Коэффициент аванса

Отношение скорости свободного потока к скорости конца потока

Диаметр пропеллера.

Коэффициент или отношение опережения винта — это безразмерное число, используемое в аэронавтике и морской гидродинамике для описания соотношения между скоростью, с которой транспортное средство (например, самолет или лодка) движется вперед, и скоростью, с которой вращается его винт. Он помогает понять эффективность винта на разных скоростях и особенно полезен при проектировании и анализе транспортных средств с винтовым приводом. Это отношение скорости свободного потока жидкости к скорости конца винта , ротора или циклоротора . Когда транспортное средство с винтовым приводом движется с высокой скоростью относительно жидкости или винт вращается медленно, отношение опережения его винта(ов) является высоким числом. Когда транспортное средство движется с низкой скоростью или винт вращается с высокой скоростью, отношение опережения является низким числом. Отношение опережения — это полезная безразмерная величина в теории вертолетов и винтов, поскольку винты и роторы будут испытывать одинаковый угол атаки на каждой секции аэродинамического профиля лопасти при одинаковом отношении опережения независимо от фактической скорости движения вперед. Это величина, обратная отношению скорости конца лопасти , используемому в ветряных турбинах.

Математическое определение

Пропеллеры

Коэффициент опережения J — это безразмерный термин, определяемый по формуле: ^{[1] [2]}

${\displaystyle J={\frac {V_{a}}{nD}},}$

где

Вертолетные роторы и циклороторы

Коэффициент опережения μ определяется как: ^{[3] [4]}

${\displaystyle \mu ={\frac {V_{\infty }}{\Omega r}},}$

где

Значение

Пропеллеры

Низкое передаточное отношение (J < 1): Когда передаточное отношение низкое, транспортное средство движется вперед медленно относительно скорости винта. Это обычно происходит на низких скоростях или когда винт вращается очень быстро.

Высокий коэффициент опережения (J > 1): Когда коэффициент опережения высокий, транспортное средство движется вперед быстрее по сравнению со скоростью вращения винта. Обычно это происходит на более высоких скоростях или когда винт вращается медленнее.

Коэффициент опережения имеет решающее значение для определения эффективности винта. При различных коэффициентах опережения винт может производить больше или меньше тяги. Инженеры используют это отношение для оптимизации конструкции винта и двигателя, гарантируя, что транспортное средство будет работать эффективно на предполагаемой крейсерской скорости, см. теорию винта .

Например, пропеллер самолета должен быть эффективным как при взлете (где передаточное отношение низкое), так и на крейсерской высоте (где передаточное отношение высокое). Аналогично, конструкция пропеллера лодки будет различаться в зависимости от того, предназначена ли она для маневрирования на низкой скорости или для высокоскоростного движения.

Вертолеты

Однороторные вертолеты ограничены в скорости движения вперед комбинацией скорости звукового конца и срыва отступающей лопасти . По мере увеличения передаточного отношения относительная скорость, испытываемая отступающей лопастью, уменьшается, так что кончик лопасти испытывает нулевую скорость при передаточном отношении, равном единице. Вертолетные роторы наклоняют отступающую лопасть на больший угол атаки , чтобы поддерживать подъемную силу по мере уменьшения относительной скорости. При достаточно высоком передаточном отношении лопасть достигнет угла атаки срыва и испытает срыв отступающей лопасти. Специально разработанные аэродинамические профили могут увеличить рабочее передаточное отношение за счет использования аэродинамических профилей с высоким коэффициентом подъемной силы. В настоящее время однороторные вертолеты практически ограничены передаточными отношениями менее 0,7. ^[5]

Отношение к скорости конца лопасти

Коэффициент опережения вращения лопасти является обратной величиной коэффициента скорости конца лопасти , используемого в аэродинамике ветряных турбин: ^[6] ${\displaystyle \lambda }$

${\displaystyle \mu =\lambda ^{-1}}$.

В процессе работы пропеллеры и роторы обычно вращаются, но могут быть погружены в неподвижную жидкость. Таким образом, скорость кончика помещается в знаменатель, так что отношение опережения увеличивается от нуля до положительного не бесконечного значения по мере увеличения скорости. Ветровые турбины используют обратную величину, чтобы предотвратить бесконечные значения, поскольку они начинают неподвижно в движущейся жидкости.

Смотрите также

• Конструкция осевого вентилятора
• Отступающая лопасть затормаживает
• Ротор вертолета
• Замедленный ротор
• Воздушный винт
• Теория пропеллера

Примечания

1. Клэнси, Л. Дж. (1975), Аэродинамика , Раздел 17.2, Pitman Publishing Limited, Лондон. ISBN  0-273-01120-0
2. Проф. З.С. Спаковски. "11.7.4.5 Типичные характеристики пропеллера" MIT турбины , 2002. Термодинамика и движение, главная страница
3. Лейшман, Дж. Гордон (2005). Принципы аэродинамики вертолета (2-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-85860-1.
4. Jarugumilli, T.; Benedict, M.; Chopra, I. (1 мая 2012 г.). «Экспериментальное исследование характеристик поступательного полета циклоидального ротора MAV-Scale». 68-й ежегодный форум и технологическая выставка Американского вертолетного общества .
5. Лейшман, Дж. Гордон (2007). Вертолет: думая вперед, оглядываясь назад . Колледж-Парк, Мэриленд: College Park Press. ISBN 978-0-9669553-1-6.
6. Спера, Дэвид А., ред. (2009). Технология ветровых турбин: фундаментальные концепции ветровых турбин (2-е изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: ASME Press. ISBN 978-0791802601.

Внешние ссылки

• Характеристики винтовых самолетов и подход Bootstrap Архивировано 28.12.2010 на Wayback Machine
• Термодинамика Массачусетского технологического института 11.7 Характеристики пропеллеров