Rada pri výbere vrtule

[paicreat]

Zdravím páni, potrebujem poradiť pri výbere vrtule na trochu nevšedný účel. V prvom rade vás chcem poprosiť aby ste moc neriešili načo to potrebujem pretože táto téma je na fórach príčinou hádok urážok a výsmechov. Pôvodne som si chcel vymyslieť niečo iné aby sme sa vyhli zbytočným konšpiračným teóriám ale požiadavky na vrtulu v zariadení sú tak špecifické že sa tomu nevyhnem. Nechcem sa hrať na supertajného inžiniera ale projekt má tolko odporcov ktorý stále dookola tvrdia že to nemôže fungovať a určite sa nájdu aj tu, že už ma nebaví sa stále dookola hádať oničom a vopred upozorňujem že na také príspevky vôbec nebudem reagovať. Keď niekto bude mať záujem a nie len prázdne reči a argumenty opierajúce sa o 200 rokov staré poučky rád odpoviem na akékolvek otázky.

Aby som sa mohol s vami poradiť musím trochu popísať konštrukciu. Jedná sa o uzavretý tunel v ktorom je elektromotor a na ňom vrtula. Vrtula ženie vzduch ktorý naráža na lopatky umiestnené na stene bubna a tým sa celý bubon otáča okolo stojanu. Proste niečo ako nafukovacie koleso na plávanie vo vnútri ktorého je vrtulka a lopatky. V strede nieje diera na sedenie ale je plný napichnutý na stojan okolo ktorého sa točí.

Na správnu funkčnosť potrebuje vysoké otáčky a tu je problém. Skúšali sme rôzne vrtule rôznych tvarov letecké a aj napríklad z chladičov áut ale žiadna nedokáže vzduch vo vnútri bubna rozbehnúť na potrebnú rýchlosť zhruba 80 m/s. Vrtula môže mať priemer max 50 cm a poháňa ju zatial striedavý 1 kw motor HACKER napájaný 60A/24V 1600 W spínavým zdrojom.
Preto by som od vás chcel radu akú vrtulu a prípadne aj motor použiť aby som dosiahol požadovanú rýchlosť vzduchu v tuneli? Asi ideálne by bolo dúchadlo alebo niečo na spôsob turbíny len nič podobných rozmerov neviem zohnať.
Ďakujem za rady

[JMalik]

Podobné zařízení je větrný tunel pro nácvik akrobacie v para. Teď je to myslím už i u nás, já jsem na to jezdil ještě do Německa. Rychlost proudění se tam pohybuje bezpečně nad 150km/h, pohon je vrtulí. Na průměru cca 4m to potřebuje příkon cca 2MW (jsou tam nějaké ztráty na usměrňovacích lopatkách a na bezpečnostní síti, ale i tak si udělej představu o potřebném příkonu).
Takže vrtulí není problém vyvinout tu rychlost proudění co požaduješ.

[Abu]

Velmi velmi zhruba spocitane to vychazi tak, ze potrebujes dvoulistou vrtuli o prumeru 20 palcu, stoupani 20 palcu roztocenou na 10tis otacek a k tomu bude potreba vykon na hrideli asi 16kW. Takze 1kW motor to opravdu nezavladne.

[paicreat]

Som si vedomý toho že použitý motor je slabý. No ďalšia vec ktorú treba zohladniť je že v tunely vzniká ako sme to mi nazvali "cyklónový efekt". Tým že prúdiaci vzduch sa vracia a naráža na listy vrtule znižujú sa nároky na výkon motora a klesá aj vstupný prúd. Pri 6 listej vrtuli z chladiča auta nám vstupný prúd do motora klesol zo 400 na 320 W. Ale stále nedokážeme dosiahnuť potrebnú rýchlosť vzduchu a tým ani otáčky celého bubna kôli tomu že použité vrtule strácajú účinnosť už pri 400 W a letecká vrtula je aerodynamicky skrútená tak aby dávala čo najväčší ťah a tým pádom nevie využívať ani cyklónový efekt. Potrebujem nájsť nejaký kompromis medzi leteckou vrtulou a vrtulou z chladiču auta aby dokázala hnať velké množstvo vzduchu pri vysokých otáčkach vysokou rýchlosťou a zároveň využívať cyklónový efekt.

[TomasC]

Vrtule je zkroucená správně i pro tvoje maření energie.

Jde o to, že vzduch nabíhá na list pod úhlem, který je daný vektorovým součtem (17. století) z rychlosti listu vrtule a rychlosti proudícího vzduchu.

[paicreat]

Vrtule je zkroucená správně i pro tvoje maření energie.

Jde o to, že vzduch nabíhá na list pod úhlem, který je daný vektorovým součtem (17. století) z rychlosti listu vrtule a rychlosti proudícího vzduchu.

Ano ale to platí pre otvorený tunel prípadne veternú elektráreň alebo lietadlo nech sa to lahšie chápe. Uzavretý tunel je vec na ktorú sa nevzťahujú poučky ani vzorce a v praxi viem dokázať že napriklad takáto vrtula http://www.bvm.cz/fotocache/bigorig/chl ... r_Liaz.jpg
má mimo tunela pri 400 W príkone napríklad 1000 otáčok za minútu ale v tuneli má pri takých istých alebo možno aj trochu vyšších otáčkach príkon len 300 W. Letecká vrtula má príkon + - taký istý či je alebo neni v tuneli práve preto že nedokáže využívať cyklónový efekt kôli aerodynamickému skrúteniu listov.

[Abu]

Jednak nikde napises jake parametry mela ta testovana "letecka" vrtule (prumer a hlavne stoupani).
A druhak, pokud ten "cyklonovy efekt" dokaze snizit potrebny vykon o 25%, tak ti porad chybi nejakych 10kW. Proste abys urychlil hodne vzduchu na 80m/s tak tu vrtuli musis HODNE ROZTOCIT. A na to potrebujes hodne wattu.
Najdi si vzorecky pro vypocet "air speed" v zavislosti na geometrii vrtule a otackach.

[TomasC]

Samozřejmě tě nepřemlouvám, tvoje věc.

Ale asi bych dokázal najít graf, kde je vidět, jak klesá příkon do vrtule, když moje letadlo zrychluje z 0 na 300km/h. (a tedy se vrtule pohybuje ve urychleném proudu vzduchu 80m/s)

Pro tvojí informaci: vrtule průměr 12cm a točí se přes 42,000,- otáček za minutu. Na to je třeba příkon přes 800W.

[VTjr]

Uzavretý tunel je vec na ktorú sa nevzťahujú poučky ani vzorce

Blbosť, všetko platí , len trochu inak ako v otvorenom priestore. V tuneli (alebo presnejšie v tesnom prstenci) je ta teória vrtulí dokonca o niečo jednoduchšia a je vcelku dobre prebádaná.

a v praxi viem dokázať že napriklad takáto vrtula http://www.bvm.cz/fotocache/bigorig/chl ... r_Liaz.jpg
má mimo tunela pri 400 W príkone napríklad 1000 otáčok za minútu ale v tuneli má pri takých istých alebo možno aj trochu vyšších otáčkach príkon len 300 W. Letecká vrtula má príkon + - taký istý či je alebo neni v tuneli práve preto že nedokáže využívať cyklónový efekt kôli aerodynamickému skrúteniu listov.

No, je to absolůtne v poriadku a prirodzene v súlade s teóriou. Je to dané tým, že konce listov pohybujúce sa v prstenci nemajú tak veľký indukovaný odpor, lebo cez úzku špáru medzi koncami listov a prstencom neprúdi toľko víriaceho sa vzduchu a čím je ta špára tenšia, tým je to lepšie.

Ak sa chceš dopracovať k nejakej rýchlosti průdu vzduchu v tuneli, tak musíš uvažovať so stúpaním vrtule a otáčkami. Rýchlosť potom vypočítaš ako súčin stúpania a otáčok. Ak bude stúpanie v metroch a otáčky za sekundu, potom dostaneš teoretickú rýchlost prúdu v m/s.
Skutočná bude menšia, pretože krútiaca vrtuľa ho bude stáčať do víru (to je asi to, čomu ty hovoríš cyklónový efekt, ale ten je vlastne na škodu a treba ho eliminovať). Aby sa to eliminovalo, musía sa za tú vrtuľu umiestniť zahnuté statické lopatky, ktoré budú natočené do opačného uhla proti prúdu rotujúceho vzduchu a mali by mať zaoblený tvar (ako také polotrubky).
No a keď toto budeš mať, tak to už máš vlastne nie vrtuľu, ale jednostupňovú axiálnu turbínu.
Tá turbína potom môže byť aj viacstupňová. Lenže v každom ďalšom stupni musíš plynule zmenšovať priemer tunela a jej vrtule (obežného kolesa) a zároveň zvyšovať stúpanie jej listov (lopatiek) - prúd vzduchu sa tak v každom stupni plynule urýchľuje aj napriek tomu, že obidva stupne máš na jednom hriadeli a točia sa rovnakými otáčkami. Prispieva tomu jednak rovnica kontinuity (S.v=const, kde "S" je plocha daného prierezu tunela a "v" je rýchlost průdiacej tekutiny, v tomto prípade vzduchu, v danom priereze) a spolu s tým zvyšujúce sa stúpanie lopatiek ďalších stupňov.
Ale neviem, či by nebolo lepšie použiť namiesto axiálnej turbíny radšej radiálnu. Také koleso by sa iste dalo zohnať z nejakého starého priemyselného ventilátora či odsávača.

Ale, ako už napísali ostatní, vždy bude problém dosiahnuť dostatočné otáčky a k tomu bude potrebný dostatočný výkon motora. To ničím neobabreš Skús si spočítat hmotnosť vzduchu, ktorú potrebuješ na malom úseku v mieste vrtule (obežných koleis turbíny) urýchliť z 0 na 80 km/h. A ešte k tomu musíš prekonať kadejaký škodlivý odpor jednak trenia listov o vzduch, indukovaný odpor a trenia vzduchu o steny tunela, turbulentný odpor a pod.
Ver mi, že urobiť v tuneli rýchly laminárny průd vzduchu je hotová veda. Keby to tak nebolo, tak by každý z nás mohol mať vo svojej dielničke aerodynamický tunel

[paicreat]

Vrtule sme testovali rôzne rôznych rozmerov čo si pamätám tak drevená Fiala 14x10 potom plastová 16x2 a ešte nejaké APC a v podstate všetky majú hranicu niekde okolo 400-600 W otáčky bohužial neviem aké majú keďže by sa to dosť problematicky meralo a prístroj na to nemáme. Poznáme len otáčky bubna ktoré sa zastavia vždy na 100-150 podla použitej leteckej vrtule. Po dosiahnutí týchto otáčok pri príkone 400W môžeme zvyšovať príkon aj na 1kw ale otáčky sa menia len minimálne - vrtula stráca účinnosť + nedokážeme využívať cyklónový efekt. Rozmýšlali sme nad tvarom listu vrtule aký má RC vrtulník čiže symetrický profil bez aerodynamického skrútenia. Keď vrtulník dokáže využívať autorotáciu mal by dokázať využiť aj cyklónový efekt čo je v podstate to isté. Otázka je teraz kolko listov ale hlavne aké stúpanie pre dosiahnutie najvyššej rýchlosti vzduchu.

[paicreat]

To:VTjr
Cyklónovým efektom nazývam to keď sa vzduch v tuneli - uzavretom prstenci vracia a naráža na listy vrtule a tým ju roztáča. Indukovaný odpor určite funguje ale medzera medzi koncami listov a stenou tunela bola v oboch prípadoch rovnaká (dosť velká) a indukovaný odpor je pri takej diere zanedbatelný. Spraviť to ako axiálnu turbínu je problém pretože tunel sa otáča okolo vrtule - vrtula v ňom nieje pevne uchytená. Je na ramene pripevnenom na stojane a na vnútornej stene tunela je drážka cez ktorú je rameno prestrčené. Radiálna by bola ideálna len je naozaj problém zohnať taký ventiláror. A nikde som nenapísal že použitý motor bude stačiť ale aj tak ďakujem za velmi poučný komentár

[cilek]

Keď vrtulník dokáže využívať autorotáciu mal by dokázať využiť aj cyklónový efekt čo je v podstate to isté.

Takže autorotace je v podstatě cyklónový efekt? To jsem doteď nevěděl. Člověk se učí celý život.

[TomasC]

Ale indukovaný odpor je něco jiného než si představuješ. V tvé aplikaci je indukovaný NAOPAK největší.

A ohledně "cyklónového efektu" je to stejný případ, jako když prostě letí letadlo. Vrtule se v tom případě pohybuje již proudícím vzduchem. Pokud by jsi ji zastavil, tak do ní bude narážet proud vzduchu a roztáčet vrtuli.

[paicreat]

Takže autorotace je v podstatě cyklónový efekt? To jsem doteď nevěděl. Člověk se učí celý život.

V podstate áno len na vertikále. Zo spodu nabiehajúci vzduch roztáča rotor vrtulníku.

[paicreat]

Ale indukovaný odpor je něco jiného než si představuješ. V tvé aplikaci je indukovaný NAOPAK největší.

A ohledně "cyklónového efektu" je to stejný případ, jako když prostě letí letadlo. Vrtule se v tom případě pohybuje již proudícím vzduchem. Pokud by jsi ji zastavil, tak do ní bude narážet proud vzduchu a roztáčet vrtuli.

Aha tak som sa sekol no nevadí.. a áno správne, cyklónový efekt je to ako keď letí lietadlo a nabiehajúci vzduchu mu roztáča vrtulu žiadna veda.