Идеальный пропеллер и птицы на взлёте.
Vložit
- čas přidán 6. 07. 2024
- Сравнение идеального пропеллера с птицами на взлёте.
Вариант формулы "идеального пропеллера" для птиц.
*Мощность идеального пропеллера по ошибке названа 4800 Вт на самом деле 5 400 Вт: 1200Н*9м/с/2=5400
Ссылка на одну из работ, где исследуется бег молодых птиц по вертикальной плоскости, фактически полет с опорой на стену, где есть фото отдельных вихревых колец после каждого взмаха: естественно воздух движется после контакта с крылом в виде вихря
journals.biologists.com/jeb/a...
![Пожалуй, главное заблуждение об электричестве [Veritasium]](http://i.ytimg.com/vi/6Hv2GLtnf2c/mqdefault.jpg)
Досмотрел.
Предлагаю один из следующих ваших роликов полностью посвятить предварительному расчёту доли мощности, которая должна уйти на преодоление сил инерции от массы крыла.
Всю мощность, которая будет направлена на махи крыльев делится, в основном, на две доли:
1. на создание аэродинамических сил;
2. на преодоление сил инерции.
Думаю, даже нет, не думаю, а точно знаю, что при увеличении линейных размеров махолета эти две доли начинают перераспределение.
На "аэродинамику" мощность растёт гораздо медленнее, чем мощность на "инерцию"
До конца ролик пока не досмотрел, но на 4:40 уже проскочила неточность: а именно, неучтённая масса крыла (и соответственно инерция и потребная мощность на преодоление этой выросшей инерции), момент инерции которой при росте линейных размеров растёт не пропорционально а в прогрессии.
И вполне возможно, что для преодоления сил инерции крыла, длина которого выросла допустим в 3 раза, потребуется, что бы мощность подросла раз в 15.
Я понимаю, что в ваших роликах вы озвучиваете предварительные и приблизительные расчеты, но игнорировать инерционную составляющую от возросшей массы крыла не стоит даже на этом этапе работ над подобным проектом.
Час досмотрю ваш интересный ролик до конца. Возможно вы об этом упомянули далее.
Проверьте себя главное работа энергия и законы сохранения.
1500Н*м ваш момент * 1.7 радиана (допустим разгон 100 градусов)
Вся работа 2500 Вт вопрос за какое время она сделана
Но вообще так считать нельзя: в разное время разные силы достигают максимума: когда у вас аэродинамика на максимуме инерция на минимуме и наоборот Ексель разбить на участки и задаться реальными коэффициентами
Есть краткий теоретический вариант
Пока не в состоянии мгновенно все вспомнить это считалось лет 5-7 назад
Но коленвал обороты это всё не годится точно
Прыгун в высоту в момент отрыва развивает до 6 л.с.
Так что пики должны быть но что то многовато
Для сравнительного расчёта (когда оба варианта, "прототип" и "масштибированный", просчитываются по абсолютно одинаковому алгоритму) такая методика вполне подойдёт.
Так как данных по параметрам крыла (вес, расположение центра масс и прочее) у меня нет, возму параметры крыла в три раза короче и просчитаю по такому же алгоритму.
И так:
Линейный размер крыла механической птички снижен в три раза.
Конструкция, пропорции всех элементов конструкции и крыла и всего остального сохранены, материал тот же.
Вес махолёта по законам масштабирования снижается в 27 раз, то есть со 120 кг до 4,5 кг.
4,5 кг - это приблизительный вес дикого крупного гуся.
Частота махов у такого гуся примерно равна 2 Гц.
Вес одного крыла снижается с 10 кг до 0,37 кг.
Ц.Т. крыла разместим в таком же месте, на 33% от размаха, то есть 0,333 м.
Полумах = 0,25 сек.
А нашем случае махать легкий махолётик будет с тойже амплитудой, то есть 160 градусов.
Нас интересует полумах.
Центр тяжести крыла при полумахе проходит путь порядка 0,465 м.
В конце полумаха на такой частоте маоа центр тяжести набирает порядка 5,85 м/с.
Ускорением получается примерно 23,4 м/с в кв.
Сила инерции = 0,885 кг.
На плече 0,333 м,
Момент от силы инерции равен 0,295 кг•м.
Аэродинамическая сила примерно будет равна той же половина веса, как и в случае с предыдущим крупным махолётом, то есть 2,25 кг.
На относительном радиусе 0,6 м получится равным
Отвлекли.
Сейчас продолжу.
Продолжаем
Момент от аэродинамической подъёмной силы = 1,35 кг•м
Сумма моментов = 1,645 кг•м
При оборотах 120 в минуту
пиковая мощность на одно крыло равна 0,203 кВт.
На оба крыла - 0,406 кВт.
Это пиковая.
Проверяйте.
Из этих двух примитивных и очень приближённых расче́тов можно увидеть и зависимость соотношения моментов от инерции и от аэродинамической силы двух вариантов махолётов:
У аппарата 120 кг - момент от инерции 45,7 кг•м, а от аэродинамической силы 108 кг•м.
То есть, момент от инерции составляет 42%.
У махолета 4,5 кг - всего лишь 22%.
Пиковая мощность на оба крыла тяжёлого 29,6 кВт в крейсере , а лёгкого - 0,4 кВт.
Пиковая относительная мощность у тяжёлого равна 0,247 кВт на кг взлётного веса аппарата,
А у лёгкого - 0,089 кВт на кг.
То есть удельная мощность тяжёлого в 2,78 раза больше, чем у лёгкого.
И это только крейсерский полёт.
В более нагруженных режимах пиковая мощность естественно подрастёт.
Сделал прикидочный расчёт:
Дано:
Одно крыло, длина = 3 м, вес = 10 кг, R цт = 1 м, частота 1,6 Гу.
Гор полёт.
Отвлекли, скоро продолжу.
Продолжаем.
Результирующая 60 кг на относительном радиусе 0,6 = 1,8 м.
Момент от аэродинамической силы = 108 кг•м
Если бы крыло имело бы в плане форму, близкую к прямоугольнику, то пришлось бы относительный радиус назначить 0,7.
Но раз крыло скорее всего должно иметь довольно значительное сужение, то и результирующая сдвигается ближе к оси маха крыла, то есть, 0,6.
Далее:
Инерционная сила = 45 кг (на плече 1 м)
Момент от этой силы = 45 кг•м
Суммарный момент = 150 кг•м
При 96 оборотах в минуту мощность только для одного крыла потребуется 20 л.с.
Для пары - уже 40 л.с.
Это не средняя, конечно, а пиковая (на пути разгона от ВМТ до половины амплитуды маха).
Но и это значение тоже впечатляет.
И это только только условно установившийся горизонтальный полёт.
У махолёта должны быть ещё и высоконагруженные режимы полёта:
1. взлёт;
2. полёт с максимальновозможным ускорением в горизонте;
3. полёт на максимальной горизонтальной скорости;
4. машущий полёт со значительными перегрузками, допустим, при интенсивном маневрировании;
5. ну и наконец приземление в точку.
В одном из этих режимов пиковая мощность может вырасти не менее, чем раза в три.
То есть, на борту махолёт должен иметь двигатель, мощностью не меньше 90 кВт.
Ну это, конечно, касается того крыла, которое абсолютно жёсткое, то есть, элементы которого не имеют возможность деформироваться упруго.
Лапшин когда-то писал при проектировании сверьтесь с аналогами.
Смотрите на птиц.
Вы всерьез про 90 кВт?
@@ValeryKonan571это не я говорю, это говорят сухие безэмоциональные и непредвзятые цифры.
Можно, конечно, обойтись и тридцатью кВт-тами пиковой мощности, но летать тогда пришлось бы строго блинчиком, только в идеальный штиль, и только после буксирного взлёта.
Приземляться строго по самолётному.
@@ValeryKonan571жду ваш вариант результатов подобного расчёта.
@@ValeryKonan571кстати. Вечером сделаю подобный расчёт, но уже для "аналога".
Насколько я считал когда то полукрыло с размахом 4м (размах 8м) 90% кинетической энергии крыла спокойно гаситься о воздух создавая полезные силы масса полукрыла 10 кг
Распределение вдоль размаха квадратичное момент инерции если не ошибаюсь около 17 кг*м2
Может сделаю ролик с теоретическим расчетом
Но всё по порядку
Сначала коэффициенты
Дада, конечно.
На очередности я не настаиваю.
В такте замедления да, кинетическая вполне гасится о воздух, но в такте ускорения (при отходе от ВМТ) так уже не получится.
И в этом такте в полной мере проявит себя значительная инерционная составляющая, которую и необходимо будет компенсировать, затрачивая на неё львиную долю мощности силовой установки.
В том ролике, который вы позже будете готовить можно было бы сделать сравнительный расчёт крыльев двух типоразмеров:
1. Крыло с площадью и весом, как у гуся, но прямое без двух средних шарниров;
2. крыло точно такой же конструкции но линейный размер которого увеличен раза в три.
Значит масса крыла увеличится в 27 раз.
Вполне вероятно, что оптимизация силовых элементов конструкции крыла позволит увеличенное в три раза крыло сделать гораздо более лёгким, но всё равно крыло, скорее всего, будет тяжелее. Если не в 27 раз, то как минимум раз в 15.