Денис! Теория винта - вещь интересная и неоднозначная, но здесь ее всю не описать! А ближе к практике! Конкретно к похожему случаю! СЛА, крейсерская скорость 100 - 140 км/ч, 3400 об/мин, диаметр 1.37 м (из условия невозможности трансзвуковых скоростей на концах лопасти), двухлопастной винт (наименьшая величина покрытия), задан шаг - постоянная величина вдоль радиуса (выбран из статистики по аналогичным двигателям и самолетам). Получены: ширина лопасти и толщина по сечениям.
(Хотя шаг, наверное, можно было бы и посчитать для прикидки).
Вопрос: как двигать и в какую сторону параметры винта, чтобы получить серию, из которой можно было бы выбрать оптимальный?
А Cy у профиля винта, наверное все таки, около 1, угол атаки обычно 3-5 градусов.
Волнует еще и вопрос прочности - сосна - все таки мягкое дерево,
при максимальной ширине лопасти 98.64 мм и диаметре 1.37м получается относительная ширина 0.072, а должно быть не менее 0.09, наверное, без стеклоткани не обойтись!
То, что я пока написал не теория, а практика. До теории мы здесь не дойдем, потому что тогда никакого форума не хватит.
Что вы понимаете под постоянством шага вдоль радиуса? В предыдущем посте я попробовал описать как сильно меняются условия работы сечения лопасти на разных радиусах и разных режимах полета. Это приводит к необходимости непрерывного изменнеия профиля по радиусу, а также нахождения оптимальной геометрической крутки, кторая в конечном результате дает непостоянный геометрический шаг. Решить эту задачу возможно только путем последовательных приближений и большого объема испытаний.
По этой причине проститесь с мыслью самостоятельно разработать винт с нуля.
При подборе винта к самолету единственный путь, позволяющий относительно быстро получить хороший результат - использование известных серий винтов. В двухтомном РДК СЛА, изданном в Новосибирске, приведены характеристики двух подходящих серий деревянных винтов - ЦАГИ СДВ-1 и английских РАФ. Эти данные, в свою очередь, взяты из книги Кравца "Храктеристики воздушных винтов" 1939 года.
Для малонагруженных высокооборотных винтов вне конкуренции серия СДВ-1, именно ее мы используем для моторов Фольксваген Жук.
Отмечу, что за прошедшей с той поры время никакого существенного прогресса в этой области не случилось, также как для легких самолетов не удалось превзойти классические деревянные винты по совокупности характеристик ни металлическими, ни композитными винтами. Немецкий конструктор Герд Мюльбауэр (MT-Propeller) с гордостью заявляет, что использует классические винтовые серии 30-х годов прошлого столетия, а Его Величество Дерево называет не иначе как "природный композит".
Винтовая серия строится из винтов с одинаковой лопастью, но разным углом установки (шагом). Для каждого из этих винтов в испутаниях определяют коэффициенты мощности и КПД для каждого значения J=V/nD. Полученные кривые строят на общем графике. Имея такой график, можно определить диаметр и шаг винта данной серии, подходящий для данного мотора и самолета.
Сама по себе работа по выбору винта из серии также достаточна сложна и требует большого объема вычислений, а также знания кривой потребной мощности ЛА (из аэродинамическогорасчета или испытаний) и внешней характеристики двигателя. В прошлом, когда не было кормпьютеров, эту работу пытались упростить путем построения специальных номограмм, привязанных к к конкретным сериям винтов. Побдбор винта упрощается, если изщвестны результаты применения винтов данной серии, с данным мотором на самолетах с близкими характеристиками. Например, если это американские винты Sensenich с моторами Континентал и Лайкоминг.
В нашем случае однозначно придется считать и готовиться к изготовлению 2-3 винтов. Однако, результат будет достоин затраченного труда.
Поэтому начните со знакомства с серией винтов СДВ-1. Для того, чтобы использовать испутанную серию винтов, нужно иметь семейство винтовых кривых по результатам испытаний и данные по геометрии лопасти, которые включают в себя распределение хорды, толщины и крутки по радиусу , а также координаты дужек профиля. Все эти данные есть в вышеназванных первоисточниках. После определения диаметра и шага, на основании геометрических данных строят чертеж будущего винта и на его основе делают шаблоны сечений.
В рассматриваемых винтах используются профили одной серии (ЦАГИ ВС-2 для СДВ-1), но переменной по размаху толщины. Вмесите с толщиной изменяется и относительная кривизна профиля, а с ней вместе и угол нулевой подъемной силы. Характеристики серий профилей ВС-2 и Clark-Y в таком диапазоне толщин даны в книге Чумака и Кривокрысенко "проектирнование сверхлегких самолетов", там можно увидеть насколько сильно они меняются в зависимости от толщины. Однако, приведенный в той же книге алгоритм аэродинамического расчета винта следует отнести в детскую песочницу.
Я могу здесь попытаться изложить принципы оптимизации аэродинамической компоновки лопасти винта, но боюсь, что форум лопнет, да и практического смысла в этом нет, как я уже объяснил выше.
Но некоторые моменты объяснить надо, почему все хорошие винты для конкретной области применений строятся по одинаковому принципу и очень похожи друг на друга.
Если это интересно, продолжение следует.
Пов вопарсу прочности соснового винта. Почность более чем достаточна. Определенные проблемы могут возникнуть при очень большом диаметре винта (который в нашей практике не встретится) из-за того что сечения лопастей растут пропорционально квадрату линейного масштаба, а массаа - кубу.
Мы успешно использовали сосновый винт диаметром 1.5м на оборотах до 3600об/мин.