Was muss ich wissen, um gegenläufige Propeller für einen Motorgleitschirm zu konstruieren?

Die Verwendung von zwei gegenläufigen Stützen beseitigt tatsächlich Drehmomentprobleme. Die koaxiale Konfiguration gibt es schon seit einiger Zeit, wie die erfolgreiche Breguet Dorand von 1936 . Die Themen Schub, Leistung und Propellerscheibe sind etwas kompliziert, beginnen wir mit einer qualitativen Diskussion.

1. Zwei koaxiale 2-Blatt-Rotoren im Vergleich zu einem einzelnen 4-Blatt-Rotor gleicher Größe.

   Um einen bestimmten Schub zu erzeugen, verbrauchen zwei gegenläufige 2-Blatt-Propeller weniger Leistung als ein einzelner 4-Blatt-Propeller gleicher Größe - wenn sie weit genug voneinander entfernt montiert sind. Das Trennen der beiden Propeller hilft bei der Reduzierung der Leistung: Je näher sie beieinander liegen, desto geringer ist der Leistungsvorteil. Trennen Sie sie um 20 % des Rotorradius, und Sie haben immer noch einen Leistungsvorteil von 7 % gegenüber einem einzelnen 4-Blatt-Propeller, wie von Kamov (Referenz) berechnet . Je weiter entfernt, desto weniger Strom wird benötigt. Beachten Sie, dass der Leistungsvorteil von 7 % die Verluste durch die erforderlichen doppelten Getriebezüge möglicherweise nicht berücksichtigt.

2. Koaxialer 2-Blatt-Propeller im Vergleich zu zwei separaten 2-Blatt-Propellern gleicher Größe.

   Die Momentum-Theorie sagt eine Leistungsstrafe von voraus$\sqrt{2}$= 41 %, wenn zwei Rotoren ohne Trennung koaxial angeordnet sind, verglichen mit den zwei identischen Rotoren, die isoliert betrieben werden. Testergebnisse haben gezeigt, dass dies eine Überschätzung ist: 20 % sind realistischer.

Wir sind auf handelsübliche Größen und Teilungen beschränkt und verwenden feste Teilungen. Das bedeutet, dass wir nicht für die genauen Umstände optimieren können. Meine Empfehlungen für den Designprozess wären wie folgt:

• Aus Ihrem Link sehe ich, dass es 40-Zoll- und 49-Zoll-Klingen gibt. Entscheiden Sie sich für die 40-Zoll-Requisiten.
• Ihr Link gibt eine Ausgangsdrehzahl von 3500 U / min an. Bei einer 40-Zoll-Stütze beträgt die Spitzengeschwindigkeit (3500 U / min *$2\pi$rad * 0,5 m / 60 sec) = 183,3 m/s, etwa Mach 0,55. Die Vorwärtsgeschwindigkeit beträgt etwa 20 m/s. Das Geschwindigkeitsdreieck an der Spitze hat einen Winkel von tan$^{-1}$20/183 = 6,2°
• Ein typisches symmetrisches Profil wie NACA 0012 hat ein maximales L/D bei Anstellwinkel = 4° bei M=0,6 ( Referenz ).

• Fügen Sie dies dem Geschwindigkeitsdreieck hinzu und Sie erhalten einen Blattspitzenwinkel von 10°. Das entspricht einer Blattsteigung von 22 Zoll für den vorderen Propeller. Wählen Sie die Standardsteigung, die 22 Zoll (24 Zoll?) am nächsten liegt. Die nächste bis 22 Zoll sollte die beste Wahl sein, da der hintere Propeller Luft ansaugt und die freie Strömungsgeschwindigkeit erhöht.
• Der hintere Propeller leitet die beschleunigte Luft vom vorderen Propeller und muss eine höhere Blattsteigung als der vordere Propeller haben. Wählen Sie die nächste verfügbare Steigung (28" ?).
• Natürlich muss ein Propeller im Uhrzeigersinn und einer gegen den Uhrzeigersinn drehen.
• Beide Propeller sollten 2-Blatt sein. Das ergibt insgesamt vier Klingen, mehr als genug für diese Anwendung. Das Hinzufügen weiterer Blätter kostet PS und führt nicht zu einer nützlichen Schuberhöhung.

Für den Schub pro Propeller, wenn ich das aus a berechne$C_L$von 0,55 und integriere das über den Klingenradius von 5 cm bis 48 cm (um Spitzenverluste zu berücksichtigen), erhalte ich:

$$T = C_L \cdot \rho \cdot A \cdot \int_{0.05}^{0.48} \omega \cdot r \cdot dr$$

$$= C_L \cdot \rho \cdot A \cdot \frac{\omega^2}{2} \cdot (0.48^2 - 0.05^2)$$

$$= 0.55 \cdot 1.225 \cdot 0.05 \cdot \frac{366^2}{2} \cdot (0.2304 - 0.0025)$$

Mit

• $C_L$= 0,55
• $\rho$= 1,225 kg/m$^3$auf Meereshöhe
• A = Klingenfläche beträgt etwa 0,05 m$^2$
• $\omega$= 3500*2$\pi$/60 = 366 rad/sek

= 514 N pro Propeller. Beachten Sie, dass dort Annahmen zum Propellerprofil und zur Blattfläche enthalten sind.$\alpha$möglicherweise nicht genau 4°, also nehmen wir einen um 10 % niedrigeren Wert von 450 N pro Propeller = 900 N insgesamt.

Die zur Erzeugung dieses Schubs erforderliche Leistung ist die Blattprofilleistung plus die induzierte Leistung aus der Schuberzeugung. Wenn ich nachschaue$C_T$Und$C_P$Faktoren der Propellerscheiben bekomme ich ein$C_P$von 0,001, was zu einer Potenz P von führt

$$P = C_P \cdot \rho \cdot A_{disk} \cdot {V_{tip}}^3 = 0.001 \cdot 1.225 \cdot 0.785 \cdot 183^3 = 5.9 kW$$

Bei zwei Propellern mit einem Abzug von 20 % wären das also 14,4 kW = ca. 20 PS. Es gibt hier einige Schätzungen, und alles hängt von der Spielfeldgröße ab und davon, ob meine Annahmen über das Blattprofil und die Blattfläche korrekt sind, aber es scheint im Stadion zu liegen. Das Produkt müsste natürlich auf tatsächlichen Schub und Stromverbrauch getestet werden.

Wenn Ihr gegenläufiges Setup und Ihr Getriebe funktionieren, wären die Hauptverkaufsargumente das Fehlen von Drehmoment und eine niedrige Spitzengeschwindigkeit, was zu einem geringen Geräusch führt.

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Einige der Kommentare beziehen sich auf die Verwendung größerer Propeller und eines 3-Blatt- und eines 2-Blatt-Propellers, und es gibt eine Frage zur Verwendung einer Tabelle für einzelne Propeller.

• Die Tabelle mit einem einzelnen Propeller kann eine Zusammenstellung von Erfahrungen mit der Verwendung eines einzelnen Propellers sein. Sie werden jedoch zwei Propeller antreiben.
• Ein Hauptverkaufsargument für Ihr Setup ist die Eliminierung des Drehmoments. Verwenden Sie einen 3-Blatt- und einen 2-Blatt-Propeller, und der Unterschied im Widerstand wird das Drehmoment wieder einführen. Sie haben bereits insgesamt 4 Klingen, Sie müssen für keinen Zweck eine 5. oder mehr hinzufügen.
• Ein größerer Propeller verbraucht mehr Pferdestärken als ein kleinerer Propeller, und Sie treiben zwei Propeller an. Wenn Ihr Motor 2 Propeller mit größerem Durchmesser antreiben kann, machen Sie auf jeden Fall weiter.
• Ihr Fahrzeug fährt mit maximal 70 km/h, die Propeller haben kein Problem genug Luft anzuziehen.
• Eine Erhöhung der Ausgangsdrehzahl wäre eine gute Möglichkeit, den Schub zu erhöhen!

Meine anfängliche Sorge ist, dass die Verwendung von 100-cm-Requisiten (40 ") möglicherweise nicht geeignet ist, da die Sperrigkeit einer Person, die vor dem Motor und dem Käfig sitzt, möglicherweise nicht aerodynamisch genug ist, um die Luft zu nutzen, wenn sie um den Piloten und den Motor strömt.

Die bereitgestellten Informationen scheinen eine großartige mathematische Formel zu sein, die ich an unseren Maschinenbauingenieur weitergeben werde.

Ich habe diese alte Prop-Speed-Tabelle verwendet , bin mir aber nicht sicher, ob die Berechnungen korrekt sind, da ich nicht sicher bin, worauf sich die „256000“ in der „L24“-Zelle bezieht (=J24*256000/K24)?