Параметры пропеллера. Как действует винтовой самолет

То тебе нужно в первую очередь знать о том, как заставить «это» взлететь. Здесь есть два важных параметра – пропеллеры, и двигатели. Пропеллеры для квадрокоптера могут быть самыми разными, и каждый несёт в себе совой смысл. Сегодня я объясню тебе основные понятия и принципы, чтобы ты знал, как подобрать пропеллеры для своей модели. Располагайся, заваривай пельмешки, будет долго, и немного больно. Но тебе понравится.

Сразу оговорюсь, что в любом проектировании бывает достаточно много НО. Всё, что я скажу далее, это стартовые знания. Не бойся включать голову и задавать вопросы. Нет такой информации, которую нельзя найти в гугле, или спросить на форуме. Главное- умение ей пользоваться. Поехали!

• «В идеальном мире» — чисто теоретическое понятие, не берущее в расчёт побочные факторы
• Параметр «длинна», это и есть длинна пропеллера. Если точнее, то диаметр окружности, описываемой лопастями
• Параметр «шаг» можно сравнить с шагом резьбы. Это то расстояние, которое может пройти винт за один оборот (по аналогии с шурупом в дереве) . Чем больше угол атаки лопасти, тем больше это расстояние.
  «Угол атаки», это Угол наклона лопасти, относительно горизонтальной плоскости
• «Тяга», это сила, которая создаётся винтом. Она компенсируется остальными силами реакции (сопротивление воздуха, гравитация). Из этого следует, что пока тяга больше сопротивления – коптер будет разгоняться в направлении, противоположном вектору тяги.

Основные параметры

Количество

Количество лопастей винта влияет на подъёмную силу, стабильность и отзывчивость коптера (в идеальном мире). Чем больше лопостей, тем эти параметры лучше. На самом деле, многолопастные пропеллеры (2+) ставятся только на мелкие дроны. Это происходит из за дороговизны изготовления и сложности балансировки. В большом размере отбалансировать 4 лопасти очень дорого.

Чем их больше, тем стабильнее БПЛА. Малое количество негативно сказывается на управляемости.

Виды лопастей

1. Normal (N) – Имеют заострённые на концах лезвия. Это уменьшает тягу, но и снижает расход энергии аккумулятора
2. Bullnose (BN) – Бычий нос (Закруглённые). При равном с нормальными диаметре, имеют большую тягу и площадь. За счёт тяжести ведут себя более стабильно, и увеличивают отзывчивость дрона по рысканью. Сильно повышают расход энергии акб.
3. Hybrid Bullnose (HBN) – промежуточный вариант. Имеют как и преимущества, так и недостатки предыдущих.

Направление вращения

Для электродвигателей есть два направления вращения. CW – вращение вала по часовой стрелке, CCW – вращение вала против часовой стрелки. Направления нужно или чередовать (так как каждый пропеллер создаёт реакционную силу, которая стремится развернуть то, к чему он прикреплён, в направлении вращения), или размещать соосно на одном луче (тогда реакционная сила одного компенсирует оную у второго. Это более сложная компоновка. Используется, к примеру, на вертолёте «чёрная акула»).

На направление вращения самого пропеллера указывает поднятая кромка. Она смотрит в сторону вращения.

Материал

Пластик – наиболее популярный, но не самый удачный вариант. Пластиковые пропеллеры обладают низкой ценой и очень широки ассортиментом. Обладают разной, но в основном высокой гибкостью и мягкостью. Якобы это увеличивает их устойчивость к механическим повреждениям. На самом деле, любой, даже небольшой дефект лопасти, скорее всего, будет фатален. Там уже не важно, расколется она, или просто помнётся. Всё равно ты её меняешь.

Углеродное волокно – Очень дорого, но очень круто. Великолепная жёсткость, лёгкость. Легко сбалансировать. Это значит, что брака будет меньше. Не теряет форму. Да и наличие чёрных лопастей всегда радует глаз. К ним рекомендуется докупить защиту лопастей для квадрокоптера, ибо их очень легко расколоть.

Композит – внутри пластик, снаружи покрытие из углеродного волокна. Дешевизна пластика, жёсткость и износостойкость (почти) как у карбоновых пропеллеров. Также не очень высокая цена.

Вес

От веса зависит отзывчивость дрона по оси рысканья. Однако, с этим надо быть аккуратным, ибо также увеличивается нагрузка на мотор квадрокоптера.

Эластичность

Эластичность пропеллера улучшает устойчивость оного к перегрузкам и механическому воздействию (не путать с мягкостью).

Качество

Как правило, чем дороже, тем качественнее. Тут может быть много параметров. Основной, это балансировка. Качественный пропеллер балансировать не придётся. Так же важным моментом является качество материала.

Пластик может быть упругим и эластичным, а может быть мягким и НЕ эластичным. С этим нужно быть внимательным. Не смотря на кажущуюся простоту, от качества лопастей напрямую зависят лётные качества коптера.

Спецификация

Есть два типа обозначений.

• L- длинна
• P- шаг
• B- количество лопастей (для двух лопастей может не указываться)

Например, 5045×3 – длинна 5 дюймов, шаг 4.5 дюйма, 3 лопасти.

Иногда приходится гадать. Тот же пропеллер может обозначаться 0545×3.

Например, 5×45х3 – длинна 5 дюймов, шаг 4.5 дюйма, 3 лопасти.

Иногда в конце присутствует буква R или C. Она определяет направление вращения пропеллера.

• R – по часовой стрелке
• C – против часовой стрелки

Иногда в конце присутствует обозначение профиля лопасти. (подробнее смотри выше «виды лопастей»)

• N – нормальная (заострённая)
• BN – закруглённая
• HBN – промежуточная

Методы крепления и крепежи

Пропсейвер – Хороший вариант для проведения эксперементов, когда надо часто снимать и надевать пропеллер. Выглядит как втулка, которая притягивается к валу двигателя двумя винтами. Сам пропеллер надевается сверху, и притягивается резинками к выступающим винтам. Далеко не полетит, но можно побаловаться.

Цанговое крепление – рабочий вариант. На вал насаживается цанга (та, что с прорезями), потом зажимная втулка, пропеллер и шайба. Крепление надёжное и идеальное для полётов.

Outranner – Это не крепление, это разновидность бесколлекторного мотора, в котором ротор (вращающаяся часть) находится снаружи. На их верхней поверхности обычно находится несколько резьбовых отверстий, в которые крепится переходник (коих несметное количество).

Балансировка

Когда ты сэкономишь на пропеллере, ты точно удивишься тому, что он не отбалансирован. Из-за этого он будет вибрировать, на камере коптера ты будешь наблюдать эффект «желе», резьбовые соединения будут ослабевать, а моторы будут изнашиваться очень быстро. Надо балансировать.

Для этого тебе понадобится:

• Пропеллер
• Скотч\суперклей (на свой страх и риск)
• Мелкозернистая наждачная бумага
• Специальный инструмент — балансировщик пропеллеров
• Уровень

1. Балансировщик устанавливаешь строго горизонтально.
2. Устанавливаешь пропеллер на ось, в горизонтальное положение. Отпускаешь. Одна из лопастей падает вниз.
3. Берёшь наждачку, и с внутренней стороны поднявшейся лопасти (с вогнутой) снимаешь немного материала. Не переусердствуй.
4. Возвращаешь лопасти в горизонтальное положение. Если одна из них падает – повторяешь предыдущий пункт. Если нет- идём дальше
5. Так как балансировщик тоже не лучшего качества- переворачиваешь ось и смотришь по новой. Нужно поймать момент, когда вне зависимости от направления оси, пропеллер будет сбалансирован.
6. Молодец.
7. Но не совсем. Теперь ступица. Устанавливаешь пропеллер вертикально. Если пропеллер наклоняется вправо- делаешь мазок лаком на левой стороне.
8. Добиваешься баланса
9. Меняешь направление горизонтальной оси пропеллера. Если всё по-прежнему в порядке- ты отбалансировал пропеллер. Надеюсь у тебя не октокоптер.
10. Молодец!

Калькулятор Ecalc

Крайне удобный калькулятор, которые находится на официальном сайте Ecalc . В нём ты сможешь задать те запчасти, которые будешь использовать для своего проекта, а он выдаст тебе (очень) примерную модель поведения коптера.

Давай рассмотрим его поближе, так как он тебе точно пригодится.

Основное

• Тут ты выставляешь основные параметры своей сборки
• Полный вес модели можно указывать «без ВМГ» (винтомоторная группа = пропеллеры и моторы). При выборе пропеллеров и моторов калькулятор сам учтёт их вес
• Количество винтов – соосные винты, это два винта расположенных друг над другом, а одноосные это один винт на одном луче коптера. Для простоты, в нижнем правом углу, калькулятор рисует тебе конфигурацию
• Размеры рамы- По диагонали, от одного конца луча, до другого
• На остальное пока можешь забить. Оно уже стоит по стандарту. Высота, температура и давление может пригодится для расчёта полётных характеристик для разных высот

Аккумулятор

• Из списка выбираешь нужный, или максимально похожий аккумулятор, и состояние заряда «номинал»
• В поле «P» пишешь количество параллельно соеденённых аккумуляторов (если нужно)

Регулятор

• Из списка выбираешь свой регулятор скорости
• В навесном оборудовании пишешь суммарное потребление и вес всей той фигни, что ты хочешь повесить на свой дрон. Камера, диоды, сервоприводы, мелкокалиберные орудия. Если ты уже указал их вес в основном весе модели, то поле вес оставляешь с нулём

Мотор

Выбираешь производителя мотора из списка, и проверяешь по параметрам. Если похоже, то всё нормально, если нет, то продолжаешь «Охлаждение»

Пропеллер

• Выбираешь тип пропеллера из списка. Угол кручения (угол атаки), диаметр винта и его шаг ты узнаешь из спецификации
• Передаточное число используешь, если твой пропеллер присоединён к мотору через редуктор

Если в списках нет нужной позиции, то можно воспользоваться строкой Custom, и ввести всё самостоятельно.

RashVinta

Программа для расчёта параметров пропеллера для летательного аппарата.

Она может работать с тремя наборами исходных данных.

1. Мощность двигателя + диаметр винта, который вам нужен
2. Мощность двигателя + частота вращения
3. Диаметр винта + шаг

В первом варианте

• Галочку на «расчёт по диаметру винта»
• Вводите нужный диаметр в см
• Вводите мощность двигателя в лошадиных силах, подсмотренную в параметрах двигателя (чтоб получить лошадей из кВт используй формулу кВт*1.36)
• Вводи максимальную скорость, которую позволит развить твой винт
• Введи среднюю скорость в поле «Скорость расчётная»
• Нажми кнопку расчёт

В результате ты увидешь необходимый шаг винта и частоту вращения.

Во втором варианте

• Убери все галочки
• Введи мощность двигателя
• Введи частоту вращения винта (двигателя, если нет редуктора)
• Введи максимальную и среднюю скорости

На выходе ты получаешь диаметр винта в сантиметрах и шаг винта.

Третий вариант

• Установи галочку в «указать параметры винта»
• Введи диаметр винта и шаг винта
• После нажатия на кнопку расчёт, программа рассчитает профили сечения винта (форма лопастей) на различных радиусах от центра. Результат ты получишь в окне просмотра, и в виде таблицы Date.html в каталоге программы.
• Кнопками со стрелками просматриваешь сечения на различных радиусах, а ползунком меняешь масштаб.

Как ты можешь заметить, подбор и корректировка пропеллеров, это важное и не самое простое занятие. Однако, настоятельно рекомендую уделить этому время. Даже в такой, на первый взгляд, неуклюжей корове, как квадрокоптер, есть место аэродинамике. К тому же это может сэкономить тебе очень много денег на моторах.

Конечно, всё вышесказанное достаточно ситуативно. К примеру, если ты собираешь маленький дрон, или просто хочешь попробовать, то пропеллеры можно использовать и самые дешёвые, и не отбалансированные.

Это вряд ли помешает твоему дрону взлететь, да и ты сразу поймёшь, что не так, и на что нужно впредь обращать больше внимания.

Так же крайне не рекомендую начинать с соосной компоновки, если ты не знаком с миром беспилотной авиации. Там есть куча нюансов, которые базируются на более глубоком понимании темы. Идеальным вариантом для начала будет четырёх лучевая, квадратная компоновка.

Ну и нужно понимать, что если ты не крутой инженер, с богатым набором закрытых САПР программ, то всё, что ты можешь рассчитать – мало тебе поможет.

Все эти вычислительные решения дают крайне ориентировочный результат. Так что я рекомендую тебе побольше экспериментировать, хотя помощью софта пренебрегать тоже не стоит. Пробуй, учи матчасть, когда-нибудь получится очень круто!

Эта небольшая статья содержит базовую информацию о пропеллерах для квадрокоптера (иногда их называют реквизитами) и рассказывает о том, как шаг, форма и количество лопастей влияют на их производительность, тягу и эффективность.

Основные понятия

Параметры реквизитов определяются их длиной, шагом, площадью, направлением вращения, а также формой и количеством лопастей

Длина и шаг

Эти параметры являются главными. Под длиной понимают диаметр диска, образующегося при вращении пропеллера. Шаг может быть определен как расстояние, которое пропеллер может пройти в некоей твердой среде за один полный оборот (вспомните, как входит в доску самый обыкновенный шуруп). При прочих равных условиях, величина шага определяется наклоном (углом атаки) лопастей квадрокоптера.

Тяга винтомоторной группы (ВМГ) определяется объемом воздуха, который ее винты способны переместить. Понятно, что увеличение длины и/или шага пропеллеров при сохранении их скорости вращения положительно сказывается на тяге, но, к сожалению, увеличивает и сопротивление воздуха за счет растущей турбулентности. Для вращения более крупного винта или винта с большим углом наклона лопастей будет затрачено больше энергии, что приведет к снижению времени полета при прочих равных условиях.

Крупные винты с малым шагом идеально подходят для аэрофотосъемки, а небольшими пропеллерами с большим шагом оснащаются гоночные дроны.

Количество и форма лопастей

Классическим вариантом является наличие у пропеллера двух лопастей. Впрочем, на самых маленьких моделях применяют воздушные винты с тремя, четырьмя и даже пяти лопастями. Понятно, что многолопастный воздушный винт снижает уровень турбулентности за счет создания более равномерного потока. Более того, дополнительные лопасти увеличивают общую площадь винта, что благотворно отражается на подъемной силе квадрокоптера. Из этого следует, что многолопастный винт меньшего диаметра способен создавать ту же подъемную силу, что и более крупный классический пропеллер. Многолопастные пропеллеры делают летательный аппарат более отзывчивым, что очень важно при полетах в режиме Acro . Основным недостатком таких винтов является сложность изготовления и центровки, а также достаточно высокая стоимость.

Советуем обратить внимание на разницу в форме окончания реквизитов. Они бывают трех видов - Normal, Bullnose (BN), Hybrid Bullnose (HBN). Винты Normal имеют заостренные на концах лезвия, создают меньшую тягу, но способствует эффективному расходу энергии аккумулятора. Винты BN при равном диаметре имеют большую площадь и тягу. Дополнительный вес на кончиках лопастей увеличивает крутящий момент и улучшает чувствительность летательного аппарата по оси рысканья. К сожалению, эти положительные моменты сопровождаются высоким энергопотреблением и снижением времени полета. Пропеллеры HBN занимают промежуточную позицию.

Направление вращения

На мультикоптерах используются два типа двигателей - CW (с вращением вала по часовой стрелке) и CCW (с вращением вала против часовой стрелки). Схема установки моторов зависит от типа летательного аппарата. Несколько таких схем показаны на рисунке.

На направление вращения конкретного пропеллера указывает приподнятая кромка его лопастей.

Материал и качество

Наиболее популярны пластиковые винты. Они отличаются пластичностью, низкой ценой, широким ассортиментом и высокой степенью доступности. С одной стороны, гибкость лопастей повышает их устойчивость к повреждениям, с другой - вызывает проблемы с балансировкой.

Некоторые фирмы выпускают винты из углеродного волокна. Карбоновые винты довольно дороги, но обладают необходимой жесткостью и высокой эффективностью без значительного увеличения веса.

Промежуточное положение занимают пропеллеры, выполненные из пластика, усиленного углеродным волокном. Этот тип пропеллеров обладает высокой жесткостью и сравнительно низкой стоимостью.

Качество винтов подразумевает точность их изготовления. Высококлассные пропеллеры хорошо сбалансированы и практически не вносят дополнительную вибрацию в работу ВМГ. Лучшие реквизиты выпускаются под брендами GWS, APC и EMP.

Спецификация

Узнать о параметрах конкретного пропеллера для квадрокоптера можно по его кодировке. Производители используют два типа обозначений: LLPPxB или LxPxB. Здесь L обозначает длину, P - шаг, а B - количество лопастей. Для классических пропеллеров параметр B обычно не указывается.

Например, пропеллер 6045 (или 6×4,5) имеет две лопасти, шестидюймовую длину и шаг 4,5 дюйма. Другим примером является пятидюймовый трехлопастный пропеллер 5040×3 (или 5x4x3), имеющий шаг 4 дюйма.

Иногда в конце обозначения ставится буква R или C (может отсутствовать), определяющая направление вращения. Воздушные винты R устанавливаются на двигатели CW, а C - на моторы CCW. Изредка к обозначению добавляются аббревиатуры BN или HBN (см. выше).

Методы установки

Установить винты на квадрокоптер можно по-разному. Очень часто вал электродвигателя представляет собой простой металлический штырь, не имеющий каких-либо приспособлений для установки пропеллера. В этом случае применяют специальные переходники - пропсейверы и цанговые зажимы.

Пропсейвер (см. фото) удобно использовать для проведения экспериментов при создании самодельных моделей. Он выглядит как втулка, в боковой поверхности которой имеется два симметричных отверстия с установленными в них винтами. Приспособление устанавливается на вал, а винты затягиваются. Пропеллер также надевается на вал и фиксируется двумя нейлоновыми стяжками или резиновым кольцом.

Более надежным переходником является цанговый зажим. Он представляет собой резьбовое соединение с разрезной конусообразной втулкой. Цанга надевается на вал, далее устанавливается зажимная втулка, пропеллер и шайба. Вся конструкция фиксируется гайкой особой формы - коком.

Если ротор бесколлекторного двигателя находится снаружи (моторы класса Outrunner), то на его верхней поверхности обычно имеется несколько резьбовых отверстий для установки различных переходников и креплений.

У производителей готовых коптеров с бесколлекторными моторами очень популярен вариант с самозатягивающимися гайками от компании DJI . У таких двигателей вал заканчивается резьбой, противоположной направлению вращения ротора.

Балансировка пропеллеров

Можно с уверенностью сказать, что большинство пропеллеров, особенно дешевых, нельзя назвать сбалансированными на 100%. Такие винты не только раздражающе сильно шумят, но и вносят дополнительную вибрацию в работу ВМГ. Из-за этого, в частности, снижается качество воздушных съемок (эффект желе). Хуже того, постоянные колебания вызывают дополнительный износ двигателей, подшипников и шестерней, что повышает стоимость обслуживания летательного аппарата.

Как видим, без процедуры балансировки винтов для квадрокоптера нам не обойтись. Для этого понадобятся:

• Винт;
• Скотч или суперклей (можно заменить лаком для ногтей);
• Наждачная бумага;
• Специальный балансир пропеллеров Du-Bro Tru-Spin - один из лучших, или китайские аналоги .

Прежде всего, нужно выставить само приспособление для балансировки так, чтобы его ось была строго горизонтальной.

Лопасть проверяется на отсутствие повреждений, устанавливается на ось и слегка отклоняется в ту или иную сторону. Если он не возвращается в горизонтальное положение, нужно облегчить (подчистить наждачной бумагой) более тяжелое лезвие или наклеить кусочек липкой ленты на более легкое. Необходимо повторять процедуру до тех пор, пока лезвия не уравновесятся. Липкую ленту успешно заменяет мазок суперклея или лака.

Ось балансировочного станка переворачивается - нужно убедиться, что пропеллер сохраняет равновесие и в этом положении. Отметим, что все подчистки и наклеивания должны выполняться на внутренних (вогнутых) поверхностях лопастей.

Следующим шагом будет балансировка ступицы. Для этого пропеллер устанавливается вертикально. Если он отклоняется вправо, нужно утяжелять клеем или лаком левую часть ступицы и наоборот. Добиваемся баланса, переворачиваем пропеллер и убеждаемся, что в этом положении он также уравновешен. Процедура закончена.

Калькулятор eCalc

Многим создателям беспилотных моделей известен on-line калькулятор eCalc, предназначенный для расчёта параметров винтомоторной установки летательных аппаратов. Страница калькулятора, посвященная мультикоптерам, выглядит приблизительно так.

На первый взгляд, все понятно, но есть несколько нюансов, которые могут повлиять на результаты вычислений.

Прежде всего, вводится полный взлетный вес мультикоптера (с подвесом и камерой, если таковые имеются). Если будет указано Without Drive (Без привода), то вводим суммарный вес рамы, пропеллеров, платы контроллера, подвеса, камеры и оборудования для FPV полетов. Добавим процентов 10 на массу проводов и получаем искомую цифру.

Вводим количество роторов, их схему (одиночная или соосная), максимальную высоту полета и погодные условия, при которых он будет проводиться (температуру за бортом и атмосферное давление).

Когда только начал заниматься радиоуправляемыми моделями, бывает сложно определить, какой стороной установить пропеллер и какая кромка передняя. На начальном этапе почти на всех пропеллерах, которые вы будете применять будет нанесена маркировка производителя или размеры. Это верхняя сторона, она чаще всего матовая и немного выпуклая. Нижняя сторона обычно гладкая и блестящая, кроме того она вогнутая или почти плоская в зависимости от шага. Переднюю кромку можно легко найти следующим образом, положите пропеллер правильной стороной вверх и найдите высокую часть лопасти. В этом направлении пропеллер должен вращаться вперед.

Что означают буквы и цифры?

Вы можете увидеть буквы и цифры нанесенные на пропеллер, например «GWS 1047 или APC 8 x 4″. Буквы означают производителя пропеллера. Цифры — это диаметр и шаг пропеллера. Диаметр — это размер круга, который описывает пропеллер своими лопастями, а шаг — это расстояние в дюймах, которое пройдет пропеллер за один оборот. Такими образом GWS 0907 — это пропеллер произведенный фирмой GWS с диаметром 9″ и шагом 7″. Gemfan 10 x 4.7 это пропеллер сделанный фирмой Gemfan с диаметром 10″ и шагом 4.7». Маркировка GWS 9x7x3 означает трехлопастный пропеллер диаметром 9″ и шагом 7″ . Все перечисленные ранее пропеллеры вращаются против часовой стрелки, но большинству мультироторных систем также требуются моторы и пропеллеры противоположного вращения. Для обозначения пропеллеров вращающихся по часовой стрелки служит буква «R» напечатанная в конце последовательности букв и цифр. Например, APC 10 x 4.7 R. Просто, правда? Пропеллер с большим шагом применяется совместно с быстро вращающимися моторами и более быстрыми квадрокоптерами. Меньший шаг для медленных полетов и мултикоптеров. Хотя, всегда возможны исключения.

И так: у винта есть 2 обозначения диаметр и шаг винта, давай те посмотрим, что это такое и для чего оно нужно.

— Диаметр — дает тягу…
— Шаг винта — дает скорость…

На картинках в описаниях товара обычно эта информация вся есть, как на примере ниже. Так же ещё многие продавцы пишут размер отверстия крепления винта
.

Определяющими являются диаметр и шаг винта. Шаг винта соответствует воображаемому расстоянию, на которое передвинется винт, ввинчиваясь в несжимаемую среду за один оборот. То есть проще говоря сколько винт за 1 полный оборот на 360º возьмёт воздуха перед собой.
Лопасти винта, вращаясь, захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению. Перед винтом создаётся зона пониженного давления, за винтом - повышенного. Вращение лопастей воздушного винта приводит к тому, что отбрасываемые им массы воздуха приобретают окружные и радиальные направления и на это расходуется часть энергии, подводимой к винту.

Обычно производитель двигателя указывает рекомендуемые винты и измеренные им характеристики.(Как на фото ниже) Дальше, выбирайте нужный вам вариант.
Если хотите поэкспериментировать — выбираете определённый вариант из рекомендуемого производителем и начинаете играться. Т.е. , если вам нужна тяга, то увеличиваете на дюйм диаметр и уменьшаете на дюйм шаг. Так, чтоб сумма шага и диаметра оставалась одинаковой с рекоммендуемым производителем.
Если нужна скорость — увеличиваете на дюйм шаг и уменьшаете на дюйм диаметр.

К примеру винт 9*6 на 3х банках липо, мотор(не принципиально какой в данном случае) тянет 700г при оборотах 7000, для поднятия тяги нам нужно выбрать винт 10*5, а следовательно для повышения скорости 8*7.

…или же ещё пример…

Для получения следующих плюсов и минусов.
1.Тяга упадёт примерно до 200 грамм! Для модели в 160 грамм, а тем более тренера, это не страшно.
2. Винт станет намного короче, что приведёт к более легким посадкам модели без шасси. Удобно для планеров которые запускаются с руки.
3. Потребляемый мотором ток значительно уменьшился, что в конечном итоге даст+2,+3 минуты полетного времени.

Из этого следует:

1. Нужно подбирать винты исходя из полетного веса модели и опираясь на рекомендации производителя.
2. Нужно подбирать винты исходя из «вида» и назначения модели
3. Нужно подбирать винты опираясь на параметры мотора (максимальный ток нагрузки, обороты на вольт и т.д.)

Выводы: нужно как минимум 2-3 различных винтов (чуть больше и чуть меньше по параметрам от рекомендуемого производителем) для нахождения среди них наиболее оптимального для достижения поставленной цели. Все это подбирается экспериментальным путем.

На самом деле есть ещё куча не мало важных нюансов, при выборе мотора и пропеллера, в которые я бы вам не советовал внедряться и лишним забивать себе голову, а просто брать те винты которые советует вам продавец мотора, для наилучшей тяги, ну и если есть желание эксперементировать с винтами немного отличающимися от рекомендуемых.
Но если всё таки желание есть лезть дальше в дебри, то вот ещё статейка — продолжение специально для вас.

Как вариант для более точного и эффективной работы мотора можно производить замеры напряжения ваттметром во время его работы с при разных винтах, что бы не перегружать мотор и не выходить за рамки его номинальной мощности, дабы не спалить обмотку в попытках выжать максимум с мотора из за нежелания его замены на другой более подходящий. Кому интересно могут ознакомиться со схемой ниже.


Винт насадил — дал полный газ, замерил тягу, замерил показания ваттметра, сравнил с теми которые идут в технических характеристиках на данный мотор, если меньше заявленных показывает значит хорошо, если больше то плоха, для максимальной эффективности мотора мотребляемый ток должен быть как можно ближе к номинальному в характеристиках, но не превышать его.

Ну и наконец пара ответов на вопросы которые тоже иногда попадаются.

Что влияет на минимальную скорость модели?
Самолеты способны летать с низкой скоростью по причине малой нагрузки на крыло, чем больше нагрузка — тем выше должна быть скорость что бы самолёт не рухнул на землю или больше по площади крыло.

Почему нельзя обрезать концы винта?
Шаг винта не постоянен: у основания больше, а к концу меньше.
Производителем указывается какой-то усредненный «рабочий», учитывая что максимальная эффективность считается ближе к концу лопасти.
Обрезая винт у конца мы изменяем этот показатель — делаем шаг большим …
Примерно: если взять винт 9х6 и обрезать на дюйм думая что получим 8х6 — ошибочно, получим 8х7 — вот так-то

Балансировка пропеллеров.

Балансировка пропеллера важный этап, который часто пропускают. Правильно сбалансированный пропеллер значительно меньше вибрирует, что положительно сказывается на плавности полета. Если вам нужна плавное видео без «желе», вы должны сбалансировать ваши пропеллеры. Видео с процессом балансировки:

Как балансировать трехлопастной пропеллер?

При балансировке небольших 3-х лопастных пропеллеров обычно используется скотч. Далее описание процесса балансировки 3-х лопастных пропеллеров.

Добавляйте вес приклеивая ленту максимум к двум лопастям, никогда ко всем трем. Добавляйте скотч, как можно ближе к центру пропеллера.

Установите пропеллер на балансир, крутаните его и ждите пока он не перейдет в состояние покоя. Обычный случай: все три лопасти распределились по кругу. Одна лопасть оказалась выше, чем остальные, но ни одна из них не смотрит вертикально вверх или вниз. Пометьте самую высокую лопасть одной точкой, самую нижнюю тремя точками, а среднюю двумя точками. Не пропустите этот шаг. В дальнейшем он очень важен.

Сначала балансируйте лопасти 2 и 3. Делайте это добавляя вес к лопасти 2, пока лопасть 1 не будет направлена строго вверх (2 и 3 лопасти теперь сбалансированы). Теперь прибавляйте вес к лопасти 1, пока пропеллер не придет в равновесие. Это очень просто. Только лопасти 1 и 2 будут с кусочками скотча.

Другой случай, одна из лопастей направлена строго вниз. Пометьте ее 3-мя точками, и нанесите 1 и 2 точки на остальные. Теперь добавляйте одинаковый вес на лопасти 1 и 2 одновременно, пока они не будут сбалансированы. Это немного сложнее, чем в первый раз из-за трудности подбора одинакового веса.

Третий случай, когда одна из лопастей направлена вверх. Это самый легкий случай. Пометьте ее одной точкой, а две другие 2-мя и 3-мя точками. Теперь добавляйте вес к лопасти 1, пока она не будет сбалансирована.

При написании статьи использованы материалы http://wiki.openpilot.org/ , а также статья Константина Лияськина.

Оборудование для FPV полетов, квадрокоптеры, мултикоптеры, а также запчасти и комплектующие в Иркутске вы можете приобрести в нашем интернет-магазине

По причине отсутствия разумных альтернатив почти все самолеты первой половины прошлого века оснащались поршневыми двигателями и воздушными винтами. Для повышения технических и летных характеристик техники предлагались новые конструкции винтов, имевшие те или иные особенности. В середине тридцатых годов была предложена совершенно новая конструкция, позволявшая получить желаемые возможности. Ее автором являлся нидерландский конструктор А.Я. Деккер.

Работу в области винтовых систем Адриаан Ян Деккер начал еще в двадцатых годах. Тогда им была разработана новая конструкция крыльчатки для ветряных мельниц. Для повышения основных характеристик изобретатель предложил использовать плоскости, напоминающие крыло самолета. В 1927 году такая крыльчатка была установлена на одной из мельниц в Нидерландах и вскоре прошла испытания. К началу следующего десятилетия в эксплуатацию ввели три десятка таких крыльчаток, а в 1935-м ими оснащалось уже 75 мельниц.

Опытный самолет с воздушным винтом А.Я. Деккера. Фото Oldmachinepress.com

В начале тридцатых годов, после проведения испытаний и внедрения новой конструкции на мельницах, А.Я. Деккер предложил использовать схожие агрегаты в авиации. По его расчетам, крыльчатка особой конструкции могла бы использоваться в качестве воздушного винта самолета. Вскоре эта идея была оформлена в виде необходимой документации. Кроме того, конструктор озаботился получением патента.

Использование нестандартной конструкции воздушного винта, по задумке изобретателя, должно было дать некоторые преимущества перед существующими системами. В частности, появлялась возможность снизить обороты винтов при получении достаточной тяги. В связи с этим изобретение А.Я. Деккера нередко именуют «Воздушным винтом с малой скоростью вращения» – Low rotation speed propeller. Так же эта конструкция именовалась и в патентах.

Первая заявка на получение патента была подана в 1934 году. В конце июля 1936-го А.Я. Деккер получил британский патент за номером 450990, подтверждавший его приоритет в создании оригинального винтового движителя. Незадолго до выдачи первого патента появилась еще одна заявка. Второй патент был выдан в декабре 1937 года. За несколько месяцев до этого нидерландский конструктор отправил документы в патентные бюро Франции и США. Последнее в начале 1940 года выдало документ US 2186064.

Конструкция винта второй версии. Чертеж из патента

Британский патент №450990 описывал необычную конструкцию воздушного винта, способную обеспечит достаточные характеристики при определенном сокращении негативных факторов. Конструктор предложил использовать крупную ступицу винта оживальной формы, плавно переходящую в носовую часть фюзеляжа самолета. На ней должны были жестко крепиться крупные лопасти необычной формы. Именно оригинальные обводы лопастей, как считал А.Я. Деккер, могли привести к желаемому результату.

Лопасти «низкооборотного» воздушного винта должны были иметь малое удлинение при большой длине хорды. Их следовало монтировать под углом к продольной оси ступицы. Лопасть получала аэродинамический профиль с утолщенной носовой честью. Носок лопасти предлагалось делать стреловидным. Законцовка располагалась почти параллельно оси вращения винта, а заднюю кромку предлагалось сделать изогнутой с выступающей концевой частью.

Внутреннее устройство винта и редуктора. Чертеж из патента

Первый проект 1934 года предусматривал использование четырех лопастей. Винт такой конструкции должен был крепиться на валу, отходящем от редуктора с требуемыми характеристиками. Значительная площадь лопастей винта в сочетании с аэродинамическим профилем должны были обеспечить прирост тяги. Таким образом, появлялась возможность получить достаточную тягу при меньших оборотах в сравнении с винтом традиционной конструкции.

Уже после подачи заявки на первый патент А.Я. Деккер провел испытания опытного винта и сделал определенные выводы. В ходе проверки было установлено, что предложенная конструкция имеет определенные минусы. Так, воздушный поток позади винта расходился в стороны, и лишь малая его часть проходила вдоль фюзеляжа. Это приводило к резкому ухудшению эффективности хвостовых рулей. Таким образом, в существующем виде винт Деккера не мог использоваться на практике.

Дальнейшая проработка оригинального воздушного винта привела к появлению обновленной конструкции с рядом важнейших отличий. Именно она стала предметом второго британского и первого американского патента. Интересно, что в документе из США, в отличие от английского, описывался не только винт, но и конструкция его приводов.

Самолет Fokker C.I - подобная машина стала летающей лабораторией для проверки идей А.Я. Деккера. Фото Airwar.ru

Обновленное изделие Low rotation speed propeller должно было иметь в своем составе сразу два соосных воздушных винта противоположного вращения. Передний винт по-прежнему предлагалось строить на основе крупной обтекаемой ступицы. Лопасти заднего винта следовало крепить к цилиндрическому агрегату сопоставимых размеров. Как и в предыдущем проекте, кок переднего винта и кольцо заднего могли выполнять функции носового обтекателя самолета.

Оба винта должны были получать лопасти схожей конструкции, представлявшей собой развитие наработок первого проекта. Вновь следовало использовать значительно изогнутые лопасти малого удлинения, имеющие развитый аэродинамический профиль. Несмотря на стреловидную переднюю кромку, длина профиля увеличивалась по направлению от корня к законцовке, образуя характерный изгиб задней кромки.

Согласно описанию патента, передний винт должен был вращаться против часовой стрелки (при взгляде со стороны пилота), задний – по часовой стрелке. Лопасти винтов следовало монтировать соответствующим образом. Количество лопастей зависело от требуемых характеристик винта. В патенте приводилась конструкция с четырьмя лопастями на каждом винте, тогда как более поздний опытный образец получил большее число плоскостей.

Процесс сборки оригинальных винтов, можно рассмотреть внутренние элементы изделия. Фото Oldmachinepress.com

В американском патенте описывалась конструкция оригинального редуктора, позволявшего передавать крутящий момент с одного двигателя на два винта противоположного вращения. Вал двигателя предлагалось соединять с солнечной шестерней первого (заднего) планетарного контура редуктора. При помощи закрепленного на месте зубчатого венца мощность передавалась на шестерни-сателлиты. Их водило соединялось с валом переднего винта. Этот вал также соединялся с солнечной шестерней второй планетарной передачи. Вращающееся водило ее сателлитов соединялось с полым валом заднего винта. Такая конструкция редуктора позволяла синхронно регулировать скорость вращения винтов, а также обеспечивать их вращение в противоположных направлениях.

По задумке изобретателя, основная тяга должна была создаваться лопастями переднего винта. Задний, в свою очередь, отвечал за правильное перенаправление потоков воздуха и позволял избавиться от негативных эффектов, наблюдавшихся в базовом проекте. После двух соосных винтов поток воздуха проходил вдоль фюзеляжа и должен был нормально обдувать хвостовое оперение с рулями. Для получения таких результатов задний винт мог иметь уменьшенную скорость вращения – около трети оборотов переднего.

Оригинальный винтовой движитель создавался с учетом возможного внедрения в новые проекты авиационной техники, и потому требовалось провести полноценные испытания. В начале 1936 года Адриаан Ян Деккер основал собственную компанию Syndicaat Dekker Octrooien, которой предстояло проверить оригинальный воздушный винт, и – при получении положительных результатов – заняться продвижением этого изобретения в авиационной отрасли.

Готовый винт на самолете. Фото Oldmachinepress.com

В конце марта того же года «Синдикат Деккера» приобрел многоцелевой самолет-биплан Fokker C.I нидерландской постройки. Эта машина с максимальным взлетным весом всего 1255 кг оснащалась бензиновым двигателем BMW IIIa мощностью 185 л.с. Со штатным двухлопастным деревянным винтом она могла развивать скорость до 175 км/ч и подниматься на высоту до 4 км. После определенной перестройки и установки нового воздушного винта биплан должен был стать летающей лабораторией. В апреле 1937 года компания А.Я. Деккера зарегистрировала модернизированный самолет; он получил номер PH-APL.

В ходе перестройки опытный самолет лишился штатного капота и некоторых других деталей. Вместо них в носовой части фюзеляжа поместили оригинальный редуктор и пару «винтов низкой скорости вращения». Передний винт получил шесть лопастей, задний – семь. Основой нового винта стала пара ступиц, собранных из алюминиевого каркаса с обшивкой из того же материала. Лопасти имели схожую конструкцию. В связи с установкой винтов нос машины самым заметным образом изменил свою форму. При этом цилиндрический обтекатель заднего винта не выступал за пределы обшивки фюзеляжа.

Испытания летающей лаборатории с оригинальным винтом стартовали в том же 1937 году. Площадкой для них стал аэродром Ипенберг. Уже на ранних стадиях проверок было установлено, что соосные винты с лопастями малого удлинения действительно могут создавать требуемую тягу. С их помощью машина могла выполнять рулежки и пробежки. Кроме того, с определенного времени испытатели попытались поднять машину в воздух. Известно, что опытный Fokker C.I смог выполнить несколько подлетов, но о полноценном взлете речи не шло.

Вид спереди. Фото Oldmachinepress.com

Испытания опытного самолета позволили выявить как плюсы, так и минусы оригинального проекта. Было установлено, что пара винтов противоположного вращения действительно способна создавать требуемую тягу. При этом винтомоторная группа в сборе отличалась сравнительно малыми размерами. Еще одним преимуществом конструкции был сниженный шум, производимый лопастями малого удлинения.

Впрочем, не обошлось без проблем. Воздушный винт А.Я. Деккера и необходимый ему редуктор отличались от существующих образцов излишней сложностью изготовления и обслуживания. Кроме того, экспериментальный винт, установленный на Fokker C.I, показал недостаточные характеристики тяги. Он позволял самолету двигаться по земле и развивать достаточно высокую скорость, но для полетов его тяга была недостаточна.

По-видимому, испытания продолжались до самого начала сороковых годов, однако за несколько лет так и не привели к реальным результатам. Дальнейшим работам помешала война. В мае 1940 года гитлеровская Германия напала на Нидерланды, и всего через несколько дней опытный самолет с необычными воздушными винтами стал трофеем агрессора. Немецкие специалисты ожидаемо проявили интерес к этой разработке. Вскоре летающую лабораторию отправили на один из аэродромов вблизи Берлина.

Запуск двигателя, винты начали вращение. Кадр из кинохроники

Имеются сведения о проведении некоторых испытаний силами немецких ученых, однако эти проверки достаточно быстро закончились. По некоторым данным, первая же попытка немцев поднять самолет в воздух завершилась аварией. Машину не стали восстанавливать, и на этом смелого проекта закончилась. Единственный самолет, оснащенный винтами типа Low rotation speed propeller, не смог показать себя с лучшей стороны, и потому от оригинальной идеи отказались. В дальнейшем массово использовались только воздушные винты традиционного облика.

Согласно идеям, лежавшим в основе оригинального проекта, особый «Воздушный винт с малой скоростью вращения» должен был стать полноценной альтернативой системам традиционной конструкции. Отличаясь от них некоторой сложностью, он мог иметь преимущества в виде меньших габаритов, сниженных оборотов и сокращенной шумности. Тем не менее, конкурентной борьбы не вышло. Разработка А.Я. Деккера даже не смогла пройти весь цикл испытаний.

Возможно, по мере дальнейшего развития оригинальные воздушные винты смогли бы показать желаемые характеристики и найти применение в тех или иных проектах авиационной техники. Тем не менее, продолжение работ замедлялось в связи с различными проблемами и обстоятельствами, а в мае 1940 года проект был остановлен из-за нападения Германии. После этого необычная идея окончательно осталась без будущего. В дальнейшем в разных странах вновь прорабатывались перспективные конструкции воздушных винтов, но прямые аналоги системы Адриаана Яна Деккера не создавались.

По материалам:
https://oldmachinepress.com/
http://anyskin.tumblr.com/
http://hdekker.info/
http://strangernn.livejournal.com/
https://google.com/patents/US2186064

полете самолет все время преодолевает сопротивле­ние воздуха. Эту работу выполняет его силовая уста­новка, состоящая либо из поршневого двигателя внут­реннего сгорания и воздушного винта, либо из реактив­ного двигателя. Мы кратко расскажем только о воздуш­ном винте.

С воздушным винтом каждый из нас знаком с дет­ства.

В деревнях ребята часто устанавливают на воротах двухлопастную ветрянку, которая при ветре вращается так быстро, что лопасти ее сливаются в сплошной круг. Ветрянка и есть простейший винт. Если насадить такой винт на ось, сильно закрутить между ладонями и вы­пустить, то он с жужжанием полетит вверх.

Воздушный винт самолета насаживается на вал дви­гателя. При вращении винта лопасти набегают на воз­дух под некоторым углом атаки и отбрасывают его назад, благодаря чему, как бы отталкиваясь от воздуха, стре­мятся двигаться вперед. Таким образом, при вращении воздушный винт развивает аэродинамическую силу, на­правленную вдоль оси винта. Эта сила тянет самолет вперед и поэтому называется силой тяги.

Воздушный винт может иметь две, три или четыре лопасти. Профиль (сечение) лопасти подобен профилю крыла.

В работе по созданию силы тяги большую роль иг­рают шаг воздушного винта и угол установки лопасти к плоскости вращения.

Шагом воздушного винта называют расстояние, ко­торое винт должен был бы пройти за один свой полный оборот, если бы он ввинчивался в воздух, как болт в гайку. В действительности же при полете самолета воздушный винт из-за малой плотности воздуха продви­гается на несколько меньшее расстояние.

Шаг воздушного винта получается тем больше, чем больше угол установки лопасти к плоскости вращения (рис. 17, а).

Таким образом, винт с большим углом установки ло­пастей быстрее «шагает», чем винт с малым углом уста­новки (подобно тому как болт с крупной резьбой быст­рее ввинчивается в гайку, чем болт с мелкой резьбой). Следовательно, винт с большим шагом нужен для боль­шой скорости полета, а с малым шагом - для малой скорости.

Работа лопастей воздушного винта подобна работе крыла. Но движение винта сложнее. В отличие от крыла лопасти винта в полете не только движутся вперед, но еще и вращаются при этом. Эти движения складываются, и поэтому лопасти винта движутся в полете по некото­рой винтовой линии (рис. 17, б). Посмотрим, как возни­кает сила тяги воздушного винта.

Для этого выделим на каждой лопасти маленький элемент, ограниченный двумя сечениями (рис. 17, а). Его можно считать за маленькое крыло, которое в полете движется по винтовой линии, набегая на воздух под не­которым углом атаки. Следовательно, элемент лопасти, подобно крылу самолета, создаст аэродинамическую силу Р. Эту силу мы можем разложить на две силы - параллельно оси винта и перпендикулярно к ней. Сила,

Направленная вперед, и будет силой тяги элемента ло­пасти, вторая же, маленькая сила, направленная против вращения винта, будет тормозящей силой.

Элементарные силы тяги обеих лопастей в сумме дадут силу тяги Т всего винта, как бы прилаженную к его оси. Тормозящие силы преодолевает двигатель.

Сила тяги винта очень сильно зависит от скорости полета. С увеличением скорости она уменьшается. По­чему это происходит и какое имеет значение для по­лета?

Когда самолет стоит на земле и силовая установка работает, то лопасти винта имеют только одну скорость - окружную (рис. 17, а). Значит, воздух набегает на ло­пасть по направлению стрелки В, показанной в плоскости вращения винта. Угол между этой стрелкой и хордой про­филя лопасти будет, очевидно, углом атаки. Как видим, при неподвижном воздухе он равен углу установки ло­пасти к плоскости вращения. Иначе получается в полете, когда, кроме вращательного движения, винт движется еще и вперед (вместе с самолетом).

В полете эти движения складываются, и в результате лопасть движется по винтовой линии (рис. 17, б). По­этому воздух набегает на лопасть по направлению стрелки В1, и угол между ней и хордой профиля будет углом атаки. Вы видите, что угол атаки стал меньше угла установки. И чем больше будет скорость полета, тем меньше станут углы атаки лопастей, а поэтому тем меньше станет и сила тяги (при неизменном числе оборо­тов винта).

Этот недостаток в особенности присущ простому винту, у которого угол установки лопастей, а тем самым и шаг винта, нельзя изменять в полете (простой винт имеет и другие недостатки). Гораздо более совершенен винт из­меняемого шага (рис. 18). Такой винт благодаря особому устройству втулки без участия летчика изменяет свой шаг. Когда летчик уменьшает скорость полета, шаг винта тотчас же уменьшается, когда же летчик увеличивает скорость, винт увеличивает шаг.