توصيف المروحة: الاختلافات في درجة الصوت والقطر ورقم الشفرة على الأداء

تستخدم المراوح على نطاق واسع في العديد من أنواع الطائرات المختلفة للدفع وتوليد الدفع ، وبالتالي يجب تصميمها وتوصيفها بعناية. المروحة هي في الأساس جنيح ملتوي ، حيث تتغير زاوية الحبل شعاعيا. واحدة من الخصائص المميزة للمروحة هي الملعب أو التواء.

تعطى درجة المروحة بشكل عام بوحدات الطول وهي المسافة النظرية التي ستقطعها المروحة عبر الهواء في دورة واحدة. ومع ذلك ، نظرا لقوة السحب على الطائرة والمروحة ، فإن المروحة لا تقطع مسافتها النظرية أبدا. تسمى المسافة الفعلية المقطوعة بالميل الفعال للمروحة. يسمى الفرق بين الملعب النظري والملعب الفعال بزلة المروحة.

عند وصف المراوح ، نتحدث أيضا عن الدفع وعزم الدوران والقوة ، والتي تتميز بمعاملاتها بلا أبعاد. هنا ، T هو الدفع ، تاو هو عزم الدوران ، P هو مصدر الطاقة للمحرك ، rho هو كثافة التيار الحر ، n هو معدل دوران المروحة ، و D هو قطر المروحة. الأهم من ذلك ، أننا نحدد أيضا كفاءة المروحة. يتم حساب ذلك باستخدام معاملات عزم الدوران والدفع جنبا إلى جنب مع النسبة المتقدمة J ، والتي تعمل على تطبيع سرعة التيار الحر لدوران المروحة وقطرها. باستخدام هذه القيم عديمة الأبعاد، يمكننا تحديد كيفية عمل المروحة في ظروف مختلفة.

في نظام المروحة ، تنتج المروحة قوة دفع وعزم دوران إيجابيين. يبدأ نظام الفرامل الهوائية عندما يصبح الدفع سالبا ، بينما يظل عزم الدوران موجبا. في هذا النظام ، تعمل المروحة على إبطاء النظام بدلا من توفير حركة إيجابية إلى الأمام. عندما ينخفض كل من الدفع وعزم الدوران إلى ما دون الصفر ، تكون المروحة في نظام الطاحونة الهوائية. هنا ، يتحكم تدفق الهواء في المروحة ، لأنه ينتج قوى على المروحة لا يستطيع المحرك الذي يقود المروحة التغلب عليها.

من المهم ملاحظة أنه خارج نظام المروحة ، فإن حساب كفاءة المروحة لا معنى له. من المستحسن دائما تشغيل المروحة في نظام المروحة عالي الكفاءة لسرعة هواء ودورة في الدقيقة معينة. بالنسبة للمراوح ذات الملعب الثابت ، قد يكون هذا صعبا لأن المراوح ذات الملعب الثابت مصممة لحالة تشغيل مثالية واحدة وعادة ما تكون أكثر كفاءة في ظروف الرحلات البحرية وغير فعالة في الإقلاع والهبوط.

تتمثل إحدى طرق تحسين التشغيل ، خاصة إذا لم تكن هناك قيود على قطر المروحة أو درجة المروحة ، في زيادة عدد الشفرات. هذا يمكن أن يزيد من مقدار الدفع. ومع ذلك ، فإنه يأتي على حساب انخفاض كفاءة المروحة. في هذه التجربة ، سنقوم بتمييز العديد من المراوح المختلفة وتحديد تأثير درجة الصوت والقطر وعدد الشفرات على الأداء.

في هذه التجربة ، سوف نفحص خصائص المروحة في نفق الرياح دون سرعة الصوت باستخدام سلسلة من خمسة ناقلات منود محصنة ومراوح خشبية بقطر ودرجة وعدد من الشفرات متفاوتة.

للبدء ، قم بإعداد جهاز اختبار المروحة داخل نفق الرياح باستخدام حامل لدغة رباعي المحاور لتثبيت مكونات جهاز اختبار المروحة. يتم استخدام خلية تحميل سداسية المحاور لقياس الدفع وعزم الدوران. قم بتوصيل خلية الحمل بالحفارة ، وقم بتأمين محرك التيار المستمر بدون فرش ، والذي يعمل على تشغيل المروحة ، ثم قم بتوصيل المروحة الأولى.

الآن ، قم بتوصيل محرك التيار المستمر بدون فرش بوحدة التحكم الإلكترونية في السرعة ومولد الإشارة المعدل بعرض النبضة ، والذي يتحكم في سرعة المحرك. أيضا ، قم بتوصيل المحرك بمحلل الطاقة لقياس الجهد والتيار المزودين. ثم قم بتوصيله ومحرك التيار المستمر بدون فرش ببطارية ليثيوم بوليمر.

بمجرد تجميع الإعداد بالكامل ، استخدم مستوى الروح للتأكد من محاذاة إعداد مروحة اللدغة في اتجاه تدفق الهواء دون أي ميل أو انعراج. ثم قم بتأمين أبواب نفق الرياح ، وقم بتشغيل الطاقة الرئيسية ، وقم بتشغيل نفق الرياح. بعد ذلك ، قم بتشغيل مولد الإشارة ونظام الحصول على بيانات خلية الحمل.

قبل بدء الاختبارات ، سجل خصائص المروحة في جدول البيانات الخاص بك ، بما في ذلك عدد شفرات المروحة والقطر والدرجة. الآن ، قم بتصفير القوى الموجودة على خلية الحمل باستخدام برنامج الحصول على البيانات على كمبيوتر نفق الرياح. بعد ذلك ، اضبط مولد الإشارة لتشغيل المحرك عند دواسة الوقود بنسبة 10٪.

ابدأ بتسجيل قراءة صفرية مع إيقاف تشغيل نفق الرياح. سجل السرعة من حيث النسبة المئوية للخانق والضغط الديناميكي من محول نفق الرياح. أيضا ، قم بتسجيل الجهد والتيار المزود للمحرك من محلل الطاقة ، والدفع وعزم الدوران المقاسين بواسطة خلية الحمل.

الآن ، قم بتشغيل نفق الرياح وقم بزيادة الضغط الديناميكي إلى 0.5 psf. اترك الوقت حتى يستقر نفق الرياح ، ثم سجل جميع البيانات. استمر في زيادة إعداد الضغط الديناميكي بزيادات قدرها 0.5 رطل قدمي حتى إعداد ضغط ديناميكي يصبح عنده الدفع وعزم الدوران سالبين.

سجل جميع البيانات في كل زيادة. بمجرد أن تصبح قياسات الدفع وعزم الدوران سالبة ، اضبط الضغط الديناميكي مرة أخرى على الصفر وقم بإيقاف تشغيل نفق الرياح. ثم قم بزيادة سرعة المحرك إلى 50٪ من دواسة الوقود باستخدام مولد الإشارة. خذ القياس الصفري ، وسجل جميع البيانات مع إيقاف تشغيل نفق الرياح. ثم قم بتشغيل نفق الرياح واضبط قراءة الضغط الديناميكي على 0.5 رطوبة قدم. ثم سجل جميع البيانات.

كرر القياسات كما كان من قبل بزيادات قدرها 0. 5 PSF حتى قراءة الضغط الديناميكي حيث يصبح عزم الدوران والدفع سالبين. ثم اضبط الضغط الديناميكي مرة أخرى على الصفر ، وقم بإيقاف تشغيل نفق الرياح ، وقم بزيادة سرعة المروحة إلى دواسة الوقود بنسبة 100٪. سجل القياس الصفري مع إيقاف تشغيل نفق الرياح ، ثم كرر الاختبارات مرة أخرى حتى ضغط ديناميكي حيث يصبح عزم الدوران والدفع سالبين.

كرر هذه الاختبارات لجميع المراوح ، مع التأكد من اختبار سرعات 10٪ و 50٪ و 100٪ لكل مروحة حتى ضغط ديناميكي حيث يصبح الدفع وعزم الدوران سالبين. عند الانتهاء من جميع الاختبارات ، قم بتوصيل وحدة التحكم الإلكترونية في السرعة بمجموعة البرمجة وسجل جميع بيانات RPM للمروحة. ثم أغلق جميع الأنظمة.

لتقييم نتائج التجربة ، سنقوم أولا بحساب معامل الدفع ، CT ، باستخدام دفع المروحة ، ومعدل الدوران ، والقطر ، وكثافة التيار الحر. يمكننا أيضا حساب معاملات عزم الدوران والطاقة ، CQ و CP ، على التوالي. تذكر أن تاو هو عزم دوران المروحة و P هي الطاقة التي يتم توفيرها لمحرك التيار المستمر ويتم حسابها كناتج للجهد والتيار.

أخيرا ، يمكننا حساب النسبة المتقدمة J ، من أجل تطبيع سرعة التيار الحر لمعدل دوران المروحة والقطر. معدل الدوران هو الدورات في الدقيقة التي تم تسجيلها أثناء التجربة ، مقسومة على 60. يتم حساب سرعة التيار الحر باستخدام الضغط الديناميكي الذي تحكمنا فيه في نفق الرياح. بعد ذلك ، يمكن حساب كفاءة المروحة.

والآن، دعونا نرسم المعاملات الثلاثة والكفاءة مقابل النسبة المتقدمة، J، لأحد المراوح. هنا ، نعرض بيانات لمروحة ذات شفرتين ، قطرها 18 بوصة ، 8 بوصات. تنتج المروحة قوة دفع موجبة تصل إلى نسبة متقدمة تبلغ 0.6 ، حيث تنتقل بعد ذلك إلى منطقة الفرامل الهوائية. تبدأ منطقة الفرامل الهوائية عندما يصبح الدفع سالبا ، بينما يظل عزم الدوران موجبا. في هذه المنطقة ، تعمل المروحة على إبطاء النظام.

بعد نسبة متقدمة تبلغ 0.85 ، تنتج المروحة عزم دوران سلبيا وتتصرف مثل طاحونة الهواء. هنا ، ينتج تدفق الهواء قوى على المروحة لا يستطيع المحرك الذي يقود المروحة التغلب عليها. لاحظ أن كفاءة المروحة هي الأعلى عند J يساوي 0.4 ولا معنى لها خارج منطقة المروحة.

الآن ، دعنا نلقي نظرة على قطر المروحة المتغير ، مع الحفاظ على عدد الشفرات ودرجة المروحة ثابتا. يمكننا أن نرى أن التغيير في القطر له تأثير ضئيل على الكفاءة. ومع ذلك ، تزداد المعاملات الثلاثة بشكل طفيف مع تناقص قطر المروحة.

بعد ذلك ، سنقارن تأثير درجة المروحة المتنوعة ، مع الحفاظ على قطر المروحة الثابت وعدد الشفرات. نرى أنه بشكل عام ، تنتج المروحة عالية الملعب مزيدا من الدفع وعزم الدوران والقوة لنسبة متقدمة معينة مقارنة بالمروحة منخفضة النغمة. تؤدي زيادة درجة المروحة أيضا إلى زيادة نطاق منطقة المروحة. نرى أن الحد الأقصى لكفاءة التشغيل يحدث بنسبة متقدمة أعلى مع زيادة درجة المروحة.

أخيرا ، سنقارن تأثير رقم الشفرة ، مع الحفاظ على قطر المروحة الثابتة والدرجة. يمكننا أن نرى أن مضاعفة عدد الشفرات يؤدي إلى كمية أكبر بكثير من الدفع وعزم الدوران. في حين أن مدى منطقة المروحة متشابه ، فإن المروحة ذات الأربع شفرات تبدأ في التصرف مثل طاحونة الهواء بنسبة متقدمة أعلى مقارنة بالمروحة ذات الشفرتين. يمكن أيضا ملاحظة أن المروحة ذات الشفرتين أكثر كفاءة قليلا من نظيرتها ذات الأربع شفرات.

باختصار ، تعلمنا عن أنظمة التشغيل المختلفة للمراوح وكيف تؤثر الملعب على كفاءة المروحة. ثم قمنا بتمييز 7 مراوح في نفق رياح دون سرعة الصوت لتحليل تأثيرات الملعب والقطر وعدد الشفرات على أداء المروحة.