele cardanic. Dacă funcționarea șalupe presupune în zone populate sau zonele în care există constrângeri privind zgomotul, acceptabil (la moment) nivelul de zgomot va corespunde vitezei circumferențială - 160-180 m / s. După ce a determinat pe baza acestei reguli condiționale și diametrul șurubului, numărul maxim de rotații sale, să stabilească raportul de transmisie de la arborele motor la arborele șurub.
Pentru un diametru de 2 m Viteza nivelului de zgomot admis va fi de aproximativ 1500 rot / min (pentru un diametru de 1 m - aproximativ 3000 rot / min); prin urmare, raportul de transmisie la o turație de 4500 rot / min, va fi de aproximativ 3 (pentru un diametru de 1 m - 1,5).
Cu ajutorul graficului din Fig. 3, puteți determina magnitudinea de împingere a elicei, deja selectat în cazul în care diametrul șurubului și puterea motorului. De exemplu nostru, vom selecta puterea motorului disponibilă cea mai - 25 l. a. un diametru șurub - 2 m. În acest caz particular magnitudinea împingere este de 110 kg.
Fig. 3. Dependența de împingere P asupra puterii NB din ancorajele de pe arborele cardanic și diametrul său D.
Lipsa de încredere de viteze este, probabil, cele mai serioase obstacole care trebuie depășite. De obicei, de acționare cu lanț și curele, ventilatoarele în condiții improvizate, sunt fiabile și au o eficiență scăzută. instalarea forțată a elicei direct la arborele motorului face necesară reducerea diametrului și, prin urmare, reduce eficiența propulsiei.
Pentru determinarea lățimii și înclinarea palelor trebuie să utilizeze nomograma reductibil Fig. 4. Scara orizontală a dreptului de punctul corespunzător puterii la arborele șurubului, realizați pe verticală până la intersecția cu curba corespunzătoare diametrului șuruburilor anterior gasit. De la intersecția unei linii orizontale până la intersecția cu linia verticală trasată de la un punct de pe scala din stânga viteza. Valoarea obținută determină cantitatea de acoperire a șurubului proiectate (producătorii de aeronave acoperite este raportul dintre suma lățimilor paletelor diametru).
Fig. 4. Nomograma pentru a determina șurubul de acoperire # 963 = # 931; b / D și smoală relativă h = H / D, în funcție de puterea de la NB și arborele de rotație a elicei de frecvență n.
Pentru elice cu lamă de acoperire este raportul dintre lățimea paletelor a R. Raza Deasupra șurubului acoperă sunt valori optime șurub pași. Am obținut pentru acest exemplu: acoperirea # 963 = 0,165 și teren relative (smoală raport diametru) h = 0,52. Diametrul șuruburilor de 1 m # 963 = 0,50 m și h = 0,65. 2 m șurub diametru ar trebui să fie de la 2 lame lamă lățime constituind 16,5% R, deoarece valoarea acoperirii este scăzută; șurub cu diametrul de 1 m poate fi o lamă de 6 lame cu o lățime de 50: 3 = 16,6% R sau 4 lame cu o lățime a lamelor 50: 2 = 25% R. Creșterea numărului de lame ar oferi o reducere suplimentară a nivelului de zgomot.
Cu o precizie suficientă se poate presupune că elicei independent de numărul de lame. Aici sunt dimensiunile geometrice de 16,5% din lățimea lamei R. lemn Toate dimensiunile în Fig desen. 5 sunt date ca procent din raza. De exemplu, secțiunea D transversală de 16,4% R, 60 este dispusă pe R.% secțiune coardă este împărțit în 10 părți egale, adică cu 1,64% R ..; toe este rupt prin 0,82% ordinates R. în milimetri sunt determinate prin înmulțirea razei cu valoarea ordonata corespunzătoare a fiecărei procente, adică la 1.278 ..; 1690; 2046. 0.548.
Fig. 5. Desen lamă cu șurub lemn Lățime 16,5% R.
c = max. grosime a profilului / profil coardă.
Toate dimensiunile sunt date ca procent din raza elicei.
Dacă doriți să construiască o lamă mai mare lățime relativă, tot ce trebuie să modificați dimensiunile relative ale noii lățime, respectiv. De exemplu, la o lățime de minimum 25% din coardei paletei și secțiuni grosimea trebuie să fie mărită în raport cu 25: .. 16,5 = 1,52, adică jumătate.
În diagrama din Fig. 6 prezintă construcția unghiurilor de setare ale secțiunilor transversale ale elicei pas anterior gasit.
Fig. 6. Exemplul unghiurilor de setare ale paletelor rotorului ale secțiunilor transversale pas constant.
Diametru - 2 m; Etapa - 1,04 m; smoală relativă - 0.52.
De exemplu, secțiunea D, constituind 16,4% din raza, construită conform Fig. 5, este instalat la o distanță de 600 mm față de axa (60%), la un unghi # 966; (dislocat secțiune Schema convențional cu 90 °) -0.
Metoda aproximativă propusă cu o complexitate minimă a muncii de calcul produce rezultate bune. Discrepanța care rezultă în compararea datelor calculate și rezultatele testelor de câmp constituie o putere - până la 3%, de tracțiune - 5-7%.
"Proiectarea elicei," G. V. Mahotkin, Kiya 2 (78) 1979 a orașului