Tvar rotorových listů

[Woita]

... Jen takové zamyšlení při sobotě:

Dneska jsem byl polítat s helikoptérou, a teď sedím u stolu a před sebou mám náhodou jednu větší vrtuli na letadlo. A napadlo mě, proč vlastně helikoptéry mají listy ve tvaru takových prken, a vrtule pro letadla mají proměnlivý úhel (a profil, a tvar), aby odpovídalo stoupání podél celé délky listů = vyladěné na co nejlepší účinnost.

Pročpak se nedělají takové lepší listy pro heliny? (Samosebou pro invertovaný let by byly nanic, ale pro let kolečkama dolů by takové listy musely být o mnoho lepší, ne?) Přitom se pro heli dělají polosouměrné profily, právě pro let v normální poloze - sám takové mám (Blattschmied - profil připomíná profil křídla letadla), a je pravda, že stačí nižší otáčky a navíc to šetří baterky a má to pěkný zvuk.

Pouhým selským rozumem, listy na heliny ve tvaru prkýnek, které všichni používáme, se musí při otáčení kroutit jako když se ždíme prádlo. Jejich stoupání se opravdu hodně (několikanásobně) mění podél průměru rotoru. Ty krouticí síly musí být děsivé.

Mám cukatůru zkusit urobit listy z velké letecké vrtule.

[RCdrakula]

Jenže rotor vrtulníku není vrtule, ale spíš křídla. Si teda myslím. Jak by se to chovalo v dopředném letu?

[Woita]

No právě, rotor jsou křídla. Jenže každý bod těchto "křídel" je obtékaný vzduchem o jiné rychlosti (a to podstaně jiné, reálně je rozdíl v rychlosti u středu a na konci minimálně 10-ti násobný - viz snadný výpočet obvodové rychlosti jako funkce průměru). Proto by se měl profil měnit podél délky těchto křídel. A vrtule letadla to je taky takové křídlo. Všechno na stejném principu vztlaku při obtékání tělesa vzduchem.
Kolem vrtule proudí vzduch různou rychlostí vzhledem k průměru, proto má podél své délky různý úhel toho zkroucení (aby odpovídalo stoupání, protože celá vrtule letí stejnou rychlostí kupředu). Křídlo letadla má po celé své délce stejný profil, protože každý jeho bod letí vzduchem stejnou rychlostí. A rotor helikoptéry je v tomto stejný jako vrtule letadla. Uprostřed se pohybuje ve vzduchu pomalu, na koncích rychle.
Při dopředném letu by se to pohybovalo dobře, jako akrobatické letadlo, když visí na vrtuli a pak při náklonu začne letět kupředu. Stejně jako vrtulník. Tak je rozdíl mezi helikoptérou a letadlem téměř setřený.
Kdyby letadla měla vrtule jako prkýnka, to by asi nebylo moc fajn, že? Ale u helikoptér to nikomu zdá se nevadí... To už Archimédes měl lepší vrtule než my dneska na našich hi-end: helinách

Už jsem byl v garáži se podívat, jaké mám zlámané zbytky vrtulí. Našel jsem pár 24" a 22" vrtulí, co mají zlomený jeden list, ale ani dva stejné kusy jsem nenašel. Já snad budu muset kvůli pokusu nějakou vrtuli koupit
Taková 24" by pasovala na 450 helinu jako ulitá.

P.S. Jestli dobře odhaduju, tak u středu křídel se rychlost pohybuje okolo 20 km/hod, ve čtvrtině průměru 50km/hod, v polovine 150km/hod., ve 3/4 průměru 150 km/hod. a na špičce cca 200 km/hod.
Je jasné, že křídlo pro 20 km/hod. musí vypadat jinak než pro 200 km/hod. Je to tak?

A i pro 3D listy, kde profil musí zůstat souměrný (kvůli invertu), proč aspoň ten profil a půdorys se nemění?

Mimochodem, před lety jsem si vyráběl pro malou helinu třídy 120 listy z papíru s uhlíkovým nosníkem. Nelítalo to špatně. Zde je předloha na list papíru A4, ze které jsem stříhal listy (z tvrdšího papíru, jako je na vizitkách):

Takhle to vypadalo v reálu (a myslím že i na třídu 450 by ty papírové listy fungovaly, a stojí tak 1,50 Kč/kus ) jestli se vyhecuju tak je udělám. Papír je sci-fi materiál!

[dagx]

Pokud by Tvá ůvaha měla nějaký význam, měly by takové listy i skutečné vrtulníky nebo rc heli makety. Srovnání pohybu letadla vysícího na vrtuli mi nepřipadá vůbec srovnatelné. Rozdíly se začnou projevovat se zvýšením rychlosti pohybu nějakým směrem. Další věc je vyrovnávací rotor. Jakým způsobem docílíš stabilní vrtulky když bude změna výšky regulovaná změnou otáček? Pokud bude rotor pevný.Jestli chceš využít naklápění listů,jak zjistíš jak se ve kterém ůhlu chovají? To jsou zas moje ůvahy,počkej až se ozvou odborníci

[dudaj]

představ si vrtuli, kterou by jsi potlačil . V určitém sklonění by konec listu tlačil dolu a začátek (u středu) by ještě táhnul nahoru . A teď si k tomu představ, že ten list při každé otočce mávne - dle nastavení cykliky . Nebyla by to sranda .

[Leon]

. . dovolím si přihodit drobnou myšlénku. Vrtule aeroplánu mimo rotačního pohybu vykonává ( pokud éro nestojí) dopředný pohyb. Takže vrtule
pevná je navržena např na max účinnost pro rychlost cestovní. A aby byla účinná ve větším rychlostním rozsahu tak se dělají jako stavitelné.
Ale rotor ke svému rotačnímu pohybu vlastně vykonává pohyb "boční" , kolmý na osu otáčení. Takže jde při součtu oněch dvou pohybů o úplně něco jiného, než u vrtule. V těch souvislostech se hovoří o součtech vektorů.Nejsem vrtulnikář, ale co se týče součtu těch rychlostí u rotoru, tak se musí u nich řešit rozdíl v rychlosti (a tím i vztlaku) na listu postupujícím a ustupujícím. V půdorysu to odborníci snad nazývají kývání. A snad i z tohoto důvodu má dopředná rychlost vrtulníků své omezení . .
JInak symetrický profil uchycený v 25% hloubky nevykazuje kroutící momenty = síly. Se změnou úhlu náběhu se mění jen vztlak.
To jsem si i ověřil když jsem stavěl kachnu na 6,5ccm kdysi. Trubku od kachní plochy jsem měl v ruce, můj mladej jel devadesát a já měl pazouru celou venku a hrál si . . .
zdar vespolek
L

[dudaj]

nejde o to , jak list proniká bokem . Coptera lítá taky v pohodě . Jde o to, že helina se řídí cyklikou a kolektivem . A tam není možný použít vrtulový list .

[guchar]

Vrtule vs křídlo
U obou musí být rozdílná rychlost obtékání na protilehlé straně. Jinak by nefungovaly.
Proto máme kategorie strojů s PEVNÝM křídlem a (vrtulníky) s křídlem ROTUJÍCÍM
Malinko OT
Jestli dobře pamatuji historii lodního šroubu, tak navržený "ŠNEK" (mlýnku na maso),
se při zkušební jízdě někomu "očesal". A hle jeho zbylé "trosky" fungovaly. Dokonce i lépe.
Josef Ressel-Archimedes spirála. Roku 1829 21 m dlouhý parníček Civetta, porucha parní stroj
(Francouz Louis Frédéric Sauvage, Angličan Francis Pettit Smith,
John Stevens, David Bushell, Robert Fulton místo vzadu před kormidlem ponorka, ruční pohon)
Zvyšování účinnosti lodního šroub
" ... Při pokusné plavbě se většina dřevěného lodního šroubu ulomila,
a hle, loď plula rychleji.
Zkrácený šroub, téměř totožný s Resslovým, obdržel v Anglii patent a brzy poté s ním
vyplul na moře úspěšný parník Archimedes..."
Sir Francis Pettit (1808–1874)
"... The Archimedean screw had long been used as a pump and there had been many
proposals going back to at least the seventeenth century for its use in driving a ship.
There had been a considerable number of full-scale demonstrations of full-size propellers,
notably one by Shorter in 1802, which was manually turned, though the inventor
pointed out that a steam engine would be desirable. The novel and difficult achievement
by Smith was the integration of a steam engine and a propeller with a driveshaft
which would accept the thrust from the propeller
while remaining watertight where it passed through the hull..."
- BYLI TO VELIKÁNI, A JÁ JSEM RÁD, ŽE I S PLACATÝMI ROTORY MJX heli lítaj.
- Ostatně u kvadrokoptér jsou to už víc vrtule visícího AERODYNU než heli rotory.

[Woita]

No pravda je, že i u vrtulníku, který v invertu nelétá, se občas použije nulový úhel listů (možná i lehce záporný, nař. při klesání). A v případě vrtulového profilu by pak špička listu měla dosti záporný úhel, zatímco u kořene stále ještě kladný. A při řízení cyklikou by se toto navíc měnilo v průběhu otáčky. To by mohl být problém...

[Leon]

dudaj - nejde o to , jak list proniká bokem . . .
jasné, beru, jsem zhejčkanej vejškovkama
L

[Troll]

Skutečné vrtulníky mají listy zkroucené podobně jako vrtule. Ze stejného důvodu jako jsou zkroucené vrtule. A zjevně to funguje docela dobře. To jenom modely mají prkna . A mají je z důvodu ceny výroby a taky proto, že většina vrtulníkářů létá i i kolečkama vzhůru .( Při letu kolečkama vzhůru by list optimalizovaný na vztlak fungoval velmi špatně.) A ti, kteří ještě kolečkama vzhůru nelétají, to v budoucnu pravděpodobně aspoň hodlají zkusit . No a pro ty kteří kolečkama vzhůru nelétají a ani nehodlají, se ty komplikovanější ( rozuměj dražší) listy nevyplatí dělat.
Dost mne zaujalo několik zde vyslovených zajímavých názorů , například nechápu proč by řízení cyklikou nefungovalo když je použit list vrtulový . .
Jinak jen pro maličké rozšíření obzorů, list může být zkroucen geometricky - pak má jiný úhel nastavení u kořene a na konci . To je to vrtulové zkroucení. A taky může být zkroucen aerodynamicky- to se pak použije rozdílný profil u kořene a na konci. Opravdické vrtulníky mají na rotoru použity obě metody aby se z listu dalo vyždímat co nejvíce vztlaku a nejméně odporu . Kromě jiných dalších žádoucích vlastností.

[Woita]

Ano, jsou zkroucené, pdobně jako letecké vrtule:
https://www.google.com/search?q=helicop ... d-CuFqF01M:

[dudaj]

Dost mne zaujalo několik zde vyslovených zajímavých názorů , například nechápu proč by řízení cyklikou nefungovalo když je použit list vrtulový . .
.

No psal jsem to, takže upřímně nechápu co nechápeš .
To že je u velkých helin list optimalizovaný a překroucený neznamená že stejně jako u vrtule . Prostě někdo přesně propočítal, co si může dovolit s ohledem na kolektivní a cyklické řízení .
Řada věcí na modelech nefunguje a na dospělých strojích ano - to je normální .
Takže tohle porovnávat nelze .A výkony jsou taky naprosto rozdílné .
Výroba překrouceného listu je stejně náročná jako rovného . Vše se dělá do forem a je to fakt jedno .
Abys celou situaci pochopil, bylo by nejlepší si list namodelovat v nějakém modeláři a graficky za pomoci spirál o různých průměrech list překroutit na stejné stoupání po celém profilu . Pak si list naklop o 12° nahoru a za pomoci spirál porovnej stoupání . A potom to samé s náklonem dolů cca na -10° a znovu porovnej stoupání se spirálami . Bavíme se stále o modelech .
Pokud máš dospělý heliny v malíčku tak sem napiš úhly, běžného rozsahu cykliky a kolektivu . U modelů je to plus minus 6 ° cyklika a -+ 10 až taky 12 ° kolektiv . Myslím, že u dospělejch to bude míň . Pak by to vysvětlovalo u rozdílnej přístup .

[blesk]

Kolega má do značné míry předělanou stařičkou HeliBaby, na elektriku, bezpádlo, "dvoumotorové uspořádní (ocas má klasické řízení, ale svůj motor) " atd, a má doma dělané listy, jsou lichoběžníkové, s mírným negativem. Funguje mu to perfektně, je to obratné, relativně účinné, samosebou že s tím nelítá akrobačku, ale na maketové lítání je to super.

[dudaj]

jsou lichoběžníkové, s mírným negativem. Funguje mu to perfektně, je to obratné, relativně účinné, samosebou že s tím nelítá akrobačku, ale na maketové lítání je to super.

s tím samozřejmě souhlas . Ale musí to být trochu a malé výchylky . Ale jde taky o porovnání , co mu to přineslo proti běžným kvalitním listům . Klidně bych se vsadil, že naprosto nic . Tady jsou naprosto zanedbatelné úspory . Mnohem větší se projeví v rozumné zátěži motoru a váze heliny . Řada dnešních helin jsou lítající cihly . Maketový trupy vážej taky hrozně moc . A v těchto souvislostech řešit překroucení listu ? Optimalizovat se to dá pouze pro jedno nastavení úhlu listu . Takže pokud dospělá helina letí hodinu v jednom režimu a pět minut stoupá a klesá, tak to asi význam má . U modelu to význam nemá . Jedině v případě že člověk vše odlétá v kruhu v jedné výšce a stejnou rychlostí . V opačném případě je to zbytečnost .

zkusil jsem si to namodelovat .
Pokud list překroutím o cca 5,8 ° u kořene , tak pro zachování stejného stoupání je na konci 0,6° . Jakmile naklopím list o 5° nahoru, tak u kořene má 10,8° , a na konci cca 5,6° . Ale pro zachování stoupání by měl mít 1,2° na konci. Takže efekt překroucení dost mizí. Když k tomu přičtu rychlost proudění vzduchu kolem listu , kde na konci je největší a ke kořenu klesá k nule, tak kde je výhoda překroucení? Ale jakmile jdu do záporného úhlu - při klesání , tak u kořene je třeba -2° a na konci +3°.
Ve větru to moc rychle klesat nebude, ale co dělá vzduch kolem rotoru ? ke středu je tlačen nahoru a na konci stále dolu . Takže efektivita nula a pouze zvětšený odpor vzduchu . Takže můj závěr:
pokud překroutím takto málo list , tak mírný stoupavý let bude prakticky se stejnou účinností jako kdyby list byl rovnej.
Při razantním stoupání se rozdíl smaže úplně.
Při vodorovném letu se mírně účinnost vylepší , proti rovným listům .
Při klesání se účinnost razantně zhorší .
Při strmém klesání a letu, kdy mne trvale přizvedává vítr a já musím hodně potlačovat kolektiv je vše mnohem horší .

Takže výhody pro model nejsou naprosto žádné . Nevýhod řada - nemohu invert a účinnost jsem v průměrném letu nezlepšil .