Warum zeigt diese Analyse eine sehr hohe Belastung in einem Propeller?

Ich habe versucht, die Belastung des Aluminiumpropellers zu bewerten:

Durchmesser: 78 Zoll, 2600 U/min

Habe von hier aus Lastzahlen zugeführt und das Modell der verteilten Masse auf die Blätter angewendet.

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

Die Ergebnisse sind ziemlich beängstigend - 30 MPa von 55 max für Aluminium der Klasse 6061 (die sichtbare Verformung wurde zur besseren Darstellung um das 20-fache erhöht), was zu einer vertikalen Biegung von + -1 cm führt.

Ist das normal?

Gibt es Informationen über die Praxis der Industrie für die Sicherheitsmarge (Zahlen zeigen, dass sie weniger als 50 % beträgt)? Oder irgendeine Art von Testverfahren, die für Hersteller gelten?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Scherspannungen sind vernachlässigbar - 150 Pa von 150 MPaGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Gehäuse mit zwei Propellern sieht wirklich gruselig aus. Unten ist eine verteilte Masse (375 kg) - 80 % der max. FließspannungGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und Fliehkraft - 200% überbeansprucht:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Abschließend eine kombinierte nichtlineare Analyse (inkl. Drehmoment) – um 250 % überbeansprucht: (beachten Sie, dass alles, was nicht blau ist, sich verbiegt und wahrscheinlich bricht, wobei nur die Klingenspitzen die Folter überleben)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Haben Sie neben der Schubkraft auch die Zentrifugalkraft berücksichtigt...?
Ich habe es nicht in Betracht gezogen, und ja, die Intuition scheint vorzuschlagen, dass sich ein Propeller in der XY-Ebene selbst verstärken sollte. Ich habe den Beitrag bearbeitet, um ihn einzufügen. Es hat die Dinge noch schlimmer gemacht.
Sind Sie sicher, dass Sie das richtige Blattprofil in Ihren Berechnungen verwenden? GIGO
Der statische Fall muss nicht einmal einschränkend sein. Vibration und Ermüdung sind wahrscheinlich kritischer und fallen unter 14 CFR §25.907. Es gibt auch Beschleunigungsbelastungen.
Ich weiß, das klingt albern, aber vielleicht weichen einige der Zahlen in der Berechnung um eine Größenordnung ab oder die Einheit ist falsch?
Wenn Sie nach nützlichem Feedback suchen, wäre es praktisch, wenn Sie Ihren vollständigen Satz angewendeter Randbedingungen und Netze (einschließlich Screenshots) posten würden. Hier gibt es für mich Hinweise darauf, dass Sie Ihr Modell falsch gesichert haben; und dass Sie Ihre Geometrie möglicherweise von einer Windkraftanlage anstelle eines Flugzeugpropellers kopiert haben. Beide funktionieren auf unterschiedliche Weise und können nicht von einer Funktion in die andere übertragen werden. Auch Ihre Waage braucht etwas Arbeit. Standardisieren Sie die Skalen auf einen festen Bereich, anstatt auf die maximale Erfahrung.
Ich habe Ihre Einheiten korrigiert (die Materialwissenschaft hat noch einen langen Weg vor sich, bevor eine Streckgrenze von 5,5 GPa in Aluminium erreicht werden kann). Es wäre ratsam, sich mit gängigen Werten für Spannungen und Moduln in SI-Einheiten vertraut zu machen. @kevin Ich nehme an, das hat deinen Kommentar obsolet gemacht; Eine Belastung von 30 MPa erscheint für die genannten Lastfälle durchaus realistisch.
Guter Fang. Ich entschuldige mich aufrichtig für diesen brutalen Fehler. Allerdings habe ich mich gefragt, ob Aluminium der 6er-Serie die richtige Wahl war. Die 7er-Serie würde 103 MPa auf Kosten einer komplizierten Extrusion standhalten, die ohnehin nicht verwendet würde.

Antworten (2)

Die Plots Ihrer Propeller scheinen bis zur Wurzel ein normales Tragflächenprofil zu verwenden. Echte Propeller werden dort allerdings fast zylindrisch. Außerdem sind Aluminiumpropeller hohl, sodass der äußere Teil nur eine dünne Schale ist, was Masse spart und die Fliehkraftbelastung erheblich reduziert.

Immerhin funktionieren echte Aluminiumpropeller, also muss es einen Weg geben, die Belastung im Betrieb unter der Streckgrenze zu halten. FAR 23.907(c) fordert sogar, dass ein Nichtholzpropeller lebenssicher sein muss:

Der Antragsteller muss eine Bewertung des Propellers durchführen, um nachzuweisen, dass ein Versagen aufgrund von Ermüdung während der gesamten Betriebslebensdauer des Propellers vermieden wird, wobei die gemäß Teil 35 dieses Kapitels ermittelten Ermüdungs- und Strukturdaten und die aus der Einhaltung von Absatz gewonnenen Schwingungsdaten verwendet werden (a) dieses Abschnitts.

Unten sehen Sie eine Zeichnung eines Holzpropellers , aber die äußere Form eines Metallpropellers ist nicht viel anders.

Zeichnung eines Holzpropellers für die Fokker D VII

Zeichnung eines Holzpropellers für die Fokker D VII ( Bildquelle )

Abschnitt 35 (LUFTWERTIGKEITSSTANDARDS: PROPELLER) ist genau das, wonach ich gesucht habe. Ich werde versuchen, ähnliche Tests an einigen Propellern aus dem 2. Weltkrieg durchzuführen.
@FlegmatoidZoid: Cool, dann lass uns bitte wissen, welche Ergebnisse du bekommst.

Berücksichtigen Sie bei der Auslegung des Propellers das 1,5-fache der Drehzahl. Diese Annahme ergibt das Doppelte der im Propeller wirkenden Zentrifugalkraft, Schub und Luftwiderstand.

Berücksichtigen Sie die Dauerfestigkeit basierend auf den folgenden Daten. Dies hilft, Ermüdungsprobleme zu vermeiden

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Wenn Sie die Quelle Ihrer Daten angeben könnten, würde das die Glaubwürdigkeit Ihrer Antwort deutlich erhöhen!
der genaue Wert ist 1,41. Wenden Sie den Wert in der Gleichung an, um die Änderungen zu verstehen.
Warum zeigt diese Analyse eine sehr hohe Belastung in einem Propeller?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v