Вопрос по аэродинамике

[Eskoff2]

Размеры... порядка 5 м диаметр даже для маленькой мощности. Труба будет грандиозная. То же пытался проработать вариант большой воронки раструба, воздуховод и ценростремительная турбина.

[Иваныч611_1]

По ветрякам много интересных моментов, которые стоит анализировать до аэродинамики самого ветряка.
- Среднегодовая скорость ветра в данном регионе. Можно найти данные по региону в интернете, можно самому посмотреть архив на рп5 по ближайшей метеостанции на несколько лет, в интересующий период года.

Вы правы. Смотрел. Худший месяц - средння 3м/с, лучший - 5. Тоесть, чтобы получить хотябы 300 Вт гарантированно, нужнен диаметр ротора почти 6 метров. Но это при КИЭВ (коэффициент использования энергии ветра) 33 процента, что намного лучше чем у классических ветряков с вертикальной осью (грубо говоря - две полубочки... не тех что фигура высшего пилотажа, а тех что для спирта) и чуть хуже, чем у классических роторов с горизонтальной осью.

- Снимаемая энергия пропорциональна кубу скорости ветра. Значит для интересующего периода времени можно оценить размеры ветряка (ометаемую лопастями площадь. Коэффициэнт использования ветра у лучших ветряков около 40%, у худьших тихоходных, как на ссылке выше - около 10%.

Да, Вы правы. Выше уже сказал.

- После этого подумать, стоит ли этим заниматься.

Ну, я уже говорил. Тут вопрос не столько...вернее, "не только" получения практической пользы и выхода на окупаемость, но в большей степени - попробовать. Я как-бы автоматчик (не тот, что с АК, это в прошлом, а тот, что автоматизирует все подряд). Хочется попробовать поиграться с разными алгоритмами управления, поперекладывать лопасти, половить точку максимально мощности, пособирать статистику и т.д.

- Если стоит, то при выборе конструктива выбрать надежность при определенном обслуживании. Проблемы защиты при ураганном ветре, при обледенении - даже небольшой ветряк в таких условиях разваливаясь, может натворить дел, и даже убить.

ураганов у нас нет от слова "совсем". 20 м/с бывает не каждый год, далеко не каждый. И это решается путем флюгирования лопастей для "классических" схем и для той, эскиз которой я показал. А вот как это решать для "двух полубочек" - кроме как наглухо стопорить ротор, не могу придумать.

- Вопросы старта после безветрия. Это проблема выбора быстроходного/тихоходного, соответственно и коэвфф использования ветра и размеры.

Изменением угла установки лопасти. Да, знаю. Усложнение. Но см. выше.

- Ну и дальше прочие нюансы технические и организационные - например соседи могут быть сильно недовольны, и т.д.

Ну... не знаю. Моим соседям, по-моему, пофиг. Тем более, до ближайшего - 100 метров, до следующего - 150, до третьего - почти километр, а остальные - как-бы и не соседи уже.

А не проще прикрыть лопасти, идущие навстречу ветру косым экраном? Направив ветер на идущие по ветру лопасти.

Я все еще читаю теорию и изучаю вопрос, но, насколько я смог сформировать уже мнение, чем меньше на пути ветра всяких отклоняющих поверхностей, не учавствующих напрямую в преобразовании ветра в движение - тем лучше. Могу ошибаться. И это не говоря о том, что этот экран каким-то образом нужно крепить и регулировать в зависимости от направления ветра.

А есть варианты ветряков в трубе, чтобы соседи не знали, что это ветряк?

Хм... Тоесть, увидя ветроколесо диаметром несколько метров на ажурной мачте, соседи поймут, что это ветряк, а увидя трубу с размерами как два Д18Т на монструозной херне, напоминающей водонапорную башню, ни о чем не догадаются?

Размеры... порядка 5 м диаметр даже для маленькой мощности. Труба будет грандиозная. То же пытался проработать вариант большой воронки раструба, воздуховод и ценростремительная турбина.

Да-да. И эту трубу надо как-то крепить, как-то вращать (боюсь, что мощности для этого понадобится побольше, чем сам ветряк сгенерирует), и из чего-то делать.

[xant-1966]

не могу придумать.

Лобовой вариатор не подходит?

[Eskoff2]

ураганов у нас нет от слова "совсем". 20 м/с бывает не каждый год, далеко не каждый. И это решается путем флюгирования лопастей для "классических" схем и для той, эскиз которой я показал. А вот как это решать для "двух полубочек" - кроме как наглухо стопорить ротор, не могу придумать.

Не стоит недооценивать подобные опасности. Каждый год бывают грозы, и перед каждой второй достаточно мощный грозовой шквал. Еще и боковые порывы, та еще штука, легко может сломать даже при меньшей скорости, флюгирование не отработает и все.
Механизм циклической перекладки - это очень низкая надежность (можете сравнить с механизацией крыла самолета или изменения шага винта) и по иронии судьбы поломка случится в сильный ветер, еще и при обледенении.
Если ориентироваться на слабый ветер - 5 м/с или даже меньший - вся конструкция должна быть очень легкая, для возможности старта и разгона до рабочих скоростей. Как следствие, с малым запасом на усиление ветра и осадки.
Но ваши проработки это в любом случае интересно и правильно. Могу поучаствовать в обсуждении расчетов, конструкции. Практически никому не удалось пока сделать что то удовлетворительно работающее при слабых ветрах.

[Иваныч611_1]

Практически никому не удалось пока сделать что то удовлетворительно работающее при слабых ветрах.

Ибо с точки зрения производителя это не выгодно. Процент потребителей, готовых платить деньги за сложный ветряк, который будет вырабатывать очень мало энергии....вернее, энергия которого будет очень дорогой, крайне мал.
Никто из производителей не рискнет вкладываться в разработку без шансов получить прибыль.

[Samson67]

Изначально написано Иваныч611_1:

Ибо с точки зрения производителя это не выгодно. Процент потребителей, готовых платить деньги за сложный ветряк, который будет вырабатывать очень мало энергии....вернее, энергия которого будет очень дорогой, крайне мал.
Никто из производителей не рискнет вкладываться в разработку без шансов получить прибыль.

Дело-то не в прибыли, те же долбанутые хиппи из гринписа вполне бы проплатили. Но конструкция всей системы и ее стоимость получается такая, что в здравом уме никто не будет применять.
Ведь ветряк - это только малая часть всей системы. Аккумуляторы, инверторы - стоят дорого и ресурс имеют небольшой. А уж та же бытовая техника на 12 или 27 вольт - вообще, как крыло от звездолета.

[Eskoff2]

Ибо с точки зрения производителя это не выгодно. Процент потребителей, готовых платить деньги за сложный ветряк, который будет вырабатывать очень мало энергии....вернее, энергия которого будет очень дорогой, крайне мал.

Не совсем так (на мой взгляд). Все дело как раз в противоречии, о котором выше писал: для слабого ветра "нежная" конструкция, иначе просто не закрутится, а для усиления ветра - запас прочности. Реализовать это в одной конструкции сложно.
В легкой и ультралегкой авиации все это хорошо знают и для каждого ЛА свой диапазон условий: мускулолет только в штиль, параплан и паралет в слабый ветер, дельтаплан и дельталет пошире условия, планер еще больший ветер допустим. Но мускулолет из планера никогда не сделаешь - физика не позволяет.

[Jinn07]

Изначально написано Samson67:
конструкция всей системы и ее стоимость получается такая, что в здравом уме никто не будет применять.
Ведь ветряк - это только малая часть всей системы. Аккумуляторы, инверторы - стоят дорого и ресурс имеют небольшой. А уж та же бытовая техника на 12 или 27 вольт - вообще, как крыло от звездолета.

В электричестве я слаб, потому прошу отнестись снисходительно.
Идея родилась этой зимой, т.к. я начал ездить на дачу круглогодично.
Приезжаю, на улице минус десять, ночью до минус пятнадцати...
Сразу включаю два маслорадиатора по 2 квт каждый, растапливаю большую печь и камин-буржуйку.
Через час в одной комнате становится более-менее комфортно.
Некоторые граждане оставляют для таких вояжей на дачу включенные эл. нагреватели... А я боюсь, что что-нить замкнет и все сгорит..
Идея следующая - поставить небольшой ветряк, который через генератор питает какой-нибудь тен/кипятильник, который в свою очередь греет или не греет в отсутствие ветра маслорадиатор (бак с тосолом).
Есть ветер - хорошо греет, нет ветра - бак отдает накопленное тепло и ждет следующего ветра...
Летом по той-же схеме пусть греется вода в бойлере...
Нагревателю АКБ и инверторы ведь не нужны?
Любое эл-во он должен превратить в тепло?
Что касается автоматики на случай непредвиденно сильного ветра - простейшая подпружиненная аэродинамическая шайба на флюгере ветряка
будет двигаться взад-вперед под давлением ветра (потока воздуха) и через тягу менять угол установки лопастей от максимума до зафлюгированного положения.

[Jinn07]

Изначально написано Eskoff2:

мускулолет из планера никогда не сделаешь - физика не позволяет.

Мускулолет сделали именно из "планера".
Жесткое крыло с жестким профилем и мечта сбылась.
А мягкие и полужесткие крылья типа парапланов и дельтапланов не обладают необходимым качеством (К).

[Eskoff2]

Мускулолет сделали именно из "планера".
Жесткое крыло с жестким профилем и мечта сбылась.
А мягкие и полужесткие крылья типа парапланов и дельтапланов не обладают необходимым качеством (К).

Вы ошибаетесь. Дело не столько в качестве (хотя оно то же важно), сколько в скорости. Из планера мускулолет не получается банально по причине его высокой скорости. И только когда ушли на огромные площади (удельная нагрузка намного меньше чем у параплана) на смешные скорости (скорость быстро идущего или медленно бегущего человека) тогда и получили результат.
Добавлю немного прописных истин (уж извините за банальности).
Потребная мощность для ГП (горизонтального полета) это тяга (сила) помноженная на скорость ГП (без учета КПД винта). Тяга для ГП это масса ЛА деленная на качество.
Для полета массу надо всемерно снижать, качество повышать, а скорость то же снижать.
Массу меньше чем масса пилота не сделать, качество косвенно завязано на массу и еще на скорость - на малых скоростях и ренольдсах соответственно легче добиться ламинарного обтекания, если такое нужно.
Остается скорость, а она зависит от площади крыла. А площадь это масса. Так и гоняют параметры по кругу для оптимизации.

[Samson67]

Изначально написано Eskoff2:

Вы ошибаетесь. Дело не столько в качестве (хотя оно то же важно), сколько в скорости. Из планера мускулолет не получается банально по причине его высокой скорости. И только когда ушли на огромные площади (удельная нагрузка намного меньше чем у параплана) на смешные скорости (скорость быстро идущего или медленно бегущего человека) тогда и получили результат.
Добавлю немного прописных истин (уж извините за банальности).
Потребная мощность для ГП (горизонтального полета) это тяга (сила) помноженная на скорость ГП (без учета КПД винта). Тяга для ГП это масса ЛА деленная на качество.
Для полета массу надо всемерно снижать, качество повышать, а скорость то же снижать.
....

1. Не ТЯГА, а КОЭФФИЦИЕНТ ТЯГИ - это и есть масса ЛА, деленная на тягу СУ (силовой установки). И при КТ более единицы (т.е. тяга СУ превышает массу ЛА) - взлетит что угодно и с каким угодно качеством крыла, или вообще без крыла. Именно на КТ более 1 основано висение авиамоделей.
2. Потребная для ГП мощность зависит: от высоты полета самолета (плотность воздуха); от веса самолета и удельной нагрузки на крыло; от аэродинамического качества самолета и коэффициента подъемной силы.
Следовательно, потребная мощность тем больше, чем больше вес самолета, меньше плотность воздуха и хуже качество самолета.
А вот аэродинамическое качество крыла - это отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления крыла на данном угле атаки.
К=Q/Y, где Y - подъемная сила, кг; Q - сила лобового сопротивления, кг.
Так, справочно: величина качества для современных самолетов может достигать 14-15, а для планеров 45-50. Это означает, что крыло самолета может создавать подъемную силу, превышающую лобовое сопротивление в 14-15 раз, а у планеров - в 50 раз.
Следовательно - мускулолет стал возможен ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО с появлением легких и прочных композитных материалов, позволивших максимально снизить потребную для ГП мощность СУ, до 1 человеческой силы.
Мускулолет Gossamer Albatross Пола Маккриди - перелетел Ла-Манш. Вес этого летательного аппарата всего 30 кг.
Вот реальный мускулолет из немецкого музея, посмотрите характеристики:
http://www.skytec-engineering.de/musculair.htm

[Samson67]

Изначально написано Jinn07:

В электричестве я слаб, потому прошу отнестись снисходительно.
Идея родилась этой зимой, т.к. я начал ездить на дачу круглогодично.
Приезжаю, на улице минус десять, ночью до минус пятнадцати...
Сразу включаю два маслорадиатора по 2 квт каждый, растапливаю большую печь и камин-буржуйку.
Через час в одной комнате становится более-менее комфортно.
Некоторые граждане оставляют для таких вояжей на дачу включенные эл. нагреватели... А я боюсь, что что-нить замкнет и все сгорит..
Идея следующая - поставить небольшой ветряк, который через генератор питает какой-нибудь тен/кипятильник, который в свою очередь греет или не греет в отсутствие ветра маслорадиатор (бак с тосолом).
Есть ветер - хорошо греет, нет ветра - бак отдает накопленное тепло и ждет следующего ветра...
Летом по той-же схеме пусть греется вода в бойлере...
Нагревателю АКБ и инверторы ведь не нужны?
Любое эл-во он должен превратить в тепло?
Что касается автоматики на случай непредвиденно сильного ветра - простейшая подпружиненная аэродинамическая шайба на флюгере ветряка
будет двигаться взад-вперед под давлением ветра (потока воздуха) и через тягу менять угол установки лопастей от максимума до зафлюгированного положения.

Проще и надежнее в этом случае - поставить электрический котел с управлением через мобильный телефон. Он будет поддерживать в доме плюсовую температуру, а как надо на дачу ехать - часа за два-три отправил СМС, и котел начинает греть капитально.
Это обойдется много дешевле ветряка и куда надежнее.
ТЭН для бака - это минимум пара киловатт, ветряк на генератор такой мощности будет стоить как звездолет, сильно больше ста тысяч.)))

[ag111]

Ветрогенераторы ощутимо шумят. Я бы не хотел, чтобы соседи ими обзавелись.

[Jinn07]

Изначально написано Eskoff2:

Из планера мускулолет не получается банально по причине его высокой скорости.

Вы, вероятно, кроме рекордных спортивных планеров других не видели?

[Jinn07]

Изначально написано Samson67:

ТЭН для бака - это минимум пара киловатт, ветряк на генератор такой мощности будет стоить как звездолет, сильно больше ста тысяч.)))

Почему именно "пара киловатт"?
А если я воткну в бак тен на 0,5 квт и буду подавать на него от 20 до 200 ватт - он что - не будет греться?

[xant-1966]

Samson67

Jinn07

Отсыпьте немного

[Eskoff2]

Samson67
Мы конечно несколько отвлеклись от темы, заданной автором, но все таки некоторые вопросы стоит уточнить:
- что такое энергия и мощность в самом общем физическом смысле? И что такое мощность в механике? При линейном движении?
- в применении к полету ЛА?
Потребная мощность ГП для практиков в вышеуказанной книге, стр 93. http://bookree.org/reader?file=543683&pg=86
Легко вывести формулу потребной мощности из условия горизонтального полета самостоятельно, как это приведено в учебниках, скорость так же там будет присутствовать в числителе.
Скорость из этой формулы можно убрать, исходя из равенства подъемной силы весу ЛА. М=Y. Y=Cy*S*pV**2/2 V=корень из 2Y/Cy*S или корень из 2m/Cy*S
Тогда вместо скорости в числителе появляется площадь крыла в знаменателе, вместе с качеством. Что собственно, в мускулолетах и наблюдаем - большие площади и малые скорости.
Я ни сколько не отрицаю важности параметра качества (которое в той же формуле стоит в знаменателе вместе с коэфф подъемной силы), но повторяю, что только когда увеличили площади намного больше планерных (уменьшили скорость) тогда мускулолеты полетели, поскольку и Су и К очень быстро упираются в свой предел.
Располагаемые тяги для силовых установок (как винтомоторных, так и реактивных) существуют в единицах силы. И только будучи установленные на ЛА в некоторых расчетах используются в относительных единицах, в виде удельной тяги или тяговооруженности. И только для вполне определенного режима полета.

[Eskoff2]

Вы, вероятно, кроме рекордных спортивных планеров других не видели?

Не пытаюсь быть всезнайкой (каждый человек несовершенен) но с планерами, начиная от брошки (его только теоретически, а аналоги практически) и мотопланерами немножко знаком. Участвовал в разработке и изготовлении. Так же с дельтами и парапланами - они все вместе относятся к глайдирующим аппаратам.
Вам рекомендую сравнить такие параметры подобных аппаратов, как удельная нагрузка, площадь крыла, скорость - они все взаимосвязаны.

[Samson67]

Мускулолет стал возможен - только после появления материалов, позволяющих создать такое крыло приемлемой площади, массы и прочности.))
Что до планеров - они ведь не только спортивные бывают.

[Eskoff2]

Мускулолет стал возможен - только после появления материалов, позволяющих создать такое крыло приемлемой площади, массы и прочности.))

В целом согласен.
Но, есть у меня мысль, что если бы еще в сороковые годы, а может быть и в тридцатые, поставили бы такую задачу - сделать мускулолет, летающий только в полный штиль, очень медленно, с огромной площадью, без запаса прочности, с нулевой долговечностью, используя самые современные на тот момент авиамодельные материалы, только для того, что бы оторваться от земли. И привлекли бы к этому средства и мозги. Вполне вероятно, что получилось бы... Тяжелее чем сегодняшние. С большей площадью и еще меньшей скоростью, что бы компенсировать увеличение веса.
Но история не знает сослагательного наклонения.
По теме. Ветряк под слабый ветер должен работать в слабый ветер. А при увеличении его должен "исчезать", в потоке ничего не должно оставаться. Это по аналогии с мускулолетом.

[xant-1966]

Ветряк под слабый ветер должен работать в слабый ветер. А при увеличении его должен "исчезать", в потоке ничего не должно оставаться.

Я опять с этим самым....лобовым вариатором. Что....вообще никак не "присобачить" его туда? И на малых и на более чем малых Схематично.

[Jinn07]

Изначально написано Eskoff2:

Не пытаюсь быть всезнайкой (каждый человек несовершенен) но с планерами, начиная от брошки (его только теоретически, а аналоги практически) и мотопланерами немножко знаком. Участвовал в разработке и изготовлении. Так же с дельтами и парапланами - они все вместе относятся к глайдирующим аппаратам.
Вам рекомендую сравнить такие параметры подобных аппаратов, как удельная нагрузка, площадь крыла, скорость - они все взаимосвязаны.

С БРО-11М я начинал практически.
Затем были Марафон, Авиатика, СиаРэй, кроме того летал на Аэропракте-22, на 150-й и 172 Цеснах...
А вторым планером был Бланник.
Т.е. мы можем говорить на одном языке.
И я продолжаю настаивать, что мускулолет получился именно из планера, и никогда бы он не получился из параплана, дельтаплана, самолета...

[Eskoff2]

Я опять с этим самым....лобовым вариатором. Что....вообще никак не "присобачить" его туда? И на малых и на более чем малых Схематично.

Вероятно, приспособить можно. С какой целью? Если избыток мощности на роторе и постоянные обороты, то отрегулировать напряжение/частоту генератора. Если избыток мощности и НЕ постоянные обороты, то поддерживать более менее постоянные напряжения/частоту.

[xant-1966]

С какой целью?

Постоянное напряжение c выхода генератора.

Если избыток мощности на роторе и постоянные обороты, то отрегулировать напряжение/частоту генератора. Если избыток мощности и НЕ постоянные обороты, то поддерживать более менее постоянные напряжения/частоту.

"Гена" на "салазках". меняется передаточное отношение в паре "колесо1-колесо2", отсюда постоянные обороты вала генератора.
З.Ы. Это так для поддержания,..тема то про другое.

[Иваныч611_1]

Я опять с этим самым....лобовым вариатором. Что....вообще никак не "присобачить" его туда? И на малых и на более чем малых Схематично.

1 - здравия желаю. Внезапная командировка немного попортила все (ВСЕ!!!) планы, начиная с ветряка и заканчивая посадкой огорода, на котором сейчас жена одна корячится(((
2 - чтобы избежать распыления сил. Каждый силен в своей отрасли. Лично для меня стабилизировать напряжение генератора - абсолютно не проблема. Тоесть, я могу получить 220В 50Гц, грубо говоря, при напряжениях с генератора от 24 до 240 Вольт. Да, на краях диапазона (особенно "в низу") КПД будет чуть похуже. Да, компоненты будут чуть подороже, чем у китайского инвертора. Но в любом случае это будет более энергоэффективно, надежно и дешево, чем механический редуктор с изменяемым передаточным отношением. Кроме тог

[xant-1966]

Иваныч611_1

Понял..

[Samson67]

Изначально написано Eskoff2:

В целом согласен.
Но, есть у меня мысль, что если бы еще в сороковые годы, а может быть и в тридцатые, поставили бы такую задачу - сделать мускулолет, летающий только в полный штиль, очень медленно, с огромной площадью, без запаса прочности, с нулевой долговечностью, используя самые современные на тот момент авиамодельные материалы, только для того, что бы оторваться от земли. И привлекли бы к этому средства и мозги. Вполне вероятно, что получилось бы... Тяжелее чем сегодняшние. С большей площадью и еще меньшей скоростью, что бы компенсировать увеличение веса.
Но история не знает сослагательного наклонения.
По теме. Ветряк под слабый ветер должен работать в слабый ветер. А при увеличении его должен "исчезать", в потоке ничего не должно оставаться. Это по аналогии с мускулолетом.

Первый мускулолет и полетел в 1937 году, правда взлетел с помощью резиновой рогатки.

[Eskoff2]

Первый мускулолет и полетел в 1937 году, правда взлетел с помощью резиновой рогатки.

В сегодняшнее время так же птеродактеля в натуральный размер запустили. Немного не то.

[Eskoff2]

И я продолжаю настаивать, что мускулолет получился именно из планера, и никогда бы он не получился из параплана, дельтаплана, самолета...

Да я особенно не возражаю, поскольку аэродинамическая схема классическая во всех случаях (за редким исключением) наиболее совершенна. Пример Гелиоса в этом плане показателен, после его потери вернулись к классике.
Говорю про другое. До тех пор, пока пытались сделать реальный летающий аппарат (тот же пример выше с рогаткой) под нормальные метео условия ничего не получалось. А когда уменьшили скорость до смешной, как и нагрузку на крыло, получили летающий (хотя и очень своеобразно) аппарат.
Достаточно давно я помогал Сергею Шевко в его проработках полужесткого параплана. Были попытки просчитать его как махолет. Расчеты давали оптимистичные результаты. Потребные мощности давали шанс на и на мускулолет. Хотя все это то же с самыми современными материалами. Но подобный ЛА, если бы состоялся, потребовал бы намного больших средств и времени на разработку и доводку, в отличии от классической схемы.

[Samson67]

Там больше проблема была - в прочности крыла таких размеров и конфигурации: все поломки обычно были на взлете или посадке.