Պրոպելերների քարշի փորձարկման ստենդեր և առաջխաղացման հարաբերակցություն

Գրեթե յուրաքանչյուր ԱԹՍ-ի ծրագիր սկսում է շարժիչային համակարգի փորձարկումը նույն կերպ. շարժիչ և պրոպելեր՝ ամրացված փորձարկման ստենդին, ուժաչափ (load cell), տախոմետր և քարշի կախվածությունը շնչափողից (throttle) ցույց տվող աղյուսակ:

Դա օգտակար աղյուսակ է: Այն նաև ցույց է տալիս թռիչքային այնպիսի պայման, որում օդանավը գրեթե ժամանակ չի անցկացնում, և դրանից թռիչքի տևողության, հեռահարության կամ վերելքի վերաբերյալ եզրակացություններ անելու պատճառով շատ ծրագրեր ամիսներ են կորցնում:

1. Ստատիկ քարշը կորի ընդամենը մեկ կետն է

Անշարժ օդում պրոպելերն աշխատում է առաջխաղացման զրոյական հարաբերակցությամբ : Առաջխաղացման հարաբերակցությունը, որը սովորաբար նշվում է որպես J, կապում է օդանավի առաջընթաց արագությունը պրոպելերի պտտման արագության և տրամագծի հետ: Կախված վիճակը (hover) գտնվում է J = 0 կետում: Թռիչքը և վերելքը գտնվում են ցածր J-ի տիրույթում: Կրեյսերային թռիչքը գտնվում է կորի շատ ավելի բարձր հատվածում:

J-ի փոփոխմանը զուգընթաց՝ պրոպելերի քարշի գործակիցը, հզորության գործակիցը և ՕԳԳ-ն (օգտակար գործողության գործակիցը) փոխվում են, ընդ որում՝ ոչ սահուն կերպով: Շարժիչային համակարգերը հաճախ միանգամայն այլ կերպ են դրսևորվում ստատիկ փորձարկումներում, քան թռիչքի ժամանակ, ինչն էլ հենց պատճառ է հանդիսանում, որ հոսքի մեջ փորձարկումը դիտարկվում է որպես անհրաժեշտ քայլ դրոնների լուրջ մշակման գործընթացում, այլ ոչ թե որպես կամընտիր բարելավում: Աերոդինամիկ թունելներում կատարված հրապարակված աշխատանքները վկայում են մինչև մոտ 10% ՕԳԳ-ի տարբերությունների մասին փորձարկված ամենացածր և ամենաբարձր RPM-ների միջև, երբ առաջխաղացման հարաբերակցությունը զրոյական չէ:

Գործնական հետևանքը. պրոպելերը, որը լավագույն արդյունքն է ցույց տալիս ստենդի վրա, կարող է զիջել կրեյսերային թռիչքի ժամանակ, և այն զույգը, որը դուք ի վերջո մատակարարում եք, հաճախ այն զույգը չէ, որն ապահովել է լավագույն ստատիկ ցուցանիշը:

2. Ինչ է չափում շարժիչային համակարգի ճիշտ փորձարկումը

Աերոդինամիկ թունելում տեղադրված փորձարկման ստենդը մեկ կետի փոխարեն տալիս է ամբողջական պատկերը: Սովորաբար իրականացվում են երկու տեսակի փորձարկումներ.

Ստատիկ արդյունավետություն — քարշի և ոլորող մոմենտի չափում RPM-ի ողջ տիրույթում՝ օդի զրոյական արագության պայմաններում: Սա ելակետային և կախված վիճակի (hover) դեպքն է:

Առաջընթաց հոսքի արդյունավետություն — RPM-ը սահմանվում է ֆիքսված արժեքի վրա, թունելի արագությունը մեծացվում է քայլերով, իսկ քարշն ու ոլորող մոմենտը գրանցվում են յուրաքանչյուր կետում: Գործընթացը կրկնվում է մի քանի RPM կարգավորումների համար: Սրա հիման վրա դուք կառուցում եք քարշի գործակցի, հզորության գործակցի և ՕԳԳ-ի կախվածությունը առաջխաղացման հարաբերակցությունից. կորեր, որոնք անհրաժեշտ են արդյունավետության ցանկացած իրական հաշվարկի համար:

Միաժամանակ չափվում են՝ քարշը, ոլորող մոմենտը, պտտման արագությունը, մուտքային էլեկտրական հզորությունը (լարում և հոսանք) և թունելի ելակետային արագությունը: ՕԳԳ-ն առանց էլեկտրական մուտքային տվյալների չափման տեղեկություն է տալիս պրոպելերի մասին, իսկ դրա առկայության դեպքում դուք պատկերացում եք կազմում ամբողջ շարժիչային շղթայի մասին, ինչն էլ իրականում որոշում է թռիչքի տևողությունը:

3. Ուղղումներ, որոնց մասին ոչ ոք չի նշում տվյալների թերթիկում

Երկու էֆեկտներ աղավաղում են պրոպելերի տվյալները թունելում, և երկուսն էլ ունեն մշակված լուծումներ.

Արգելափակում (Blockage): Պրոպելերը փոքր օբյեկտ չէ փորձարկման հատվածի համեմատ, և այն արագացնում է հոսքն իր միջով: Պրոպելերի արգելափակման դասական ուղղումները գալիս են դեռևս Գլաուերտից (1926 թ.) և շարունակում են կիրառվել առօրյա պրակտիկայում:

Տեղային արագությունը սկավառակի վրա: Քանի որ պրոպելերը սովորաբար փորձարկվում է շրջահոսիչի (fairing) առջև գտնվող ձողի (sting) վրա, թիակների վրա իրականում ազդող արագությունն ավելի ցածր է, քան փորձարկման հատվածի մուտքի մոտ չափված արագությունը, ուստի պետք է կիրառվի արագության ուղղման գործակից:

Բաց թողեք դրանցից որևէ մեկը, և ձեր ՕԳԳ-ի կորը կլինի լավատեսական այն աստիճան, որը կբացահայտվի միայն թռիչքային փորձարկման ժամանակ, երբ օդանավը չկարողանա ապահովել թռիչքի տևողության իր ցուցանիշը:

4. Ստե՞նդ, թե՞ աերոդինամիկ թունել

Հարց	Ստենդ	Ստենդ աերոդինամիկ թունելում
Կախված վիճակի քարշի և RPM-ի փոփոխության ստուգում	Այո	Այո
Շարժիչի և ESC-ի ջերմային սահմանափակումներ	Այո	Այո
ՕԳԳ-ն կրեյսերային թռիչքի ժամանակ	Ոչ	Այո
Հասանելի քարշը վերելքի արագության դեպքում	Ոչ	Այո
Պրոպելերների համեմատություն իրական առաքելության համար	Ապակողմնորոշող է	Այո
Ռոտոր-ռոտոր և ռոտոր-իրան փոխազդեցություն	Ոչ	Այո , տեղադրված սարքի դեպքում
Աղմուկի և քարշի հարաբերակցություն	Ոչ	Այո , ակուստիկ մշակված հատվածում

Ստենդը չի դառնում անօգտակար. այն մնում է ճիշտ գործիք տևական աշխատանքի, ջերմային ծանրաբեռնվածության և բաղադրիչների ստուգման համար: Այն պարզապես չի կարող պատասխանել այն հարցերին, որոնք որոշում են թռիչքի հեռահարությունը:

5. Ինչ է սա պահանջում ենթակառուցվածքից

Եթե շարժիչային համակարգի փորձարկումը հիմնական կիրառման դեպքն է, թունելի բնութագրերը փոխվում են որոշակի ձևերով.

Ցածր արագության որակ և կայունություն: Առաջխաղացման հարաբերակցության կորի հետաքրքիր հատվածը սկսվում է զրոյին մոտ, որտեղ համասեռ ցածր արագությամբ հոսք ստեղծելն ամենադժվարն է:
Հատվածի չափը ընդդեմ սկավառակի տրամագծի: Արգելափակման սահմանափակումները որոշում են ամենամեծ պրոպելերը, որը կարող եք հավաստիորեն փորձարկել. սա այն ցուցանիշն է, որն ամենահաճախն է ստիպում փոխել հատվածի չափերը նախագծի ուշ փուլերում:
Կոշտ, լավ հավասարեցված ամրակապ: Քարշի և ոլորող մոմենտի չափումն այնքան ճշգրիտ է, որքան շարժիչը պահող կառուցվածքը, իսկ ձողի (sting) ռեզոնանսը կարտացոլվի որպես աղմուկ ձեր տվյալներում:
Էլեկտրական ենթակառուցվածք մոդելի վրա: Բարձր հոսանքի մատակարարում, մարտկոցների անվտանգ սպասարկում և չափիչ-կարգավորիչ սարքավորում (instrumentation), որը դիմանում է դրան:
Սինքրոնացված տվյալների հավաքագրում: Մեխանիկական, էլեկտրական և հոսքի տվյալները մեկ ժամանակային բազայի վրա. հակառակ դեպքում ՕԳԳ-ն գնահատական է, այլ ոչ թե չափում:
Լրացուցիչ ակուստիկ հնարավորություն: Քարշ-մեկ-վատտի-դիմաց և աղմուկ-մեկ-քարշի-դիմաց ցուցանիշներն այն երկու կորերն են, որոնք որոշում են՝ արդյոք դիզայնը ենթակա է սերտիֆիկացման, ուստի կշեռքի կողքին խոսափողերի զանգվածի նախատեսումն արժե նշել ի սկզբանե, այլ ոչ թե ավելացնել հետագայում (retrofit):

6. Հինգ սխալ

Պրոպելերների համեմատումն ըստ ստատիկ քարշի: Վարկանիշը փոխվում է առաջխաղացման հարաբերակցության հետ:
Արգելափակման և արագության ուղղումների անտեսումը: Երկուսն էլ ուռճացնում են արդյունավետության ցուցանիշները:
Քարշի չափումն առանց էլեկտրական հզորության: Այդ դեպքում թռիչքի տևողության կանխատեսումները պարզապես ենթադրություններ են:
Միայն մեկ RPM-ի փորձարկումը: ՕԳԳ-ի քարտեզագրման համար անհրաժեշտ են մի քանիսը:
Միայն պրոպելերի փորձարկումը և ակնկալիքը, որ սարքը կհամապատասխանի դրան: Փոխազդեցության էֆեկտներն իրական են և կարող են մեծ լինել:

7. Հնարավորությունների ստեղծում

Շարժիչային համակարգի չափումը համեստ չափերի թունելի ամենաարժեքավոր կիրառություններից մեկն է. հատվածը կարող է լինել փոքր, արագությունները՝ ցածր, իսկ հատույցը՝ անմիջական՝ օդանավի արդյունավետության տեսքով: Դա նաև բնական առաջնային հնարավորություն է ԱԹՍ արտադրողի համար, որը կառուցում է ներքին փորձարկման ենթակառուցվածք:

Մենք նախագծում ենք թունելներ և փորձարկման հատվածներ հենց այս տեսակի ծրագրերի շուրջ՝ ամրակապման, չափիչ-կարգավորիչ սարքավորումների (instrumentation) և էլեկտրական ապահովման պլանավորմամբ դեռևս աերոդինամիկ հայեցակարգի փուլից: Հարակից ընթերցանություն.

Օդափոխիչների մատրիցայով քամու գեներատորներն ընդդեմ փակ կոնտուրով աերոդինամիկ թունելների. ԱԹՍ-ների փորձարկման կայանի ընտրություն

Աերոդինամիկ թունելային փորձարկումներ քաղաքային օդային շարժունակության համար. eVTOL-ը և դրոնները կողային քամիների և պոռթկումների պայմաններում

Հայտնեք մեզ ձեր պրոպելերի չափերը և արագության տիրույթը , և մենք կառաջարկենք համապատասխան հատված և չափիչ-կարգավորիչ սարքավորումների հավաքածու:

Աղբյուրներ և նշումներ

Աերոդինամիկ թունելներում տեղադրված փորձարկման ստենդեր, որոնք չափում են քարշը, ոլորող մոմենտը և պտտման արագությունը. ստատիկ փորձարկումներ տարբեր RPM-ների դեպքում և առաջընթաց հոսքի փորձարկումներ ֆիքսված RPM-ով և թունելի արագության աստիճանական մեծացմամբ. գործակիցների և ՕԳԳ-ի կորեր՝ կախված առաջխաղացման հարաբերակցությունից. մինչև մոտ 10% ՕԳԳ-ի տարբերություններ փորձարկված ամենացածր և ամենաբարձր RPM-ների միջև՝ ոչ զրոյական առաջխաղացման հարաբերակցության դեպքում. Գլաուերտի (1926) արգելափակման ուղղումները և արագության ուղղումը շրջահոսիչի առջև գտնվող ձողի վրա փորձարկվող պրոպելերի համար. "Wind Tunnel Study on Drone Propeller Thrust and Efficiency", Unmanned Systems Technology, "Measurement of Static and Dynamic Performance":
Պրոպելերի արդյունավետության տվյալների մեթոդաբանությունը Ռեյնոլդսի ցածր թվերի դեպքում. Brandt & Selig, AIAA 2011-1255; APC propeller test series, AIAA 2022-4020:
Քարշի և արդյունավետության գործակիցների սահմանումները. Tyto Robotics, propeller performance coefficients:
Ենթակառուցվածքի վերաբերյալ ուղեցույցները (հատվածի չափերը սկավառակի տրամագծի նկատմամբ, ամրակապի կոշտությունը, սինքրոնացված տվյալների հավաքագրումը) հանդիսանում են TunnelTech-ի ինժեներական պրակտիկան:

Պրոպելերների քարշի փորձարկման ստենդեր. ինչու են ստատիկ ցուցանիշներն ապակողմնորոշում և ինչ է պետք չափել դրա փոխարեն