Чисельне дослідження характеристик штовхаючого дворядного гвинта з об'єднаними лопатями малорозмірних БПЛА
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.199486Ключові слова:
повітряний гвинт, кінцевий вихор, стрічка Мьобіуса, коробчатий гвинт, тандемний гвинтАнотація
Розроблена нова форма тандемної лопаті з вдосконаленим розташуванням профілів по відношенню до відомих гвинтів, в яких профілі розташовуються подібно до тандемного крила літака. Запропоновано нове розташування профілів по висоті лопаті. За основу для проектування було взяте розташування профілів подібне до тандемних лопаткових вінців компресорів та вентиляторів. Такий підхід дозволив ліквідувати аеродинамічне затінення лопатей та підвищити іі аеродинамічну навантаженність. Для об’єднання лопатей в кінцевій частині застосована спіралеподібна перетинка, яка дозволила значно знизити кінцеві вторинні втрати за рахунок запобігання утворення кінцевого вихору.
Для дослідження характеристик тандемних гвинтів та структури газодинамічної течії навколо них розроблена розрахункова модель гвинта в періодичній постановці, що дозволило значно скоротити час розрахунку. Моделювання здійснювалось в програмному комплексі ANSYS CFX, в якому реалізований алгоритм вирішення нестаціонарних осереднених по Рейнольдсу рівнянь Нав'є-Стокса замкнутих моделлю турбулентності SST Ментера. В результаті моделювання отримані характеристики тандемного гвинта, які підтвердили правильність вибраного підходу щодо проектування тандемної лопаті. ККД розробленого гвинта досягає рівня 75 % на розрахунковому режимі, що є дуже хорошим показником для малорозмірних гвинтів, які працюють при низьких значеннях числа Рейнольдса. Для порівняння, ККД класичних, подібних по геометричним характеристикам гвинтів, знаходиться в межах 50–60 %. При використанні тандемного гвинта з об’єднаними лопатями як штовхаючого рушія відзначено зниження його тяги на рівні 3–4 %, що обумовлено утворенням зони розрідження у втулковій частині та в області кока
Посилання
- Berry, J. D., Mineck, R. E. (1980). Wind-tunnel test of an articulated helicopter rotor model with several tip shapes. NASA. Technical Rcport 79-49, 92.
- Gyatt, G. W., Lissama, P. P. S. (1985). Development and Testing of tip devises for horizontal axis wind turbines. Report NASA CR-174991, 79.
- Redman, B., Spindler, P. et. al. (2005). Proplet Propeller Design/Build/Test. Final Report. Available at: http://phil.zatetic.com/school/AAE_490T_Report.pdf
- Wang, Y., Li, Q., Eitelberg, G., Veldhuis, L. L. M., Kotsonis, M. (2014). Design and numerical investigation of swirl recovery vanes for the Fokker 29 propeller. Chinese Journal of Aeronautics, 27 (5), 1128–1136. doi: https://doi.org/10.1016/j.cja.2014.03.009
- Zha, G., Paxton, C. et. al. (2002). Pat. No. US 20040126241 A1. Forward swept high efficiency airplane propeller blades. No. 10/330,225; declareted: 30.12.2002; published: 01.06.2004. Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/e2/21/21/bc6c3a5b58cc9e/US20040126241A1.pdf
- Vad, J., Halász, G., Benedek, T. (2014). Efficiency gain of low-speed axial flow rotors due to forward sweep. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 229 (1), 16–23. doi: https://doi.org/10.1177/0957650914552817
- Shpadi, A. L. (2012). Pat. No. RU 2509683 C2. Propeller. No. 2012106998/11; declareted: 27.02.2012; published: 20.03.2014, Bul. No. 8. Available at: http://www.freepatent.ru/images/patents/508/2509683/patent-2509683.pdf
- Polacsec, R. R. (2002). Pat. No. US 6948910 B2. Spiral-Based Axial Flow Devices. No. 10/194,386; declareted: 12.07.2002; published: 27.09.2015. Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/23/3a/71/0d774322c3b32a/US6948910.pdf
- Silivano, D. (1998). Pat. No. US 6099256A. Three dimensional figure eight propeller/impeller blade apparatus. No. 09/137,565; declareted: 20.08.1998; published: 08.08.2000. Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/72/63/3d/4cb20bfdd8a185/US6099256.pdf
- Adriansson, S. (2013). Design and testing of a box-bladed propeller. Gothenburg. Available at: http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/219510/219510.pdf
- Capitao Patrao, A., Avellán, R., Lundbladh, A., Grönstedt, T. (2016). Wake and Loss Analysis for a Double Bladed Swept Propeller. Volume 1: Aircraft Engine; Fans and Blowers; Marine. doi: https://doi.org/10.1115/gt2016-56540
- Capitao Patrao, A., Grönstedt, T., Avellán, R., Lundbladh, A. (2018). Wake energy analysis method applied to the Boxprop propeller concept. Aerospace Science and Technology, 79, 689–700. doi: https://doi.org/10.1016/j.ast.2018.06.018
- Capitao Patrao, A. (2018). On the Aerodynamic Design of the Boxprop. Gothenburg, 74.
- Shen, C., Qiang, X., Teng, J. (2012). Numerical and experimental investigation of an axial compressor flow with tandem cascade. Journal of Thermal Science, 21 (6), 500–508. doi: https://doi.org/10.1007/s11630-012-0574-x
- Zhang, L., Wang, S. (2017). A combination application of tandem blade and endwall boundary layer suction in a highly loaded aspirated compressor outlet vane. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 232 (2), 129–143. doi: https://doi.org/10.1177/0957650917722455
- Qiushi, L., Hong, W., Sheng, Z. (2010). Application of Tandem Cascade to Design of Fan Stator with Supersonic Inflow. Chinese Journal of Aeronautics, 23 (1), 9–14. doi: https://doi.org/10.1016/s1000-9361(09)60181-3
- Menter, F. R. (1994). Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA Journal, 32 (8), 1598–1605. doi: https://doi.org/10.2514/3.12149
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2020 Mykola Kulyk, Fedir Kirchu, Hussein Hanesh
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
