Импеллер своими руками для самолета

Как сделать импеллер, если есть только мотор и вентилятор.

Когда мне в руки попали импеллеры с 10 лопастями, традиционные 5 и 6 лопастные выглядели в моих глазах уже не так красочно. Я занимаюсь строительством и летательством моделей авиалайнеров на реактивной тяге, поэтому, наряду с хорошим внешним видом самолета, хотелось бы иметь соответствующий вид у вентиляторов импеллеров, тк эти детали очень хорошо заметно.

Для начала я задался целью сделать полукопийный импеллер для модели самолета Боинг-737. Это совсем не просто, тк в выходном канале импеллера размещается имитация конуса турбины, что вызовет определенные потери тяги. Чтобы не переделывать по многу раз, я создал картонный макет.

Прежде, чем я расскажу, что и как, обозначим масштабы действия. Диаметр вентилятора 70мм, 10 лопастей. На фото показан полный комплект импеллера, использоваться будет лишь переходник на вал 3,17мм и сам вентилятор.

Мотор 29-55 2400КВ, взятый от импеллера RC Lаnder на 6S.

В оригинале, у Ландера было 5 лопастей. Установка данного вентилятора в корпус Ландера вызвала незамедлительный рвотный рефлекс у мотора, сопровождавшийся срывом синхронизации и запахом горелой изоляции. Все это происходило при питании от 4 банок. Тяга при этом была просто смешной. Ток не мерял, тк было ясно, что мотор просто не справляется с нагрузкой. Смена тайминга ничего нового не принесла. Когда-то установленный средний тайминг оказался самым наилучшим. Регулятор TURNIGY PLUSH 60.

Тогда я решил, что создам другой статор, чтобы данный вентилятор в наибольшей степени раскрыл свои плюсы и не душил с таким остервенением двигатель. Т.к. это по сути эксперимент, решено было сделать корпус из картона с пропиткой клеем. Структура спрямляющего аппарата подсмотрена на настоящем двигателе

Как видно на фото, сначала идет ряд мелких неподвижных лопаток, а затем более крупных опорных.

Для начала я решил проверить как будет сидеть на валу двигателя вентилятор. Мне наверное повезло, вентилятор вращался ровно, без каких-либо биений и вибраций. Это значит, что скорее всего процедура балансировки не понадобится.

После установки вентилятора, корпус двигателя снаружи был плотно обмотан полосой бумаги для принтера, смоченной в клее ПВА. Получилось 3 слоя бумаги, поверх которых была намотана полоса стеклоткани 48гр/м в 2 слоя. Все это дело сушилось 2 дня, после чего я приступил к ответственной операции — надо было определить угол установки лопаток спрямляющего аппарата. Построив на глаз скоростной векторный треугольник (а где мне взять точные значения?), начертил направление установки лопатки, под расчетным углом. Пробная подстановка 1 лопатки показала близкое расчетное значение к оптимальному. В связи с тем, что угол установки лопаток вентилятора у корня почти 90 градусов, поток в этой части будет выходить с большей круткой, нежели у краев вентилятора. Это значит, что статорные лопатки должны иметь геометрическую крутку. Учитывая, что данной конструкции придется работать при небольших числах Рейнольдса, профиль спрямляющих лопаток выбран в виде изогнутой пластины по радиусу 40мм. Хорда лопатки 10мм.

Метод практической проверки расчетов заключается в помещении лопатки в поток за вращающимся вентилятором. При этом вполне достаточно раскрутить вентилятор до 50% от максимальных оборотов. Лопатку не должно отбрасывать назад, ее должно слегка клонить по направлению вращения вентилятора. В идеале нужно найти мертвую зону, где лопатку не клонит ни туда, ни сюда и прибавить к этому значению 3 градуса. Это будет угол атаки лопатки для нормальной работы спрямляющего аппарата. Для чистоты эксперимента, лопатку лучше изготовить как единое целое с ручкой подачи. При этом можно подобрати и крутку лопатки для наибольшей эффективности устройства.

Проделав теоретическую часть и лабораторную работу, наклеиваем заранее заготовленные лопатки на двигатель

Закончив со спрямляющим аппаратом, изготавливаем и устанавливаем опорные лопатки. Их угол 0 градусов к оси симметрии. Они сделаны из бальзы, обернутые в 1 слой бумагой для принтера на суперклее. В связи с их работой при небольших числах Рейнольдса, но бОльших, чем у спрямляющих, профиль этих лопаток был выбран «плоская пластина». Все лопатки я клеил на суперклей для увеличения скорости изготовления.

В моем случае получилось 13 спрямляющих и 6 опорных. Почему? Как советует литература по авиадвигателям, расстояние между лопатками должно быть примерно равно хорде лопатки. Итого получилось 13 лопаток. А 6 опорных сделал по соображениям прочности оболочки вентилятора. Слишком большое их количество уменьшает эффективность импеллера всвязи с большой скоростью потока,который их обтекает. В общем тут чистый компромисс между потерями и прочностью.

Закончив с лопатками, свертываем из тонкого картона в 2 слоя наружный корпус и приклеиваем его к неподвижным частям импеллера.

После чего берем пластиковое кольцо от другого импеллера и вклеиваем в переднюю часть, где находится вентилятор

Получается что-то похожее , но для завершения картины надо сделать имитацию конуса турбины и губу копийной формы.

Сначала делаем «луковицу» — обтекатель двигателя, выводим провода, монтируем стойки для конуса. Делается эта штука тоже из бумаги, сам конус из синего пенопласта с последующей оклейкой бумагой и соединением деталей воедино. Использовался клей Титан.

Затем можно сделать губу. Она выточена из синего пенопласта, оклеена стеклотканью 48гр/м в 1 слой на клее ПВА, а затем для гладкости поверхности покрыта слоем клея Титан.

Когда клей высохнет, губа устанавливается на свое место.

Конус турбины делается из тонкого картона в 2 слоя, затем устанавливается на свое место и наружный корпус дополняется сужающимся конусным каналом.

В результате проделанной работы мы имеем импеллер, отдаленно похожий на двигатель CFM-56, который устанавливается на самолетах Боинг-737.

Пробные раскрутки до полных оборотов показали, что двигателю хватает мощности крутить этот вентилятор, при этом вибраций и прочих явлений дисбаланса не наблюдалось.

Мощность и тяга:

Испытания проводились в полном комплекте, как на последних фото. Есть мысль, что если убрать конус, тяга увеличится, но это я позже проверю.

При работе на 6 банках из сопла вылетает очень тугая выхлопная струя горячего воздуха. Этот феномен я объяснить ничем не могу. Никаких сбоев, никакого запаха горелой изоляции, никаких свистов и воя не было. Был ровный мощный звук шума воздуха. Как существенный минус, следует отметить нелинейный прирост тяги от оборотов и потребляемой мощности. Видимо сказывается небольшая ширина лопаток вентилятора.
Импеллер отработал 10 циклов по 4 минуты каждый и бодро себя чувствует. По сути, по данному образцу можно смело строить стеклопластиковый импеллер.

Источник

jetboatsforum.ru

Форум любителей водометных катеров

Самостоятельное литье импеллеров

Самостоятельное литье импеллеров

Сообщение Malamut_52RUS » 09 янв 2018 11:51

Самостоятельная или полусамостоятельная постройка чего-либо в принципе, а лодки, тем более водометной, требует от самостройщика овладения новыми знаниями и умениями. Вот и я решил, что без освоения методики самостоятельного изготовления импеллеров мне никак нельзя. И отправился я в путь за новыми знаниями и умениями.
Было принято решение попробовать научиться отливать винты из люминя и бронзы по технологии литья по выплавляемым моделям. Вся технологическая цепочка представляется мне примерно следующей:
1. Расчет импеллера
2. Создание модели в CAD программе
3. Печать мастер-модели на 3D принтере
4.Изготовление по мастер-модели формы для восковок
5.Получение восковок
6.Изготовление корок для заливки
7. Заливка корок металлом
8. Постобработка отливок (токарка, балансировка)
9.Испытания
10. Разочарование, посыпание головы пеплом и все по новой, начиная с п.1

Путь не простой и на каждом этапе море нюансов, подводных камней. Прекрасно понимаю, что путь будет состоять из огромного числа разочарований и обломов, да и денег и времени впустую будет потрачено немало, но. дорогу осилит идущий.

Есть еще один компромиссный вариант — это вместо восковок отливать в форму пластмассу, если найдется подходящая по прочности.
По мере продвижения по цепочке буду выкладывать сюда результаты.

Re: Самостоятельное литье импеллеров

Сообщение Malamut_52RUS » 09 янв 2018 12:02

Пункт 1. Расчет
Здесь нет ничего нового и революционного, я ориентировался на рекомендации желтых страниц. Лично мне больше понравились учебники по насосам, нежели чем по водометам. На осознание прочитанного, и выработку приемлемой методики расчета у меня ушло суммарно несколько лет.

П.2. По результатам расчета была нарисована модель в CADe
лопасть

Re: Самостоятельное литье импеллеров

Сообщение Malamut_52RUS » 09 янв 2018 12:05

Re: Самостоятельное литье импеллеров

Сообщение Malamut_52RUS » 09 янв 2018 12:34

Re: Самостоятельное литье импеллеров

Сообщение Malamut_52RUS » 09 янв 2018 12:42

На этом пока все. Дальше нужно будет сделать стержень и попробовать залить воск. Буду выкладывать по мере.

Re: Самостоятельное литье импеллеров

Сообщение Прочнист » 09 янв 2018 13:54

Malamut_52RUS писал(а): Самостоятельная или полусамостоятельная постройка чего-либо в принципе, а лодки, тем более водометной, требует от самостройщика овладения новыми знаниями и умениями. Вот и я решил, что без освоения методики самостоятельного изготовления импеллеров мне никак нельзя. И отправился я в путь за новыми знаниями и умениями.
Было принято решение попробовать научиться отливать винты из люминя и бронзы по технологии литья по выплавляемым моделям. Вся технологическая цепочка представляется мне примерно следующей:
1. Расчет импеллера
2. Создание модели в CAD программе
3. Печать мастер-модели на 3D принтере
4.Изготовление по мастер-модели формы для восковок
5.Получение восковок
6.Изготовление корок для заливки
7. Заливка корок металлом
8. Постобработка отливок (токарка, балансировка)
9.Испытания
10. Разочарование, посыпание головы пеплом и все по новой, начиная с п.1

Путь не простой и на каждом этапе море нюансов, подводных камней. Прекрасно понимаю, что путь будет состоять из огромного числа разочарований и обломов, да и денег и времени впустую будет потрачено немало, но. дорогу осилит идущий.

Есть еще один компромиссный вариант — это вместо восковок отливать в форму пластмассу, если найдется подходящая по прочности.
По мере продвижения по цепочке буду выкладывать сюда результаты.

Источник

Импеллер своими руками для самолета

И вот теперь, глядя на постоянный рост двухконтурности современных двигателей, задаюсь таким вопросом: а где грань, после которой двигатель уже не будет реактивным, а фактически винтовентиляторным (пропеллерным), только с лопастями упрятанными под кожух?

По какой-то же причине не прячут обычные турбопропы под кожух (даже многолопастные типа A400). Да и вообще не прижился такой дизайн. Очевидно, что там где применяют винты, то все преимущества кожуха — меньшие завихрения на концах лопастей и большая тяга при том же диаметре, сводятся на нет сопротивлением на больших скоростях этого самого кожуха.

Это был досрочный ответ Фёдора Двинятина!

И вот теперь, глядя на постоянный рост двухконтурности современных двигателей, задаюсь таким вопросом: а где грань, после которой двигатель уже не будет реактивным, а фактически винтовентиляторным (пропеллерным), только с лопастями упрятанными под кожух?

По какой-то же причине не прячут обычные турбопропы под кожух (даже многолопастные типа A400). Да и вообще не прижился такой дизайн. Очевидно, что там где применяют винты, то все преимущества кожуха — меньшие завихрения на концах лопастей и большая тяга при том же диаметре, сводятся на нет сопротивлением на больших скоростях этого самого кожуха.

И вот теперь, глядя на постоянный рост двухконтурности современных двигателей, задаюсь таким вопросом: а где грань, после которой двигатель уже не будет реактивным, а фактически винтовентиляторным (пропеллерным), только с лопастями упрятанными под кожух?

По какой-то же причине не прячут обычные турбопропы под кожух (даже многолопастные типа A400). Да и вообще не прижился такой дизайн. Очевидно, что там где применяют винты, то все преимущества кожуха — меньшие завихрения на концах лопастей и большая тяга при том же диаметре, сводятся на нет сопротивлением на больших скоростях этого самого кожуха.

обратимся к «первоисточнику»:
Турбовентиляторный реактивный двигатель (ТВРД) — это ТРДД со степенью двухконтурности m=2—10. Здесь компрессор низкого давления преобразуется в вентилятор, отличающийся от компрессора меньшим числом ступеней и большим диаметром, и горячая струя практически не смешивается с холодной. Применяется в гражданской авиации, двигатель имеет большой назначенный ресурс и малый удельный расход топлива на дозвуковых скоростях.
Турбовинтовентиляторный двигатель
Дальнейшим развитием ТВРД с увеличением степени двухконтурности m=20—90 является турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). В отличие от турбовинтового двигателя, лопасти двигателя ТВВД имеют саблевидную форму, что позволяет перенаправить часть воздушного потока в компрессор и повысить давление на входе компрессора. Такой двигатель получил название винтовентилятор и может быть как ОТКРЫТЫМ , так и ЗАКАПОТИРОВАННЫМ кольцевым обтекателем. Второе отличие — винтовентилятор приводится от турбины не напрямую, а, как винт, через редуктор. Двигатель наиболее экономичен, но при этом крейсерская скорость полёта ЛА, с такими типами двигателей, обычно не превышает 550 км/ч, имеются более сильные вибрации и «шумовое загрязнение».
Пример ТВВД — Д-27 грузового самолёта Ан-70.

По моему мнению граница между «большим вентилятором» или «винтом в капоте » будет только в вопросе лобового сопротивления при отказе двигателя. не возможностью «зафлюгировать » вентилятор —

Источник