X   Сообщение сайта
(Сообщение закроется через 2 секунды)

Здравствуйте, гость ( Вход | Регистрация )

> МАТЕРИАЛЫ В НАШЕМ МАГАЗИНЕ



Бальза, Фанера, Карбоновые трубки,
Карбоновые пластины, Карбоновые стрежни, Латунные трубки, Проволока OBC, Ткани, жгуты, ленты, Эпоксидные смолы,
Стеклотекстолит, Для ваккумной формовки, Для матричных технологий
Аренда места...

 
Ответить в данную темуНачать новую тему
> Редукторы, винты и моторы F1C
Гость_v-romashin921*
сообщение 11.2.2014, 22:46
Сообщение #1





Гость



Цитата





Таймерная ВМУ(Редукторы, винты и моторы F1C)

Уважаемые коллеги, друзья таймеристы, винтовики и мотористы!

В прямом общении, на форумах, в переписке часто встречал вопросы по редукторам и винтам , участвовал в обсуждениях, анализе практических результатов и выборе направлений совершенствования техники одного из интереснейших и сложнейших классов (категорий) авиамодельного спорта F1C.
Влившись в ряды таймеристов в момент совершения прорыва в технике и тактике F1C, включился в работу по их совершенcтвованию. Эта работа вылилась в значительное количество аналитических материалов, писем, расчетов, графиков. Ряд столпов F1C – Л.А.Фузеев, Е.Т.Вербицкий, В.М.Онуфриенко, В.П.Струков, воистину великих творцов техники F1C, предлагали еще тогда, в 2006-2008 годах, представить эти материалы вниманию общественности. Но всегда недостаток времени, отсутствие спортивных результатов, другие аспекты меня останавливали. Теперь эти материалы есть практически у всех российских и украинских таймеристов, заинтересованных в развитии техники, получили высокую оценку. Пришли спортивные результаты.
Короче время пришло, и я предлагаю Вашему вниманию статью, скомпонованную из моей переписки с украинскими таймеристами В.П.Струковым и С.З.Катыбой.

Мои ФИО Савухин Сергей Александрович, коротко представлюсь. Мне 55,5 (теперь уже 60) лет, уже дед двух (четырех!) внуков.
Про модельки: торчу в этом деле с незапамятных времён -моя тётка Нина вела авиамодельный кружок в клубе и я попал на занятия лет в пять, а с 1964г.( 4 класс школы) строил и запускал схемки. В институт (Казанский авиационный) поступил в 1970г., в 1974г. стал чемпионом Минвуза и мастером спорта СССР в F1A, запускал планера года до 1990 , правда со временем все реже и все менее успешно. Работал на серьезной фирме, дорос до заместителя главного конструктора. Руководил кружком, организовал авиамодельный клуб, выросло много ребят. Наиболее известный ученик – Андрей Хребтов (F1B) серебряный призер ЧМ, Чемпион ЧЕ, есть и другие хорошие ребята. Пытались заниматься и малым модельным бизнесом, производили резиночные втулки и лопасти, таймера, трубы и еще много чего, делали немного бойцовые моторы, но перестройка нас убила. Организовал фонд поддержки модельных видов спорта, разработал программу их поддержки, пытаясь поставить работу на новые рельсы. На фабрике, где я работал, с моим участием разработали и внедрили в производство модель с мотором на СО2. Пытались с братьями Олегом и Владимиром Дорошенко запустить в серию мотор Квик-500 6,5, разработал полный комплект КД, до сих пор рулон калек дома хранится. Доработался до того, что был переведен в Москву в Министерство, так и продолжаю работать, что отнимает практически все время и силы. Вся эта деятельность правильно заточила мозги, у меня есть авторские свидетельства на изобретения, подготовлены материалы для диссертации, но обстоятельства и несобранность не привели к её защите. В 2002 году В.В.Путин вручил мне удостоверение о награждении Государственной премией в области науки и техники.
А модели остались как любимое хобби, пытаюсь вернуться (и вернулся!) в спорт. Ещё занимаясь планерами, я заглядывался на таймеристов и таймерную технику, особенно в украинском исполнении. Бывал на сборах, кубках Антонова и других мероприятиях, где удавалось познакомиться и пообщаться, в частности со Струковым, Сычевым, Наконечным, Онуфриенко (в Киеве в «шахте» просил Виктора Михайловича помочь с моторчиками или хотя бы отливками ОМНС. Никто из «великих» этих малозначительных контактов не помнит). Начал строить серию таймерных самолетов с самодельными «монолитами», прорисовал и редуктор, но так и не завершил. С началом перестройки, новыми проблемами и задачами пришлось все оставить. Уже здесь, в Москве, в 2000г., когда стало полегче, приехал в МАИ к С.Макарову и М.Кочкареву, встретил и познакомился с Р.Таргамадзе, который и предложил окончательно натурализоваться в F1C и конкретно заняться редукторами. Выступил на ЧР с моделью А.Михайленко и процесс пошел. Витя Онуфриенко представил меня отцу, он обещал помочь, заинтересовавшись моими разработками. Помог моторами и советами, но об этом дальше.
Буду понемногу отвечать на вопросы и комментировать по возможности. Для начала необходимо определить основные принципы. Когда я показал В.П.Струкову свои исследования для экспертной оценки, я подчеркнул, что этот НТП - результат моей деятельности и я претендую в части новых решений на оформление и защиту интеллектуальной собственности (НОУ-ХАУ), хотя понимаю, что в модельной среде это пока не практикуется. Пример – судьба патентов Владимира Данилюка.
Про редуктор: Редуктор - это совершенно обыденное явление в технике, это и велосипед, и трактор, и автомобиль, и самолет , и вертолет,… часы, любой прибор, привод, машины и оборудование.
На необходимость (целесообразность) применения редуктора в авиамодельной технике указывал еще А.Болонкин в книге «Теория полета летающих моделей» 1962г. (!) см.стр.75-76 «…на малых скоростях при высокооборотном моторе низкие К.П.Д. (винта) - обычное явление. Причина этого прежде всего в низких значениях «лямбда» (относительная поступь) на малых скоростях (модели) и высоких оборотах … Подобная же проблема существовала и в большой авиации, когда стремление повысить мощность двигателя привела к быстрому росту их оборотов. Решена она была, когда ввели в конструкцию мотора редуктор, понижающий число оборотов на валу …».
Другой известный мне материал по исследованию авиамодельных воздушных винтов – серия статей в журнале «Моделяр» (Чехия) в 1985г., автор которой напрямую говорит о целесообразности применения редуктора и в своем анализе остановился именно на редукторе с передаточным отношением 1:4 ( 0,25).
Также смотри патент РФ № 1601917 от 12 апреля 1988г. Владимира Данилюка на планетарный одноступенчатый редуктор, установленный в авиамодельный двигатель, понижающий обороты воздушного винта в 4 раза.
Этот перечень можно продолжить – например электролетчики давно и серьезно работают в этой теме – у них электродвигатели быстро крутятся, надо понижать обороты винта. Фамилия Собакин должна Вам быть известна.
Но главное свойство редуктора – не понижение оборотов, а пропорциональное ему увеличение крутящего момента, что позволяет мотору вместо 2х лопастного винта диаметром 180 мм крутить 2х лопастный винт диаметром до 360 мм или 3х лопастный диаметром 290-300мм. При этом реализуется еще одно важнейшее свойство: вспомним из модельной литературы по двигателям, что кривая внешней характеристики мотора 2,5 см3 (зависимость мощности от оборотов) имеет максимум на 35 тыс. об/мин. На моторе без редуктора это достигалось только применением резонансной трубы, а мы это получили легко, получив при этом эффективный винт большого диаметра, обеспечивающий стартовую тяговооруженность таймерной модели 3,5 – 4 (отношение тяги к весу). То есть в комбинации мотор-редуктор-винт получили принципиально новое качество. Правда здесь затаилась и серьёзная опасность, но об этом позже будет отдельный разговор.
Короче все сошлось, время пришло и стараниями ВЕ (и других украинских таймеристов) процесс пошел. ВЕ видимо пробовал разные передаточные отношения и компоновки – я видел фотографии. Мне тоже казалась целесообразной редукция 1:3 или чуть меньше, но когда я это осмыслял, то не мог предположить, что мотор удастся раскрутить до 33 тыс. на земле. Я ориентировался тысяч на 28. При редукции 1:3 это дает 9,3 тыс. на винте, а 32 тыс. при 1:4 дают 8 тыс. оборотов винта. Но винты то разные по диаметру!
Литературы по редукторам, в т.ч. планетарным очень много. Я пользовался справочным изданием Кудрявцева и др. «Конструкция и расчет зубчатых редукторов», Ленинград, изд. Машиностроение» 1971г.
Смотри таблицу III. 3 Кинематические схемы планетарных редукторов 2К – Н
Обознач.I (схема с остановленным венцом) i = 1 – iHab) диапазон i от3до 9 (здесь и наш 1:4)
Обознач.II (схема с остановленным водилом) i = Hab диапазон от2до8 (крутит винт в обратную сторону, передаточное отношение на 1 меньше, т.е. при тех же зубчатых деталях будет i = 3 c винтом левого вращения);
Обознач.III (схема с остановленной центральной шестерней) i = - (1 – iHab)/ iHab диапазон от1,33 до 1,5
При этом приняты условия:
1) условие соосности Zb – Za = 2Zg (все передачи могут быть выполнены без коррекции)
2) условие размещения сателлитов или выбор количества сателлитов
Za + Zb/ Ap = целое число
3) условие минимальной виброактивности передачи:
Za/Zg, Zb/Zg, Za/Ap, Zb/Ap не имеют общих множителей

Где Za число зубьев центральной шестерни
Zb число зубьев венца
Zg число зубьев сателлита
Ap число сателлитов

При этом передаточное отношение для схемы с остановленным венцом
i = 1 – iHab = 1- ( - Zb/Za) = 1 + Zb/Za
Например для ныне распространенного украинского редуктора
Zb = 63
Za = 21
Zg = 21
i = 1 + 63/21 = 1 +3 = 4
63 – 21 = 2х21 = 42 условие соосности выполняется
Ap = 3 Проверим ( 21 + 63)/3 = 84/3 = 28 целое число, -условие выполняется
63/21, 21/21, 63/3, 21/3 имеется общий множетель 1/3, условие минимальной виброактивности не выполняется.

Проверим тот же редуктор с четырьмя сателлитами
i = 1 + 63/21 = 1 + 3 =4
63 – 21 = 2x21 = 42 условие соосности выполняется
Ар = 4 Проверим (21 + 63)/ 4 = 84/4= 21 целое число,- условие соосности выполняется
63/21, 21/21, 63/4, 21/4 отсутствует общий множитель, условие минимальной виброактивности редуктора выполняется.
Ещё одно важнейшее свойство планетарного редуктора – многопоточность передачи крутящего момента с ведущего вала. Количество потоков мощности соответствует количеству сателлитов, участвующих в зацеплении. И этот аспект также прекрасно лёг в мою концепцию, - количество лопастей, воспринимающих свою долю крутящего момента с вала, должно соответствовать количеству сателлитов или быть им кратно. Это подтверждено нашей практикой – с переходом на 3-х сателлитном редукторе на 3-х лопастной винт, резко снизилась вибрация. А 4-х сателлитный редуктор позволит вернуться к 2-х лопастному винту большого диаметра или более совершенную компоновку с 4-х лопастным винтом. (У меня есть такой редуктор с редукцией 1 : 3,52и 1:4).
Исходя из этих условий я просчитал возможные варианты передач в интересующих нас габаритах, передаточных отношениях, модулях 0,5мм и 0,4мм и свёл их в таблицы, которые показал В.Струкову.
Из них на сегодня изготовлены реально и опробованы на моторах
Венец 63 зуба модуль 0,5
1 : 4 ; 3 сателлита – летает половина таймерного мира на редукторе ВЕ с 2х ,3х и
4х лопастном исполнении. На «Форе», «ЗАЛПе» тоже стоит этот редуктор.
1 : 3,52, 4 сателлита – изготовлен по моей КД совместно с А.Михайленко, работает в 2х и 4х лопастном исполнении
1 : 3,33 ; 3 и 5 сателлитов – изготовлен по моей КД совместно с А.Михайленко, я испытывал 5-ти сателлитный вариант с 2х лопастным винтом, работает без вибрации. В.Сычев держал его в руках и подтвердил, что лучшего по уровню вибрации редуктора не видел.
Венец 61 зуб модуль 0,5
1 : 3,1034 ; 3 сателлита – я пускаю модель с этим редуктором с 2х лопастным винтом и пока преимуществ не получил. Сейчас заказал 3х лопастную ступицу и попробую еще полетать. Сейчас 3хлопастный вариант такого готов.
Венец 72 зуба модуль 0,4
1 : 4 ; 3 сателлита – это самый первый мой редуктор на котором я полетел на 2х лопастном винте диаметром 320 от ВЕ, пробовал и другие винты, получалось даже лучше. Сейчас переделываю ступицу под 3х лопастный винт .
Венец 71 зуб модуль 0,4
1 : 3,84 ; 3 сателлита – этот редуктор (зубчатые детали) я изготовил для В.Сычева, он эту схему подобрал с какого-то готового авиационного прибора, проверка по моей методике подтвердила соответствие условиям (см. выше ). Он с ним хорошо взлетал.
1 : 3,29 , 3 сателлита – этот редуктор изготовлен В.Сычевым, стоит и на моей модели, но попускать не смог.
Еще В.Сычев делал редуктор 1: 3,86 модуль 0,5 и говорит, что все хорошо и редуктор надо делать с модулем 0,5. Это правильно в том смысле, что это значение модуля 0,5мм проще в исполнении и требует больших зазоров для хорошей работы. Но большой зазор при повышенной вибрации это уже не хорошо. При этом модуль 0,5мм значительно увеличивает габариты и массу редуктора. Так венец 72 зуба с модулем 0,5 у ВЕ имел габарит 42мм .
Вариантов по этим таблицам слишком много, тем более, что смысл всегда один и тот же, в конце концов 3,52 ; 3,84 ; 3,86 это всё одно и тоже и ничего принципиально нового не даёт: если крутящий момент мотора 0,27 н х м, то на водиле будет (с учетом к.п.д. редуктора 0,925) 0,27 х 3,52 х 0,925 = 0.88 н х м; 0,27 х 3,84 х 0,925 = 0,96 н х м; а для редуктора 1:4 будет 0,27 х 4 х 0,925 = 0,99 н х м.Это значит: 0,88/0,99 = 0,9 ( 90%), т.е. винт будет на 10% меньшего диаметра.
А что я пытался решить, выйдя на 77 зубьев венца с модулем 0,4 ? Когда я строил эти таблицы, то увидел, что в каждом венце имеются несколько вариантов редукции, т.е. на одном моторе и одной модели можно менять водила и винты и практически сравнивать результаты (например по высотомеру). Венец 77 зубьев м = 0,4 имеет те же габариты, что и венец на 63 зуба м = 0,5, т.е. встает на мотораму и модель без доработок, но в нём реализуется максимальное количество вариантов редукции от 2,7 до 4,2 (смотри таблицу), что чрезвычайно важно для оптимизации и чистоты эксперимента. Если интересно, ниже покажу, что из соотношения КПД и относительной поступи винта (аналогично соотношению цена-качество) наиболее оптимальна редукция 2,7 – 3. Но у него будет меньше стартовая тяга на земле (тяговооруженность), но зато не так сильно падает тяга с ростом скорости. Его надо ставить на «раскладушки», т.к. у них сопротивление меньше. Вот такая моя концепция.
История всегда длинная и витиеватая. В настоящий момент у меня прекрасные творческие взаимоотношения с Е.Т.Вербицким. Но в начале этого пути установить такой контакт сразу не удалось, все-таки это его НОУ-ХАУ. У меня с ЕТ вышла такая история: они с О. Кулаковским приезжали года 3-4 (уже лет 10) назад в Орел на ЧР – этап кубка Мира, Витя Онуфриенко пошел к нему по делам и я попросил, чтобы ВЕ нашел время встретиться и обсудить (эти) мои материалы. Может он был не в настроении или уставши или ещё что, короче послал… А думаю зря, может вышел бы толк. Хотя повторяю: редуктор уже есть, он состоялся, работает, весь мир на нем летает и это редуктор Е.Т.Вербицкого. Другого не дано, и это правильно. Три там сателлита или четыре, это не важно, так же как от раскраски результат полета модели не зависит. А совершенство пределов не имеет.
Мой друг В.С. Иванов, мой однокашник по КАИ, старый казанский таймерист (он сейчас тоже в Москве) по этому поводу мне сказал: «..ты опоздал со своим редуктором..». А я ему ответил, что никуда и не спешил. В конце концов наш «муделизм» совершенно смешное для остального народа хобби, ни ресурсов, ни наград, одни проблемы. А для меня это отдых, встречи друзей, смена обстановки радость полета и адреналин соревнований. И я искренне благодарен В.П.Струкову, что он помог мне войти в таймерный спорт и продолжает помогать. И я в знак благодарности помогал ему чем мог, в т.ч. и информацией.
Кстати, в науке ТММ (я её тоже проходил 35 (40) лет назад (но книжки вспоминать полезно) есть раздел по самоустанавливающимся механизмам (это одно из направлений их совершенствования), так там рассматривается трехсателлитный редуктор. Сычев например тоже понимает только трехсателлитный редуктор, приводя в пример трехногую табуретку (Три точки всегда определяют плоскость). Но в жизни все стулья, кресла и столы четырёхногие!
Всё должно определять его величество Эксперимент!
(С уважением Сергей Савухин. 30 сентября 2008 г. 13 – 17 октября 2008 г.)

Часть 2
Ещё немного поговорим о редукторе и далее перейдём к винту и мотору.
В предыдущей части мы не коснулись понятия КПД редуктора. Литературой, на которую я ранее ссылался, определено, что КПД одноступенчатого планетарного механизма по схеме 2К – Н составляет 97,5% (0,975).Справочник по допускам зубчатых деталей определяет КПД в зависимости от степени точности 0,985 для высокоточных и 0,975 для точных. (Хотя здесь есть вопрос – в нашем редукторе в соединении работают 5 деталей, а справочник рассматривает пару). Думаю, что 0,95 можно смело брать.
Это нам пригодится для анализа воздушного винта с точки зрения соответствия его момента сопротивления крутящему моменту мотора с редуктором.
Значение М крутящий мотора я получил расчётным путём, а Л. Фузеев его измерял на моментном стенде. У нас получилась одна и та же цифра 0,27 нм. Это значит на выходе редуктора (в нашем случае на водиле) крутящий момент будет:
Мкр.водила = КПД х передат. отношен. х Мкр.мотора
Мкр.водила = 0,975 х 4 х 0,27 = 1,05 нм

Сравним: Мкр. = 0,27 нм крутит винт 180 х 70
Мкр. = 1,05 нм крутит винт 320 х 260 (обороты снижаются в 4 раза, это важно!)
Соответственно и стартовая тяговооруженность возросла в 3 раза (здесь зависимость нелинейная).

Далее – теория эвольвентного зацепления рассматривает ещё один из важнейших параметров: плавность хода, определяя его как отношение длины линии зацепления к шагу зубьев. При этом численное его значение не должно быть меньше 1,2. Теоретически для редуктора 61-21-21, м=0,5 мм это составит 2,3 6 1,57 = 1,46. Больше 1,2, это хорошо, но здесь плохую роль играют зазоры, погрешности изготовления, деформации температурные и упругий изгиб зубьев, износ. При принятой на практике величине радиального зазора 0,2 х м = 0,2 х 0,5 = 0,1 мм и суммарно по боковому зазору до 0,1 мм имеем суммарно 0,2 мм, что составляет 25% толщины зуба, т.е. фактически длина линии зацепления сокращается на 25% и будет составлять2,3 х 0,75 = 1,725 мм, тогда отношение будет уже 1,725 6 1,57 = 1,099. А это уже меньше1,2. Учитывая, что мы имеем стандартный угол зацепления 20 град., Сos 20 град = 0,935, тогда шаг будет 0,935 х 1,57 = 1,468 и отношение примет вид 1,725 : 1,468 = 1,176 – и это меньше 1,2. Физический смысл этого понятия означает, что при скольжении зубьев друг по другу, ещё не разомкнулась одна пара, а уже вошла в зацепление вторая. Если это условие не выполняется, то существует такое положение зубьев, при котором одна пара уже вышла из зацепления, а вторая ещё не вошла в зацепление, что ведёт к удару. Эти рассуждения касаются пары колёс. Думаю, что в планетарном механизме с 3 сателлитами, где одновременно работают 6 контактных линий, такая ситуация вряд ли реализуется. Но учитывая, что наш редуктор – экстремальный по всем удельным параметрам, что мы исходим из необходимости реализации условий работоспособности, технологичности, эксплуатации с недостатком смазки, что ведёт к повышенному износу, а также имеем существенные неконтролируемые погрешности изготовления и т.д. и т.п., то получается, что мы всё время ходим по краю… (что имеем, то и имеем: слышал даже выражение в адрес редуктора F1C – вибромашинка). Кстати – при увеличении числа сателлитов этот эффект смягчается.
Но главное здесь – максимальное внимание к точности изготовления зубчатых деталей, точности расположения и отсутствия перекосов осей в водиле, реализации эффектов самоустанавливаемости деталей (например за счёт люфтов в подшипниках).
Модельные технологии – то есть делать редуктор на раздолбанном фрезерном станке в подвале, - это тупиковый путь. Реализовывать промышленные технологии – сложно и дорого.

Ещё несколько цитат из ГОСТ 9178-81 и справочника по допускам зубчатых передач.

Для достижения качественной работы передачи преследуются цели:
1) обеспечение кинематической точности;
2) обеспечение плавности работы;
3) обеспечение контакта зубьев;
4) обеспечение бокового зазора.

Пояснения:
1) кинематическая точность является основным требованием для планетарных передач с несколькими сателлитами (наш случай);
2) плавность работы – это основное требование для высокоскоростных передач (наш случай , у нас Vокружн. больше 35 м/сек);
3) полнота контакта имеет большое значение для высоконагруженных передач (наш случай – высокие удельные нагрузки );
4) величина бокового зазора – необходима для размещения слоя смазки, компенсации изгиба зубьев, температурных деформаций, погрешностей изготовления и сборки, износа;

Технологически:
1) кинематическая точность обеспечивается за счет малого радиального биения зубчатых деталей, обработки на прецизионных станках, от точности зубонарезного инструмента;
2) плавность хода повышается после шевингования колёс и притирки;
3) контакт зубьев зависит от настройки станка и точности заготовки (торцевое и радиальное биение ). Контакт улучшается после притирки;
4) боковой зазор не зависит от точности зубообработки, определяется величиной межосевого расстояния в передаче и толщины зубьев.

Всё это надо комбинировать и осмыслять по всем параметрам.
Я делал это так: из определённых ГОСТом 12 степеней точности я выбрал 5-ю и по величине гарантированного зазора норму - Е (по старому – между нормальным зазором Х и увеличенным зазором Ш) с допусками на нормы кинематической точности 7…10 мкм. Хотя можно брать и 6 и 7 , но нужно помнить наши особенности – высокооборотность, высокие удельные нагрузки, требования к технологии изготовления, сборки и эксплуатации. Больше я в чертеже нечего нормировать не стал, да этого ГОСТ и не требует. Все параметры стандартные и определяются технологом на уровне 5 степени точности по всем нормируемым параметрам, обеспечением точности заготовки, прецизионным оборудованием и шлифовкой зубьев.
Например, вероятный максимальный зазор для м = 0,1 … 0,5 мм для нашего межосевого расстояния (до 12 мм) для вида сопряжения Е, степени точности 5 составляет 63 мкм. Для 6 – Е тоже 63, 7 – Е и 8 – Е будет 70, 10 – Е будет 80.
(Но не 100 и более как у нас!)
Допуск межосевого расстояния составляет 30 мкм. Это надо раскладывать по всем 4-м отверстиям водила, скажем 10 на посадку центрального подшипника, 10 на расположение сателлитов и по 5 мкм на радиальное биение подшипников.

И последнее, что говорят справочники и подтверждает опыт и практика:
степень точности 5 (прецизионные колёса) применяют при окружной скорости до 35 м/с (наша цифра: больше), КПД достигает 0,985, метод нарезки зубьев – обкатка на прецизионных станках, финишная обработка – тщательное шлифование, далее притирка или шевингование, полирование. Шероховатость не более 0,63мкм (Ra). Учитывая термообработку деталей до HRC50 приработка ничего не даёт.

По конструктивному оформлению:
Я свой редуктор сделал с 2-х опорными сателлитами и поставил центральный сферический 2-х рядный подшипник 6х19. Но теперь опыт эксплуатации моих и (украинских) редукторов показал, что консольный сателлит на оси диаметром 3мм прекрасно работает и значимой деформации оси нет, а если и есть, то она работает на самоустанавливаемость сателлита. Но насколько проще и технологичнее конструкция!
Также опыт эксплуатации показал, что применение 2-х однорядных или одного 2-х рядного подшипника для установки водила на вал также не требуется. Прекрасно работает один (6 х 15, 8 х 16 и др.) при этом его люфты обеспечивают эффект самоустанавливаемости в пределах зазора зубьев, чего я достигал установкой сферического подшипника.
Хорошо бы установить один подшипник и в сателлите, что обеспечивало бы его самоустанавливаемость за счет люфта (сейчас он жестко сидит на паре подшипников). Например один подшипник 3 х 7 без бурта. Это усложнит конструкцию – надо расточить сателлит с упором и замкнуть подшипник пружинным кольцом, как поршневом пальце. Идеальный вариант – совмещённый сателлит – подшипник. Но это такой «геморрой»!. Хотя совмещённый вал на моторе уже никого не удивляет.
Ещё в моём редукторе сделана мягкая подвеска ступицы винта на водиле – с целью развязать жесткие связи винта и редуктора. Но Вы решили эту проблему проще – установили упругий элемент (сайлент – блок) в узел подвески лопасти. Работает прекрасно, просто заменяется, а в моём часто «летели» упругие элементы и я сделал их более жесткими из лески для стрижки газонов. Простояли весь сезон.

Теперь по поводу вибрации и кто и как с ней борется. Это отдельная самодостаточная проблема и мне кажется она практически решена (3 –х лопастный винт на 3-х сателлитном водиле, упругая подвеска лопастей и т. д.)
Наша ВМУ (винтомоторная установка) – это целенаправленно спроектированная система, в которой слились три источника вибрации:
1) 2-х тактный одноцилиндровый двигатель, который в принципе нельзя сбалансировать в «ноль» (можно добиться циклической равномерности на рабочем режиме);
2) редуктор – тоже источник вибрации, смотри всё, что сказано выше;
3) воздушный винт – это генератор сложной нестационарной вихревой системы, которая в динамике не сбалансирована (не знаем мы как формируются и сходят вихри, тем более, что винт всё время работает в разных условиях при разгоне модели).
В системном плане идеально было бы сделать эти вибрации разнонаправленными, чтобы они друг друга взаимно поглощали (а ведь могут и в резонанс входить!), но это маловероятное событие и без станка динамической балансировки этого не сделать и фантазировать здесь бесполезно.
Хотя чуть – чуть можно:
Рассмотрим2-х - тактный одноцилиндровый мотор как несбалансированную динамическую систему. В теории динамической балансировки как контролируемый и регулируемый параметр рассматривают положение главной центральной оси инерции (ГЦОИ). Физический смысл её – это ось, вокруг которой крутится динамическая система и не совпадающая с геометрической осью симметрии вращающегося тела. Перекос ГЦОИ от оси симметрии даёт дисбаланс. Задача – вогнать ГЦОИ в ось симметрии или обеспечить минимально допустимый перекос. Основное правило динамической балансировки – это расположение балансировочных грузов на двух разнесённых плоскостях, перпендикулярных оси вала. Если рассматривать первую плоскость – как щеку вала (мы её фрезеруем, пилим для статической балансировки), вторую надо рассматривать перед носовым подшипником.
Раньше её у нас фактически не было (опорной шайбы и кока недостаточно). А теперь есть, это развитая поверхность – водило редуктора. Только крепиться оно должно не произвольно по углу, а всегда фиксированно, например по шпонке или риске. Для этого я сделал раздельно стопорную шайбу (которую охватывает стопорная пружина), только на малом самоклинящемся угле с торцевыми пазами на цанге для фиксации по выступам с центральной шестернёй. При этом если водило снимается с вала, стопор на цанге всегда остаётся на валу и водило можно ставить в фиксированном угловом положении. Стопор снимается только специальным съёмником. Но дальше нужно определить в каком месте на водиле и какой величины нужно ставить балансировочный груз, а это можно сделать только на балансировочном станке. Сейчас по моему мнению дисбаланс вполне приемлем,- конструктив и 3-х лопастный винт на упругой подвеске сделали своё дело.
Дальнейшее повышение точности редуктора только улучшит дело.
Мы же уже привыкли, что мотор – это прецизионное устройство, где реализуются микроны, учитываются температурные деформации, линейное расширение, подобраны материалы. Всё это относится и к редуктору.
Балансировка 3 –х лопастного винта практически сводится к полной идентичности лопастей по массе, положению центра масс, углу установки, профилю, крутке, что реально делается в одной форме по одной мастер-модели. И главное – упругой подвеской лопастей. Хотя это тоже слабое место, втулка может быть сделана с перекосом, разбивается неравномерно…
Идеал недостижим, но работоспособная техника уже сегодня эксплуатируется всем таймерным миром. В конце концов мы же подвешивали раньше жесткие баки на упругих кольцах, чтобы от вибрации топливо не пенилось. Также и сейчас можно закрепить мотораму на модели и таймер, чтобы не ломалась шестерёнка, тоже можно закрепить упруго.
( С уважением . Ваш Сергей Савухин. 16 октября 2008 г.)
Часть 3

Ещё раз о системе
Думаю, что мы уже определились, что ведём речь не о моторе и редукторе и винте, а о системе мотор-редуктор-винт, созданной с целью увеличения крутящего момента для использования воздушного винта с большим диаметром, большим шагом, с большим КПД. Тем самым мы обеспечиваем большую тяговооруженность и большее ускорение на взлёте (в словах «большим» ударение на «о»). Наибольший кинематический эффект даёт схема 2К – Н с остановленным венцом внутреннего зацепления, что мы и имеем, закрепляя венец на приливе картера. Также там хорошо скомпоновались и старые прилады – пружинный стопор и т.д. Вал диаметром 6мм мне кажется тонковат, это тоже вклад в копилку повышения вибрации. Известны и случаи обрыва вала. Хорошо сюда встанет вал диаметром 7мм (с внутренней резьбой М5 для кока) и подшипник на водило7 х 14 вполне потянет. Я помню, его широко применяли свердловские воздушные бойцы в качестве носового подшипника. Смазка редуктора пока решается впрыском смазки в полость редуктора перед запуском, а также сбросом топлива после перезалива мотора не за борт, а в редуктор. Можно использовать эффект травления топлива через вал, но мотор теряет мощность и режим, жалко.
Сам мотор оптимизирован в настоящее время, согласен с Вашими словами относительно ЗАЛПа, что моторчик получился неплохой. Тем более, что и конкуренты не дремлют – и ВЕ и таймерная ФОРА . Я лет 25 – 30 назад интересовался F2C (даже занял 3 место на областных соревнованиях) – мне и теперь гоночные моторы кажутся самыми совершенными. Понятно, что цели и задачи решаются другие, вот и мотор получился другой. Раньше мне казалось, что хорошо бы и на таймерном моторе сделать заднее всасывание, т.к. повышение оборотов – это повышение частоты. Газодинамика мотора – это не струйное течение газа по каналам, а при таких оборотах (частотах) это волновые процессы, т.е. длина волны сокращается и газовый тракт должен быть короче и кратен длине волны. С другой стороны мы топливо и вес не экономим. Вал и подшипники всё равно нужны. И главное, что я понял, что полый вал большого диаметра (Д внутр. не менее 10мм и объёмом полости не менее 2,5 см3), где происходит начальное смесеобразование, обеспечивает полноценное последующее замещение ею смеси в полости картера при перепуске. При этом обеспечивается эффективная смазка нижней головки шатуна и коренного подшипника, да и переднего тоже. Потом сама формула – диаметр 15 на ход 14 в редукторном варианте фактически нивелирует преимущества длинноходных моторов по крутящему моменту. Сравним: длинноходные NELSON и VE позволяли применять чуть большие диаметр и шаг (до 5 мм). Редуктор же эту разницу свёл до минимума:
М кр. = 0,27 х 4 х 0,975 = 1, 053
М кр. = 0,275 х 4 х 0,975 = 1, 073
Смотри, например, как преимущества длинноходного мотора по М кр. нивелируются «плохим» редуктором с низким КПД = 0,95. М кр. = 0,275 х 4 х 0,95 = 1,045 ( что меньше 1, 053).
Хотя NELSON (диам. 14,5) и VE (диам. 14,75) и его предшественник ТЕРМИК (его В. Струков хорошо помнит) дают чуть большее значение Мкр. И это даст эффект при достижении максимума – максиморума (подготовки экстремальной модели к ЧМ например).
Механическая машинка получилась очень хорошая, вряд ли целесообразно здесь что- либо трогать.

А вот воздушный винт в этой системе ключевой элемент. И это уже совсем другая механика – аэро. Тут надо вспомнить, что основной закон аэродинамики - закон Бернулли это тоже форма закона о сохранении энергии, что винт- это преобразователь энергии, что энергия в газе передаётся вихрями, что винт – это генератор вихрей, что не бывает универсальных систем и в том числе винтов. Что система решает только конкретную проблему и поэтому на одном и том же моторе может быть один винт для максимальной скорости, другой для максимальной дальности, третий для максимальной скороподъёмности или ещё для чего. И проблему надо решать конкретно. Классики (Ильф и Петров) отсутствие системного подхода сформулировали просто и очень правильно: «Они сами не знают чего они хочут».
Чего мы хотим? При системном анализе проблемой называют несоответствие имеющегося состояния системы желаемому. Наш спорт не на высоту взлёта, а на продолжительность полёта. При прочих равных всё же дольше пролетит тот, кто выше взлетит. Вот здесь и пороем. Что для этого важнее, скорость или скороподъёмность? Про скорость мы уже говорили, этим занимаются скоростники, и винты их мы знаем. Они должны пролететь с максимальной скоростью 10 кругов, т.е. на стационарном режиме скорости.
Наша задача – за 5 секунд вертикально разогнаться от скорости броска (3 – 5 м/сек) до максимальной скорости (35 и более м/сек) на нестационарном режиме скорости. То есть речь идёт об ускорении, т.е. скороподъёмности. Что обеспечивает возможность вертикального ускорения? Превышение фактического ускорения взлёта модели над ускорением силы тяжести g («жэ»). То есть речь идёт о тяговооруженности: во сколько раз тяга превышает вес: например m x a / m x g = a / g = 4, т.е. показывает что ускорение взлёта больше ускорения силы тяжести в 4 раза. При a = g ускорения нет, движение равномерное, без разгона. При а меньшем g скорость падает (ускорение отрицательное). Теперь надо разбираться как максимально увеличить стартовую тягу, чтобы увеличить тяговооруженность. При этом впоследствии окажется , что стартовая тяговооруженность тоже не константа, а тяга винта падает по мере роста скорости модели.
Тем не менее продолжим:
Из книжек, что мне удалось прочитать по воздушным винтам, в основном конечно авиамодельным, разработчики и исследователи винтов – это не теоретики, а испытатели и аналитики. Теория одна – винт это движитель, преобразует энергию вращения винта в энергию поступательного движения. Я воспользовался простенькой книжкой Людвига Прандтля, известного немецкого аэродинамика, где он на закате жизни с максимальной простотой изложил непростые вопросы. Для оценок он ввел некоторые основные понятия. Так как винт рассматривается как движитель, а фактически – преобразователь энергии: через крутящий момент в силу тяги, а через скорость – преобразование скорости вращения элемента лопасти на эффективном сечении (на 0,75 R) в скорость полёта самолёта (ЛА), то для этого основного параметра введена относительная единица (обозначение  «лямбда»), названная относительной поступью, как отношение поступательной скорости ЛА к скорости кругового движения элемента лопасти:

 = Va/Vur , откуда скорость ЛА будет Va =  x Vur

Отсюда напрашивается простая геометрическая интерпретация – чем выше Vur , тем большую скорость Va можно ожидать. Таймерная практика это всегда подтверждала - в «доредукторный» период шла борьба за увеличение оборотов, т.к.:
Vur = 2R n /60 = R n /30 , где n – число оборотов винта в минуту.
Дальше исследователи винта (речь идёт о конкретном винте и результатах его исследований) выявили интересные закономерности – то винт плохо работает, затем хорошо, а потом опять хуже и совсем перестаёт тянуть – и это один и тот же винт, на одном и том же моторе и ЛА, но при разных скоростях полёта (или продувки в трубе). И с моментом сопротивления та же история – то момента мотора не хватает чтобы провернуть винт, то он вдруг становится избыточным и мотор раскручивается.
Дальше результаты испытаний описываются цифрами и облекаются в формулы. Но это опять же не теория фундаментальных свойств материи, а простые аналоговые эмпирические формулы, связывающие результаты опытов с параметрами исследуемого объекта и среды, неких величин, от которых они зависят.
Так мы привыкли описывать подъёмную силу и (лобовое) сопротивление ЛА формулами:
Y = Cy  v2/2 Sнесущ.
X = Cx  v2/2 S миделя
При этом Cy и Cx некоторые опытные коэффициенты, полученные в приведённых условиях и приводимых к реальным , v, S с погрешностями и поправками.
Также по результатам опытов описываются и рассматриваются сила тяги и момент сопротивления винта:
P = Kt v2/2 Sометаемая ,
где Kt – коэфф. тяги, Sометаемая = Д2/4 =  R2 – площадь круга, ометаемого винтом
М сопр. = Кс v2/2 R2 х R
Эти эмпирические формулы показывают, что сила тяги прямо пропорциональна коэффициенту тяги, кинематической вязкости воздуха , половине квадрата скорости эффективного сечения лопасти (см. выше), площади круга, ометаемого винтом или квадрату диаметра (радиуса винта), при этом эти два выражения должны решаться совместно, (т.е. сможет ли редуктор с Мкр. =1,05 (например) провернуть винт заданного радиуса и на каких оборотах). Радиус винта и обороты понятны и измеряемы, а что такое Кt и Кс? Оказалось, что это совершенно хитрая характеристика, снимаемая с результатов продувки как зависимости Кt от  и Кс от  также, как например Су и Сх от «альфа» (угла атаки). Точно также как по поляре видно на каких углах профиль несёт, на каких Су максимум, на каких подъёмная сила пропадает, также и эта кривая показывает при каких значениях относительной поступи Кt максимальный(при  = 0), как он падает (нелинейно) с ростом относительной поступи и как обращается в ноль при  = 0,35 и дальше работает как ветряк, т.е. винт не тянет, а крутится как ветряная мельница. (Цифры эти Прандтль дал для двухлопастного винта с похожим на наш углом установки, остальные параметры относительные).
При этом КПД винта изменяется от 0 до 0,8 (КПД 100% не достижим) при = 0,25 и дальше падает до нуля при  = 0,35, обнуляясь одновременно с Кt. Таким образом одновременное рассмотрение трёх этих зависимостей совместно ( Kt, Кс и КПД) от  позволяют оценивать величину Р и Мсопр. в зависимости от относительной поступи винта. Это важнейшие параметры винта, на их основе строят и используют известные характеристики семейств винтов. Удалось выявить устойчивую закономерность, описанную в разных единицах и разными словами всеми авторами литературы по винтам.
Как это использовать практически?
Из сказанного следует, что при  = 0 (работа винта на месте) Кt максимальный, а КПД минимальный, при  = 0,25 винт работает наиболее эффективно с максимальным КПД = 0,8 (80%), но при этом Кt примерно вдвое меньше стартового, при  = 0,35 винт перестаёт тянуть, Кt = 0, КПД = 0. Кстати В.П.Струков очень образно описал эту ситуацию: «модель сначала быстро уходит с руки, а потом будто в стену упирается». Одновременно с падением Кt падает и Кс (коэфф. момента сопротивления), поэтому мотор в конце взлёта и раскручивается!
Какой физический смысл этих выкладок? Тяга элемента лопасти это часть его подъёмной силы, а она образуется лишь на определённых углах обтекания профиля лопасти. В начале взлёта и в конце взлёта этот угол не оптимален.
Это очень наглядно интерпретируется геометрически. Чем хороша формула Прандтля для относительной поступи, - она является тангенсом угла «фи» треугольника скоростей:
Va/Vur =  = tg , где «фи» угол между векторами скорости эффективного сечения лопасти и скорости модели, это переменная в течение всего времени взлёта.
Vur рассматривается на радиусе 0,75R в зоне максимума эпюры распределения тяги по радиусу.
Рассмотрим параметры винта без редуктора:
n = 30000 об/мин
диаметр 176 мм, радиус 88 мм, 0,75R=66 мм
Vur = Rn/30 = 207,24 м/сек
Высота взлёта достигает 120 и более метров, средняя скорость будет составлять 120/5 = 24м/сек.
Если Vброска = 5 м/сек, тогда Vконечн. должна быть: (5 + х) /2 = 24, х=43 м/сек.
Практически эта скорость не достигается, т.к. при скорости примерно 35 м/сек наступает равновесие силы тяги и суммы силы сопротивления и веса. При этом  = 35/207 = 0,17. Значит винт работает в конце траектории при достаточно высоком КПД = 0,7 (0,8 это мах) и незначительном падении Кt от стартового значения. Потенциал «классики» не исчерпан! Но тяговооруженность такой ВМУ значительно меньше чем у редукторной, а создать большую тягу не позволяет низкий Мкр. Теперь посмотрим, что нам даст редуктор и в чём будет отличие от классики:
Nмот = 32000 об/мин, i = 1:4; Nвинта= 8000 . D = 320, R = 160, 0,75R = 120, Vur0.75 =100,5 м/сек. На какую скорость модели можно рассчитывать?
При  = 0,25 (КПД макс.) Va = 100,5 x 0,25 =25 м/сек
При  = 0,3 (КПД мин.) Va = 100,5 x 0,3 = 30 м/сек
Вроде маловато будет. Что же происходит? Вспомним, что момент сопротивления после 2-й секунды взлёта существенно падает и мотор раскручивается до 36000об/мин, т. е. Vur =113 м/сек, тогда Va =34м/с.
Уже похоже, но это только оценочная прикидка. Уточнённый счет даёт лучший результат, но не намного. (Ниже покажу, что прирост высоты здесь происходит не за счёт скорости, а за счёт ускорения).
Всё же винтомоторные установки «классика» и «редукторная» отличаются кардинально, но максимальная скорость модели не зависит от наличия или отсутствия редуктора, т.к. на максимальной скорости в обоих случаях происходит баланс сил и прекращается разгон модели и она летит на Vmax без разгона до остановки мотора. Так в чём же различие?
Модель без редуктора разгоняется от скорости броска 5 м/с до 32,5 м/с за 3,5 - 4 сек и её высота – это площадь под кривой функции скорость – время, в итоге высота в районе 120м. «Раскладушка» без редуктора за счёт снижения сопротивления разгоняется не менее 36 м/с и высота получается до 150м. Лёня Фузеев говорит, что у него скорость снижения 0,26 - 0,27 м/с, т.е. 150 : 0,26 = 577сек, примерно 10 мин Это чемпионские полёты, но и 140 : 0,26 = 538сек, почти 9 мин.
Редукторная же модель набирает максимальную скорость уже через 1,5 – 2 сек (это как раз время включения перебалансировки, что подтверждает факт падения силы тяги – модель опускает нос) и дальше поддерживает эту скорость до конца моторного взлёта. Хотя мы и слышим существенную раскрутку мотора в конце траектории, но это происходит при малых значениях Кt и скорость если и растёт, то минимально. Но главный и существенный прирост высоты иллюстрируется на аналогичном графике скорость – время за счёт большей площади под более крутым передним фронтом графика, разница составляет не менее 10-12%, что от 120м составит 12-15м, что даст высоту уже 135 и дополнительно до 1 мин полёта при скорости снижения 0,26м/с.
Это мы говорили о двухлопастном винте. А как же 3- х лопастный?
Графики зависимости Кt и Кс для 3-х лопастного винта я тоже В.П. Струкову посылал. Получается что при одном угле установки Кt 3-х лопастного винта относится к Кt 2-х лопастного примерно как 3 : 2 (может чуть меньше), что даёт ещё большую стартовую тягу и значение стартовой тяговооружённости и ускорения стартового разгона. Это кстати подтвердил Артур Кайчук своими замерами, подтвердив лучшие параметры Струковского 3 –х лопастного винта. Сильная раскрутка его винта в конце траектории показывает, что он чуть легковат и есть возможность его чуть подгрузить по шагу (что он уже сделал). Такой винт даст прирост на 15 – 20 %, т.е. будет уже 144м высоты, а на раскладушке ещё выше – думаю 160м и более.
Кстати заметим, что здесь нигде количество сателлитов не всплывает. Недавно звонил А. Самохвалов, рассказывал, что сделал редуктор на 2-х сателлитах, даже прикатал сателлиты с притирочной пастой и получил 35000, что тоже считает это своим ноу – хау.
И опять к КПД, степени редукции, скорости и ускорении. Снова обратимся к Болонкину, стр. 76: «…Увеличивая степень редукции, можно достигнуть и перейти область максимальных КПД. Следовательно для каждой скорости полёта существует наилучшая степень редукции. Определить её можно, задавшись  и  в области максимальных КПД и подсчитав по оборотам для  и  потребный диаметр винта и число оборотов…» (Здесь  аналог нашего Кt). Как это понимать?
Выше я показал, что у «классики» при скорости элемента лопасти на 0,75 R 200м/с и более и конечной скорости разгона 35м/с  = 0,17. А максимальный КПД винта показан на  = 0,25, т.е. винт не достиг зоны максимального КПД. А редукторный винт диаметром 290 (3 –х лопастный)на 0,75 R имеет 91,3 м/с при 32000 и при скорости 25м/с будет  = 0,249 (область максимального КПД), а при раскрутке до 36000 Vur = 102,4 и конечной скорости в 34м/с  = 0,332 (перешли область максимального КПД) и попали в область минимальных значений Кt. Помним, что при  = 0,35 Кt = 0 и при умножении на 0 тяга обнуляется, хотя и мотор работает и винт крутится. Это я опираюсь на график Прандтля, а когда поставлю высотомер и получу реальный график набора высоты и параметров скорости и ускорения на взлёте, получу реальную картину.
Так это к чему? А к тому, что степень редукции можно чуть уменьшить и не заходить далеко в область низких значений Кt и КПД винта. Это чуть снизит ускорение на старте, но позволит дальше разгонять модель на траектории. Это актуально для «раскладушки», т. к. у неё Сх поменьше чем у "классики" и она разгоняется по моим прикидкам до 40м/с. Поэтому Л.Фузеев заинтересовался этими моими разработками и приезжал смотреть мой редуктор 1:3,1034. Он считает эту степень редукции наиболее актуальной для «раскладушки». Я уже сделал реально несколько вариантов: указанная 1:3,1034 работает в венце на 61 зуб м=0,5, сделан 1:3,52 с 4-мя сателлитами и 1:3,33 с 5-ю сателлитами в венце на 63 зуба м=0,5. Толку пока никакого нет и наверное не будет на обычной модели, а «раскладушку» я ещё не пускал и когда руки дойдут не знаю. Всё же вышесказанное подтверждает, что не в максимальном КПД дело, а в возможности достичь максимального ускорения на старте, а это позволяет только максимальная редукция.
И опять это не всё. Правильно Болонкин пишет, что каждой скорости должна соответствовать своя степень редукции. Вспомним автомобиль: с места мы трогаемся с максимальной степени редукции (1-й передаче), при 30км/час перекличаемся на 2-ю, при 60 – на 3-ю и далее на прямой, а «на пятиступе» даже повышают. А мы на 1-й скорости пилим все 5сек и хотим высоко взлететь!
Но нам такую «коробку» не поставить, в авиации эту задачу решают ВИШи. Я этот проект вынашиваю уже с 2000 года.
(С уважением, Ваш Сергей Савухин. 21.10.2008 г.)

Продолжение Части 3
Вчера открыл почту, увидел записку Сергея о том, что он читает письмо и ждёт ответа на вопрос о четырёх сателлитах и сколько на них повесить лопастей.
Придётся опять вернуться к этому вопросу. На принципах системного подхода. Сначала надо сформулировать проблему. Какая у нас проблема? Вибрация разрушает модель? Нет. На данном этапе можно считать проблему вибрации на 90% решенной.(*)
Таймер ломается? Да, периодически. И у меня таймера ломаются. Вопрос решается заменой таймера и (или) его упругой подвески.
Цена вопроса? Практический опыт говорит, что 3/4 проблемы обычно решаются сразу (см.*), а оставшаяся часть долго и с большими затратами доводится до минимального уровня. Как я понимаю, мы имеем именно этот случай.
Для начала констатируем, что указанные 3/4 проблемы решены конструктивными решениями и применением 3-х лопастного винта на 3-х сателлитном водиле.
Дискуссии всегда уместны и рождают в споре истину, поэтому надо спорить. Возможность использования любого другого количества сателлитов в планетарном механизме я уже показал – это факт. Механизмы эти собираются и работают. Известны и механизмы с одним и двумя сателлитами. Теория самоустанавливающихся механизмов, т.е., в работе которых отсутствуют избыточные связи, рассматривает 3-х сателлитный редуктор и это тоже понятно хотя бы из объяснения В. Сычева о трёхногой табуретке.
Рассматривая дальше требования к реализации зубчатого зацепления, мы говорили о кинематической точности, плавности хода, контакте зубьев и боковом зазоре. Это также надо рассматривать при оптимизации редуктора.
Когда я осмыслял критерии расчета передачи, в том числе критерий минимальной виброактивности, я думаю, что этот критерий формулировался на основе анализа частотных характеристик передачи. Наверно понятно, когда происходит циклический процесс, то всегда есть минимумы, максимумы, переходы через ноль и это для реального объекта техники с вращающимися массами, зазорами и перекосами сопровождается вибрацией. При этом, как в случае украинского редуктора 63-21-21 с 3-мя сателлитами, и целым числом передаточного отношения, всё делится на 3 и повторяется строго циклически по фазам, оборотам и т. д. А вот разработчики рядов редукторов на которых ссылается справочник Кудрявцева, рассматривают передаточные отношения, которые не являются целыми числами, при этом критерий минимальной виброактивности, основанный на отсутствии общих множителей в выше указанных отношениях, явно указывает на то, что указанная строгая цикличность разбивается на гармоники и каждый новый оборот происходит в новом положении, с участием новых зубьев, что вибрацию, связанную с цикличностью рассыпает на мелкие гармоники и мы её перестаём ощущать как разрушительную стихию. Но от вибраций, связанных с погрешностью изготовления, повышенными зазорами мы при этом не избавляемся.
Например, когда я задался целью сделать редуктор 1:3, его можно получить в моём венце на 72 зуба без проблем, но с нарушением этого критерия, поэтому я выбрал схему с венцом на 61 зуб м=0,5мм, с 3-мя сателлитами по 16 зубьев с шестернёй на 29 зубьев. Получается i = 1+:61/29 = 1+2,1034.. = 3,1034…Число не целое, все критерии выполняются, сателлитов 3 как у всех (и вибрация всё равно есть). Зазоры, погрешности, тонкий вал, возможно дисбаланс винта и ещё много чего, все в наличии, хотя на руку я не ощущаю большого различия с стандартным украинским редуктором.
И всё же если бороться за чистоту и принимать все возможные меры, то их надо принимать. Чем хорошо соотношение 63-21-21. Сумма Za + Zb = 63+21=84
Выбор количества сателлитов опирается на условии собираемости:
(Za + Zb)/Ар – целое число, где Ар – число сателлитов.
Смотрим для 2х сателлитов: 84 : 2 = 42 - целое число, можно применять;
для 3-х сателлитов: 84 : 3 = 28 - целое число, можно применять;
для 4-х сателлитов: 84 : 4 = 21 - целое число, можно применять;
для 6-ти сателлитов: 84 : 6 = 14 - целое число, можно применять;
То есть можно ставить и3 и 4 и 6 сателлитов. Кстати на самолёте Як-18 стоит одноступенчатый планетарный редуктор с 6 ю сателлитами.
При этом помним, что 3 сателлита хорошо согласуются с 3 лопастями по принципу деления по числу сателлитов потоков мощности.
4 сателлита отвечают критерию минимальной виброактивности и хорошо согласуются с 2 или 4 лопастями, располагая их напротив сателлитов.
6 сателлитов не отвечают критерию минимальной виброактивности, но хорошо согласуются как с 3, так и 4 лопастями.
Ещё одно наблюдение – увеличение количества сателлитов улучшает плавность хода редуктора, это тоже понятно, т.к.4 сателлита одновременно участвуют в 2х зацеплениях как минимум. Также и избыточные зазоры, обусловленные плохим изготовлением компенсируются их уменьшением при увеличении количества зубьев, участвующих в зацеплении.
Есть и технологические и финансовые минусы: надо делать больше дорогих деталей, надо больше дорогих подшипников, больше работы, больше вес и ещё что-нибудь вспомните. Я сделал в венец на 63 зуба водило с i = 1 : 3,333 c пятью сателлитами на моторе VE от В.М.Онуфриенко. Заводил сам, В. Сычёв заводил и сказал при этом, что лучшего по уровню вибрации редуктора ещё в руках не держал. Но там стоят в сателлитах 10 подшипников 3х6 с буртиком ценой по 10 евро, итого 100, а по нынешним ценам ещё дороже будет. Вот и цена вопроса, и ответы на вопросы. Есть у меня и редуктор 1 : 3,52 с четырьмя сателлитами в 2х лопастном и 4х лопастном исполнении, я его хочу попробовать на "раскладушке".
Думаю надо сделать редуктор 1 : 4 с 4мя сателлитами под 2х лопастный и 4х лопастный винт и пробовать, не забывая про зазоры и другие требования. Работать будет.
То что он не работал у американцев (по словам В. Струкова), не понятно, что они имели в виду под словом «не работал». Об этом мы уже говорили.
(С уважением, Ваш Сергей Савухин 22 октября 2008г.)

25 октября 2008г.
Вчера посмотрел почту, прочитал ответ Сергея.
Благодарю за высокую оценку моего материала. Надеюсь, всё потихоньку встаёт на свои места и в головах и в делах, горизонты расширяются. Понял, что зерно соображения об амплитудных пиках при целых числах степени редукции и их распадение на гармоники при не целых значениях редукции упало на плодородную почву. Единственное «но» в том, что при каждом новом обороте вала водило смещается от исходного положения и винт будет останавливаться в разных положениях. Думаю, что это плохо в варианте 2-х лопастного винта, а при многолопастном винте этот эффект нивелируется.
Удивила бурная критика утверждения, что проблема решена на три четверти, на решение которой затрачено 10 лет усилий всей «таймерной» Украины и что оставшаяся четверть потребует ещё больших усилий. Ведь на 3-х лопастном 3-х сателлитном редукторе благодаря Вам успешно летает весь мир, это уже не экспериментальные полёты, а реальная практика. То есть, как и на «большом» самолёте или вертолёте вибрация присутствует, но от неё не отпадают крылья и головы пилотов. А что же оставшаяся четверть? И как с ней бороться? А это как «Жигули» и иномарка. И та и другая машины ездят, но иномарка без шума и тряски. И стоит она в десятки раз дороже, это цена качества. То же и нам предстоит. Другого пути техника не знает. Внедрение технического решения требует четверти (25%) ресурсов, а доведение его до совершенства требует ещё трёх четвертей (75%).
Вот о чём я говорил и что нам предстоит, если в это дело ввязываться. Потребитель моделей готов заплатить тройную цену? Думаю, что нет, закажет новую модель у ВЕ. Хотя по деньгам может и не выиграет, заказывая модель каждый год. И ведь всегда хочется новенького.
По поводу ощущаемой в 200мм за переходником вибрации,- да ощущаю. Более того я именно так эксплуатирую модель. У меня высокий стартёр на подставке, я держу её левой рукой за переходником, а правой рукой работаю пережимкой. Затем перехватываю правую руку как раз в эту зону и левой работаю с иглой (при необходимости) или грею мотор, глядя на тахометр. Толкаю модель я правой рукой в торец фюзеляжа, а левой держу фюзеляж за переходником, сдвигая кнопку. Получается достаточно точно, но навык нужен.
Теперь по поводу 2-х сателлитов. Есть такие конструкции, но это для тихоходных высоконагруженных передач. В нашем случае это блеф, отход от концепции совершенствования системы. Наша передача – совсем другое дело. Длинный тонкий вал фактически опирается через сателлиты на венец, вызывая вибрацию. А два сателлита будут не удерживать, а наоборот отгибать вал, ещё больше увеличивая вибрацию. Пробовать можно всё. Андрей Самохвалов даже прикатывает сателлиты притирочной пастой в сборе с подшипниками в составе редуктора, потом промывает и ставит новые подшипники и оси. (ноу-хау?) Но он при этом получает уже другой редуктор, а не тот, что прикатался. Есть даже устойчивое поверье, что приработанный планетарный редуктор разбирать нельзя. Это как раз об этом.
Теперь по вопросу где подвешивать лопасть – над сателлитом, или между сателлитами. Думаю, что над сателлитом. Потому, что есть такой основной принцип конструирования: оптимальная конструкция (по весу, прочности, жесткости) должна при проектировании исключить возникновение изгибающих моментов. Иначе масса металла, необходимого для восприятия перерезывающих сил (например растягивающую силу от лопасти), придётся еще наращивать для восприятия напряжений от изгибающих моментов. Растут и вес и габариты. Это теория и практика конструирования. Иллюстрация: попробуй поднять 2х пудовую гирю на вытянутых вперёд руках. Сразу почувствуешь изгибающий момент, и какую надо для этого мышечную массу. А поднять её сгибая руки к груди может и такой хиляк как я.
Кстати, моё решение о разделении водила от ступицы и её мягкой подвеске на шести полиуретановых валиках длиной 5мм и диаметром 3мм позволяет снимать ступицу вместе с лопастями и ставить другую, в том числе и в другом относительно сателлитов положении и пробовать разницу. При этом можно иметь и 2-х и 3-х и 4-х лопастные ступицы. И я так и думал делать. Но это требует слишком много времени и затрат. А Вы уже этот путь прошли.
(С уважением, Ваш Сергей Савухин)

Часть 4
Продолжим наше заочное общение. В этом разделе письма я хотел проиллюстрировать как можно применить вышесказанное к аналитическому исследованию и обоснованию высоты взлёта F1C.
Попробуем сформировать и «аттестовать» на примере взлёта без редуктора методику расчёта ускорения, скорости, высоты взлёта на «моторе» и «динамики» после отсечки мотора на основе хорошо известных ещё из средней школы положений.
Возьмём для начала высоту взлёта 120м, о чём говорили выше и никто не возразил. На днях разговаривал со Славой Александровым, он сообщил данные высотомера при замере высоты взлёта Лёши Таланова с винтами А. Михайленко ( 138 м при 30тыс об/мин) и А. Александрова (127 м при 28300 об/мин). Можно смотреть 120 м.
Первая итерация: 120м : 5сек = 24м/сек или 24м/сек х 5сек = 120м
Н = v x t
То есть высота – это площадь прямоугольника произведения скорости на время. Здесь всё некорректно. Бросить модель со скоростью 24 м/с нереально, скорость постоянной быть не может и время не 5 сек, а 4,5 сек.
Вторая итерация: рассмотрим путь равноускоренного движения с начальной скоростью , тогда H = Vo x t + a t2/2
Пусть начальная скорость броска 3 м/сек, тогда прирост высоты за счёт броска будет 3 м/с х 4,5 сек = 13,5 м
Пусть конечная скорость разгона будет 35м/сек, тогда прирост высоты за счёт «динамики» выхода будет (35м/с : 2) х 0,5с = 8,75м. Общий прирост будет 13,8 + 8,75 = 22,6м. Тогда высота «на моторе» будет 120 – 22,6 = 97,4м. Это путь равноускоренного движения: 97,4 = а х (4,5 х 4,5) /2 , отсюда ускорение взлёта а = 9,2. Это даст конечную скорость v = a x t
v = 9,2 х 4,5 =42,35м/сек (великовато будет, реально поменьше). Заметим, что здесь
а = 9,2 достаточно велико, но меньше ускорения силы тяжести 9,8, то есть движение не равноускоренное (разгон идёт при а большем 9,8). Думаю, что реально 7,5…8. Тем не менее проиллюстрируем эту ситуацию: мы включаем перебалансировку на примерно половине моторного времени 4.6 : 2 = 2.3 сек .При а= 9.8 скорость будет 9.8 х 2,3 =22,54 м/сек. А с учетом стартового броска 3..5 м/сек составит 25..27 м/сек. Но мы имеем стартовую тяговооруженность 3, значит среднее ускорение составит (3+1) : 2 = 2 «же» или 19,6 м/сек2. за 2 сек 19,6 х2 = 39.2 м/сек, плюс с броском 42 м/с.
Вот здесь мы и пляшем: даже простая арифметика нас приблизила к искомому.
Но т.к. у нас все реализуется нелинейно, то надо задачу разбивать на части и интеграл брать (численно) по частям, что я и сделал, проиллюстрировав вам мои таблицы. Там взлет за 4.5 сек разбит на 9 участков по 0,5 сек и каждый участок рассматривался в отдельности с граничными условиями, определяемыми из предыдущего участка траектории и изменения параметров винта.
С учетом изложенного можно констатировать: в моей разработке заложен значительный модернизационный запас и инновационная составляющая для прогресса таймерной ВМУ. Уже 10 лет рою. ВЕ совершил прорыв, ставший венцом его творческой и спортивной карьеры – внедрил тймерную ВМУ с редуктором. Преклоняюсь! Весь таймерный мир настолько ослеплен его авторитетом, что диалог исключен, в том числе из-за отсутствия необходимых знаний у оппонентов. Принято как аксиома, что «редуктор» это «планетарка» 63-21-21 (1:4, м=0,5). Поэтому и ВП Струков не хочет вникать и другие тоже.
Здесь и прорыв и обострение проблемы. Почему высота с редуктором не намного больше? Да все просто! Внедрив редукцию 1:4 увеличили Мкр. в 4 раза, а что обороты сократились в 4 раза забыли? Диаметр ведь вырос не в 4 раза, а в 1,7, скорость эффективного сечения лопасти сократилась в 2 раза, что в совокупности привело к росту относительной поступи в 2,5 раза. Физически это означает, что винт с ростом осевой скорости ЛА проскакивает зону максимального КПД за 1,5 – 2 сек и дальше работает в зоне минимальных КПД и, соответственно минимальных значений коэффициента тяги. (Падение тяги с ростом скорости характерно для всех объектов: и ЛА с воздушным винтом, и ЛА с ВРД, и железнодорожного локомотива с дизелем).
При этом падает и коэффициент момента сопротивления винта – мотор раскручивается! И это таймеристы называют: «редуктор включился»! А в самом деле мотор молотит в холостую. (Зато какой эффект – 36000 наверху, да и цена выросла).
Вот в чем смысл оптимизации коэффициента редукции. Я Вам показал, как можно это сделать минимальными затратами.
Вся обозначенная «линейка» приемлема. И все ранее обозначенные аспекты – количество лопастей, диаметры винтов приобретают смысл. А вот чтобы винт не проскакивал в область минимальных КПД, относительная поступь должна быть 0,25 (здесь КПД Мах). Соответственно отношение скорости модели к скорости эффективного сечения лопасти равно 0,25.
Если хотим скорость модели 35 м/с, тогда скорость эффективного сечения лопасти должна быть140 м/с. ( вспомним - у классики 200м/сек).
Тогда 140 = (3.14х0,1хNв/в) : 30. Отсюда обороты винта 13376 об/мин, при оборотах мотора 33000 передаточное отношение составит 2.47…2,5. Наверно можно и 2, 7 и 3.
Вот отсюда желание ряда экспертов ( Л. Фузеев например) иметь редукцию 1:3 (и делают!)
Надо делать эффективные винты и работать над ними, ведь не редуктор, а винт тянет самолет. В диапазоне редукций 3 – 4 диаметры винтов будут близкими: 1:4 – 320 (2х лоп.) или 290 (3-х лоп.) или 270 (4-х лоп.). 1:3 – 260-270 (2-х лоп.), 240-250 (3-х лоп.). А у классики 180 мах 2хх лопастный.
Вот это и бизнес идея и маркетинговый ход и удовлетворение потребителей дополнительными возможностями. Редукторная практика напугала таймеристов дороговизной, вибрацией, сложностью эксплуатации, когда хорошая классика дает близкий уровень – 135м.
Но все же резон есть, есть прирост высоты, есть запасы развития. Можно предлагать мотор сразу с комплектом нескольких водил: 4; 3,52; 3,33; 3,17 в венце 63 зуба соответственно с 2-х, 3-х, 4-х лопастными винтами и (или) обширным выбором по заказу.
Почему венец 63 зуба (м=0,5)? Потому, что ВЕ и все другие поставщики заполонили Мир этими моторами и свернуть с этой дороги весьма сложно. Здесь и ремонтная тема, и возможность предложить владельцам этих моторов новые водила разных редукций и кол-ва лопастей.
«Раскладушечный» проект весьма перспективен и полностью вписывается в эту концепцию. Леня и Артем , а теперь и Юра Перчук только "раскладушки" признают. А ВЕ продолжает закрылочную тему. У него была «раскладушка» много лет назад. По его рассказам он сделал 17 полетов и разбил модель, не получив преимуществ. Бльше он к ней не возвращался.
«Линейка» в венце 61 зуб в этом отношении смотрится равноценной 61-23-19 (3,65); 61-27-18 (3,26); 61-29-16 (3,1034), но вот 1:4 нет, зато есть 4,2 (61-19-21), но это уже слишком. Это на будущее, когда 5 сек. срежут до 3 сек. Вот тогда уж точно без редуктора не полетишь! 77 зубьев позволяет получить массу вариантов, в т.ч. редукции больше 4 и меньше 3 ( достоинства и недостатки см. выше).
Но лучше всего при любом раскладе ВИШ! Вот где надо творить. Есть мысли. Предлагайте и Вы.
И напоследок: по поводу фиксации осей сателлитов и подшипника в моей конструкции «одной шайбой». Есть в природе, в технике, в частности в авиации важнейший принцип конструирования – совмещение функций. Это важнейшее условие уменьшения массы, габаритов, совершенствования конструкции и вообще системности мышления и деятельности. Системность в результате дает мультипликативность. В нашем случае все очень просто: одна и та же деталь выполняет 3 и более функции: 1 – прижимает наружное кольцо подшипника водила; 2 – обеспечивает крепление осей сателлитов; 3 – обеспечивает совмещение оси подшипника с осями подвески лопастей, что исключает зажим шариков при смещении обойм, например в полете, когда тяга приложена к наружной обойме, а вес к внутренней; 4 – стопорение винтов крепления осей сателлитов (аналогично самозатягивающейся гайке крепления носового подшипника); 5 – возможность прикрыть сепаратор от попадания грязи. Поэтому я не думаю, что раздельное крепление лучше. Как часто приходится менять подшипник водила? Также помню и выполняю совет ВП – почаще проверять и подтягивать винты крепления осей сателлитов. Кстати Максимовские винты с большими шляпками, удерживающие сразу и ось сателлита и наружное кольцо подшипника – также пример совмещения функций. Другой важнейший принцип – использовать все возможности совершенствования и инновационности, если это технически и экономически возможно и целесообразно. Насколько сложнее точить левую резьбу и гайку, чем упомянутую шайбу с «дырками», кстати, как Вы заметили и габариты и масса уменьшаются.
И все же надо акценты с редукторов переносить на воздушные винты. Они нас больше должны волновать. Воздушный винт – большое таинство, там все не понятно (энергия в газах передается и реализуется вихревыми системами, в/винт – генератор вихрей, как кстати и крыло). А сателлиты и подшипники это значительно понятнее.
(С уважением Ваш Сергей Савухин. 13-16.02.09).
Часть 5
По Вашим вопросам
1. Про закрылок и S-образный взлет:
Этого вопроса мы коснулись в одном из писем, но не развили. Редукторная ВМУ в F1C внесла принципиально новое качество: большая тяговооруженность на старте и быстрое (за 2 сек.) прохождение через зону максимального КПД в зону минимального КПД с ростом относительной поступи. Это режим низкой эффективности, когда падающая тяга (см. график падения коэффициента тяги в функции от относительной поступи) уже не обеспечивает ускорения на взлете, после 2 сек. Скорость остается постоянной или падает. Но при этом малым значениям коэффициента тяги соответствуют и малые значения коэффициента момента сопротивления – поэтому винт облегчается и мотор раскручивается на 2 – 3 тыс., что чуть добавляет тяги и скорости (35000 – 32500/35000 = 0,07 или 7%).
К анализу S-образного взлета,- скорость модели на траектории меняется так:
0 сек (бросок), а = 3g (тяговооруженность), v = 3 м/сек
1 сек. а = 2g v = 3 + 2х9,8 = 22,6 м/сек
2 сек. а = g v = 22,6 + 9,8 = 32,4 м/сек (реально меньше – 27м/сек)
3 сек а = 0 v = 32,4 + 0 = 32,4 м/сек (30 м/с)
4 сек а = 0 v = 32,4 + 0 = 32,4 м/сек (31 м/с)
4,5 сек а = 0 v = 32,4 + 0 = 32,4 м/сек (32 м/с)
Соответственно имеем три участка взлета:
1 (0 – 1 сек) v средн. (3+22,6)/2 = 12,8 м/сек
2 (1 – 2 сек) v средн. (22,6 +32,4)/2 = 27 м/сек
3 (2 -3 сек ) и далее v средн. = 30-32 м/сек
На этих участках имеем:
1 (0 – 1сек) скорость минимальная, соответственно подъемная сила тоже, тяга максимальная. Результирующая сила (строим параллелограмм) увеличивает угол тангажа.
2 (1 – 2 сек) скорость растет до максимума, тяга падает постепенно. Результирующая сила обеспечивает постепенное уменьшение угла тангажа.
3 (2 – 3 сек и далее) скорость стабилизировалась на максимальном значении, подъемная сила (она на всей траектории отрицательная! На взлетных углах), тяга падает (в два раза!). Результирующая сила уменьшает угол тангажа – модель ложится на горизонт и дальше опускает нос.
Вывод: причина такой траектории - влияние крыла.
Решение:
1) изменение моментной характеристики профиля крыла закрылком – сделать его плоским или S – образным. Момент уменьшается но остается. Проблема решается не полностью, крыло усложняется, утяжеляется.
2) сделать профиль симметричным. При этом изменение скорости не влечет за собой изменение момента и искажения траектории.
Это и есть раскладушка!
У раскладушки есть и еще один важный плюс в отличии от закрылочной модели – при смыкании половинок с образованием симметричного профиля исключается обтекание вогнутых элементов крыла, смачиваемая поверхность крыла и, соответственно сопротивление смачивания уменьшается вдвое, Сх симметричного профиля также меньше, чем у вогнутого или плоского и S – образного.
Вот это и определяет, что раскладушка перспективнее закрылочной модели. И правильно! См. историю – Гискинг, Фузеев, Струков, Бабенко…
Симметричная раскладушка летит ровно (у Гискинга и стабилизатор толстый симметричный) и не требует управления на взлете – борьбы с крылом. Соответственно и электронный таймер для борьбы с крылом не потребуется.
У Реваза Таргамадзе была «электронную» модель лет 10 (уже более 15) назад. Там не было ничего, о чем мы говорим – ни редуктора, ни закрылка…вместо часового механизма Макаровский компьютер, этот опыт нужен был для развития. В свое время я тоже купил у В.Д. Афанасьева такое устройство (делал его сын) для перспективной концептуальной модели, но не для борьбы с крылом, а для управления ВИШем и для других стандартных функций, а также функций высотомера и тахометра.
Теперь таймер Сергея Макарова используют все российские планеристы F1A, ведущие резинщики F1В, Саша Вязов проложил дорогу в F1P и F1C; он использует вторую машинку для управлением стабилизатором на взлете, чтобы распрямить букву S (как говорят на Украине «фигура доллар»). Я в этом году поставил такой таймер на модель с ВИШем и буду применять и на остальной технике.

Вот так я вижу концептуальную модель:
мотор- редуктор – ВИШ – раскладушка – электронный таймер.
Все это уже реальная практика. В 2012 году ВИШ прошел наземный этап испытаний и взлетал на МАПе в Жуковском принародно (с механическим таймером). Изготовление носа под ВМУ с ВИШ, электронного таймера, его установка, обвязка, программирование затянулось на весь 2013 год.
Снова вопросы и ответы С.Катыбе :
Про редуктор не буду продолжать, уже много сказано. Оптимизировать нужно систему. Это главный принцип. Выше уже сказано, что «раскладушка» выглядит перспективнее других альтернативных вариантов, хотя соревнование технологий продолжается, наш спорт технический.
Теперь к ВМУ, и если пока не говорить о ВИШе, то оптимизировать нужно винт, а редуктор лишь привод. В части 4 говорили, как выбрать оптимальную редукцию. Здесь вернемся к замечанию «не согласен, что при включении мотор молотит вхолостую! Даже визуально видно, что происходит рывок в скорости!…».И еще про Доплера…
Еще и еще раз повторим, в чем парадокс таймерного редукторного винта и его коренное отличие от всех других (гоночных, скоростных…). Если гоночный и скоростной винты работают в стационарном режиме – обороты и скорость ЛА постоянны, только взлет и подгон являются переходными, то штатный режим таймерного винта - именно работа в переходном режиме: скорость растет от броска до максимума, обороты тоже меняются (повышаются). Еще раз посмотрим на диаграммы зависимости коэффициента тяги и момента сопротивления (мощности) винта от относительной поступи – рис 180 у Прандтля и аналогичный для 3-х лопастного винта у Горшенина (единицы разные но суть одна – у Прандтля относительная поступь определяется как отношение скорости эффективного сечения лопасти к осевой скорости ЛА, она же и является тангенсом «фи», винтовики для простоты используют в формуле обороты в сек и диаметр, поэтому цифры получаются разные, но коэффициент пропорциональности у них 1/. Сравним у Горшенина коэффициент тяги  обнуляется при 1,1 , а у Прандтля при 0,35.Т.е. 1,1 : 3,14 = 0.35). Я пользовался графиками Прандтля.

Для увязки в систему и возможности оценки влияния параметров модели и ВМУ на искомый результат – высоту взлета и продолжительность полета я сформулировал методику численного интегрирования, дающую аналитическое решение определения высоты взлета, как функции всех вышеуказанных параметров модели:

Расчет для модели массой 760г = 0, 76 кг, сила веса 7,46 н.
Сила сопротивления определена как функция квадрата скорости:Sсопр = 0, 00438 v2
(здесь достаточно вульгарно все постоянные Сх, «ро» S, 0,5 собраны в один коэффициент)
Сила тяги потребная Sпотр = 7,46 + 0,00438 v2 (н)
Сила тяги фактическая Sфактич = ks 0,5  (ur0.75)2 /2 х R2 , где
радиус эффективного сечения лопасти r0.75 = 0,75 R = 0,75 х 0,145 = 0,109 м ( при Д=290 мм = 0,29м);
скорость эффективного сечения лопасти U r0.75 = ( r0.75 ni)/30 (м/сек)
Обороты винта ni = Nмот : iред = 32500 : 4 = 8150 об/мин (на старте)
Относит. поступь  = vi / U r0.75i
Коэффициент момента сопротивления kd берем с графика
КПД винта i берем с графика
Коэффициент тяги ks =  kd / 
Ускорение на взлете аi = (Sфактич - Sпотр ) / 0,76 (вспомним формулу Ньютона F = m a)
Приращение скорости на участке траектории с шагом времени 0,5 сек: v = аi t = аi х0,5
Скорость на конце участка траектории с шагом времени 0,5 сек: vi+1 = vi +v
Средняя скорость на данном участке траектории vcpi = (vi + vi+1 ) / 2
Высота подъема за каждые 0,5 сек : Нi = vcpi 0,5
1 формула 0сек 0,5 сек 1 сек 1,5 сек 2 сек 2,5 сек 3 сек 3,5 сек 4 сек 4,5 сек 4,8 сек 5,4 сек
2 vi 5
бросок 10,61 14,72 17,54 19,18 20,43 21,56 22,5 23,17 23,62 23,78
3 Ni 32500 32500 32500 34060 34908 35200 35820 36368 36612 36920 36976 -
4 ni 8150 8150 8150 8515 8727 8800 8955 9092 9153 9230 9244 -
5 U r0.75 93 93 93 97,14 99,56 100,4 102,1 103,7 104,4 105,3 105,5 -
6  = vi / U r0.75i 0,054 0,114 0,147 0,18 0,193 0,204 0,211 0,217 0,222 0,224 0,225 -
7 i 0,3 0,55 0,65 0,73 0,76 0,77 0,78 0,785 0,788 0,78 0,78 -
8 kdi 0,0082 0,0084 0,0082 0,0076 0,0073 0,0071 0,007 0,0068 0,0067 0,0065 0,0065 -
9 ksi =  kd /  0,046 0,0405 0,0363 0,0296 0,0287 0,027 0,0259 0,0246 0,0238 0,0226 0,0225 -
10 Sфактич 19,09 14,18 12,7 11,3 11,5 11,01 10,93 10,7 10,49 10,15 10,14 -
11 Sпотр 7,57 7,95 8,41 8,81 9,075 9,29 9,5 9,68 9,81 9,9 9,94 9,95
12 Sфактич - Sпотр 8,52 6,23 4,29 2,49 1,88 1,72 1,43 1,02 0,68 0,25 0,2 -9,95
13 аi = (Sфактич - Sпотр ) / 0,76 11,22 8,2 5,64 3,28 2,47 2,26 1,88 1,34 0,894 0,33 0,26 -13,1
14 v = аi х0,5
5,61 4,1 2,82 1,64 1,23 1,13 0,94 0,67 0,45 0,164 0,08 -7,86
15 vi+1 = vi +v 10,61 14,72 17,54 19,18 20,43 21,56 22,5 23,17 23,62 23,78 23,86 16
16 vcpi=(vi+vi+1)/2 7,8 12,66 16,13 18,36 19,82 21,0 22,03 22,84 23,4 23,7 23,82 19,93
17 Нi = vcpi 0,5 3,9 6,33 8,07 9,18 9,91 10,5 11,02 11,42 11,7 11,85 7,15 11,96
18 H нарастающим итогом 3,9 10,23 18,3 27,48 37,39 47,89 58,91 70,33 82,03 933,88 101,03 113

Расчет сводим в таблицу

Проанализируем таблицу по графам:
1 Время полета (взлета) с шагом 0,5 сек.
2 Скорость взлета: растет от скорости броска 5м/с до 24 м/с;
3 Обороты мотора : видим рост оборотов с 32500 до почти 37000;
4 Обороты винта : рост с 8125 до 9244;
5 Скорость эффективного сечения лопасти на 0,75 радиуса: растет с 93 м/с до 105,5;
6 Относительная поступь растет от 0,054 до 0,225;
7 КПД винта растет от 0,3 до 0,78 снят с графика;
8 Коэфф. момента сопротивления винта снят с графика;
9 Коэфф. тяги винта получен как функция пунктов 7и8 (можно брать с графика);
10 Фактич тяга падает с 19,09 н на старте до 10,14 н в конце траектории (в 2 раза);
11 Потребная тяга (необходимая для преодоления сил веса и сопротивления) растет с 7,57н до 9,95н, т.к. сопротивление растет пропорционально квадрату скорости;
12 Разница фактической и потребной тяги: уменьшается с максимума до мин.=0,2, при нуле и дальше модельбудет уже тормозиться;
13 Тяговооруженность падает с 11,22 до 0,26;
14 Приращение скорости (разгон модели) падает с 5,61 до 0,08 м/сек;
15 Значение скорости в конце каждого отрезка траектории при шаге 0,5 сек: видно, что скорость растет от 5м/сек до 19,18 за 2 сек, а дальше прибавляет по 2м/сек за 1сек;
16 Среднее значение скорости на каждом участке траектории;
17 Подъем на каждом участке траектории;
18 Высота нарастающим итогом.

Это один из первых вариантов расчета, здесь есть некорректности, которые я потом поправил. Использовались подборные, несовершенные винты, все пилилось на глаз.
Видно например, что максимальная скорость получилась маловата –24м/сек. Автор материала по винтам в «Моделяре» показывал 26м/сек (без броска наверное), с броском 5м/с будет 31м/с, уже ближе.
Когда я тарировал взлет с высотомером, получил скорость на 2-й сек 26 м/с, в конце траектории 31 м/с. Максимальная высота, зафиксированная мной составила 163м. (на водиле 4х4 осенью - холодно, влажно). Леша Чичкин с моим редуктором 1:3,52 с 4х лопастным винтом получил 169м.
Этот расчет я уточнял по результатам экспериментов и подбора винтов.
30м/с у меня получилось в уточненном расчете. Но при 30м/с  = 30/105 = 0,29, (а это уже за зоной максимального КПД, приближаемся к известному 0,35, при котором тяга вообще обнуляется).
Но главное, что здесь хорошо видно: за 1,5 сек. при постоянных оборотах скорость выросла в 3,5 раза (с 5 до 17,5м/сек) - КПД растет(!), а дальше мотор добавляет 3 и более тыс, а скорость растет всего на 4,6 м/сек! А при разгоне до 33 м/сек винт уходит на =0,33317 = tg . Отсюда  = 18,5 град. Это угол треугольника скоростей, прибавим 4 град. на угол атаки, получим 22,5 град угол установки на 0,75 радиуса. Но если раскрутки нет, а скорость будет 33м/с, тогда 33 : 93 = 0,355. А это как раз значение относительной поступи когда тяга равна нулю – катастрофа! (это мы видим у «резинщиков» когда модели сыплются как осенний лист, если не перебалансируются вовремя).
У "раскладушки" сопротивление меньше, она при этом значении стартовой тяги разгонится до 35 – 36 м/сек, и если заканчивать траекторию на КПД винта близком к макс, пусть даже за вершиной  = 0,27 = 36 /Х. Отсюда Х = 133м/сек. Это реализуется на оборотах винта 12700 об/мин. Если мотор крутит наверху 35000, тогда редукция нужна 2,76. Даже и 3 многовато будет.
Вот такая картина получается. Вот и надо решать головоломку про винт. Очевидно, что при старте он тяжелый, неэффективный, в конце траектории наоборот легкий (мотор раскручивается!) и опять же неэффективный. Значит эффективен он лишь на незначительном (не более одной трети) участке траектории.
Отсюда и вывод про ВИШ: лопасти все время должны разворачиваться на увеличение угла установки по мере роста путевой скорости, и закон разворота должен следовать по кривой изменения скорости. А закон этот нелинейный – смотри таблицу, и разворот должен быть принудительный. Аэромеханический ВИШ здесь задачу не решает.




Итак концепция перспективной модели :
- мотор высокомоментный высокооборотный;
- редуктор на передат. отн. 3 ( 2,8 – 3,2) ;
- ВИШ управляемый;
-система управления электронная, на первом этапе возможна и упрощенная дискретная на основе механического таймера;
- Раскладушка!
И еще много всякого добра на старте!
(С уважением , Ваш Сергей Савухин.20.03.2009)

Вернулся к таблице, решил подправить и показать уточненный вариант расчета. Принцип тот же но цифры, принятые в основу расчета ближе к практике: Д винта 295мм, R=0,145 м; r 0.75 = 0.1106м; = 1,2255кг/м3
Nмот = 33000 об/мин
Стартовую тягу взял 2 кг = 2 х 9,8 = 19,6 н - по результатам замера А. Кайчука
(По моему расчету получалось22.2 н = 2,27 кг - побольше (дает высоту 135м)
Поэтому я загрубил расчет по значению кd
Обороты мотора (раскрутку) я задал с равномерным ростом до 36000.
Расчет см. таблицу 2
Таблица 2

1 формула 0сек 0,5 сек 1 сек 1,5 сек 2 сек 2,5 сек 3 сек 3,5 сек 4 сек 4,6 сек 5,2 сек
2 vi 5
бросок 12,91 19,96 22,5 22,83 23,29 23,66 24,19 24,86 25,43 25,97
3 Ni 33000 33000 33000 33200 33600 34000 34500 35000 35500 36000 -
4 ni 8250 8250 8250 8300 8400 8500 8625 8750 8875 9000 -
5 U r0.75 95,52 95,52 95,52 96,08 97,24 98,4 99,84 101,3 102,7 104,2 -
6  = vi / U r0.75i 0,052 0,135 0,209 0,234 0,235 0,237 0,237 0,239 0,242 0,244 -
7 i 025 0,63 0,76 0,78 0,785 0,79 0,79 0,79 0,795 0,795 -
8 kdi 0,0106 0,0106 0,0094 0,0079 0,0079 0,0077 0,0077 0,0077 0,0076 0,0075 -
9 ksi =  kd /  0,051 0,0495 0,0342 0,0263 0,0264 0,0257 0,0257 0,0257 0,025 0,0244 -
10 Sфактич 19,6 18,9 13,06 10,18 10,445 10,4 10,72 11,037 11,032 11,1 -
11 Sпотр 7,57 8,19 9,2 9,68 9,743 9,836 9,91 10,023 10,17 10,29 10,41
12 Sфактич - Sпотр 12,03 10,71 3,86 0,5 0,702 0,564 0,81 1,014 0,862 0,81 -10,41
13 аi = (Sфактич - Sпотр ) / 0,76 15,83 14,09 5,08 0,658 0,92 0,74 1,066 1,334 1,334 1,066 -13,7
14 v = аi х0,5
7,91 7,05 2,54 0,33 0,462 0,37 0,53 0,667 0,567 0,533 -8,22
15 vi+1 = vi +v 12,91 19,96 22,5 22,83 23,19 23,66 24,19 24,86 25,43 25,96 17,74
16 vcpi=(vi+vi+1)/2 8,96 16,43 21,23 22,26 23,06 23,48 23,92 24,52 25,14 25,7 21,85
17 Нi = vcpi 0,5 4,48 8,22 10,61 11,33 11,53 11,74 11,96 12,26 12,57 15,42 13,11
18 H нарастающим итогом 4,48 12,7 23,31 34,64 46,17 57,91 69,87 82,13 94,71 110,13 123,23




Есть еще вариант расчета со стартовым значением тяги 22,27 н, он дал высоту 135 м и разгон до 28 м/сек .

Очень важно в этом деле наличие на борту модели высотомера,- автономного или в составе электронного таймера, как у Сергея Макарова. Он позволяет не только фиксировать высоту взлета максимальную, но и снять на компьютер всю диаграмму высоты полета с получением значения скорости в запрашиваемых точках и, соответственно, получения значений ускорений. Тогда имея эти ключевые показатели и обороты (по звуковому тахометру) я могу точно тарировать винты по этой методике (обратным счетом), получая реальные значения коэффициентов и КПД винта. На сегодня имеются записи высотомеров у таймеристов, использующих таймер Макарова-Кочкарева (Л.Фузеев, А.Вязов).Есть договоренность провести анализ по этой методике.

Кроме того можно смотреть и скорость снижения фактическую на планировании и прогноз продолжительности полета, а не засекать каждый полет на полную продолжительность на 7 - 9 мин. после поворота винтика на стабилизаторе, тем более что таких полей в округе просто нет.
День сегодняшний:
В этом году в Нальчике у меня наступила разруха, по ряду причин в основном по вине механического таймера и другим я побил свою штатную туровую технику. Это была «классика» , на модели СС51 в Самаре на ЭКМ - Кубок Князева 2012 я слетал более 8 минут. Восстановить эту технику не успел, и поехал в Феодосию с «раскладушками».
Моторы «FORA», тюнинг Леши Хаткевича, лопасти Славы Александрова. Результат превзошел мои ожидания. Кубки Индонезии и Монголии выиграл с результатами 10мин 1й финал и 9мин второй (фактически 10, таймер сработал на 9-20 на высоте более 30м по словам А.Бабенко, он хронометрировал полет) и 7-13. А Белорусский ЭКМ в Самаре с результатом 9-06.
Летал на механических таймерах, имел проблемы, перехожу на электронные. К сожалению высотомер на модели в эту сессию не ставил, цифры по высоте и скорости не зафиксированы. Оценки эмоциональные: очень хорошо, высоко. Выше чем раньше на "классике", выше чем у соперников, в том числе Е.Вербицкого, В.Александрова, И.Андрющенко, Б.Иванова.
Можно сделать оценку: если выше чем мой максимум 163м, пусть будет 170м. При полете около 10мин скорость снижения будет 170:600=0,283. Это побольше, чем названная Л.Фузеевым цифра 0,26 (0,27) для его модели.
Пусть будет 0,29 м/с , время 600с, тогда высота 174м . Где-то так.
И еще не сказал своего последнего слова мой таймерный ВИШ. В отличии от двухшагового ВИШа Леонида Александровича Фузеева мой обеспечивает плавное управление шагом винта на всем протяжении моторного взлета, это как раз и есть решение задачи обеспечения максимального КПД – эффективности таймерного винта в его нестационарном режиме разгона модели на взлете.
И еще одно замечание. Помните – скорость звука в воздухе 320-330м/с в зависимости от температуры и плотности. Это значит, что звуковая волна от модели до судьи идет 0,52 сек, мотор тоже останавливается не мгновенно, а за 0,3-04 сек. А у судей опыт и реакция различные, фиксируют переработку. Вот и приходится нам таймер ставить на 4 сек моторного времени. А правилами разрешено 5секунд! Надо усовершенствовать технику и методику хронометража моторного времени, исключить человеческий фактор. Современная, в том числе и модельная микроэлектроника эту задачу решить позволяет.
Как говорится "за работу, товарищи!"

Всех Вам благ, высших достижений в трудах, спорте и творчестве!

Сергей Савухин

Сообщение отредактировал Val - 12.2.2014, 1:34
Перейти в начало страницы
 
+Цитировать сообщение
Гость_Chaos*
сообщение 21.2.2014, 16:53
Сообщение #2





Гость



Цитата





Владимир Евгеньевич хулиганите (IMG:style_emoticons/default/mellow.gif)
Перейти в начало страницы
 
+Цитировать сообщение

Ответить в данную темуНачать новую тему
1 чел. читают эту тему (гостей: 1, скрытых пользователей: 0)
Пользователей: 0

 

Текстовая версия Сейчас: 11.12.2018, 18:28
Copyright © 2003-2018 Aviamodelka