Флюгер своими руками

Проектирование воздушного винта

Воздушный винт завоевал репутацию незаменимого движителя для быстроходных плавсредств, эксплуатируемых на мелководных и заросших акваториях, а также для аэросаней-амфибий, которым приходится работать на снегу, на льду и на воде. И у нас и за рубежом накоплен уже немалый опыт применения воздушных винтов на скоростных малых судах и амфибиях. Так, с 1964 г. в нашей стране серийно выпускаются и эксплуатируются аэросани-амфибии (рис. 1) КБ им. А. Н. Туполева. В США несколько десятков тысяч аэролодок, как их называют американцы, эксплуатируются во Флориде.

Рис. 1. «Туполевские» аэросани-амфибии А-3 с воздушным винтом.

Проблема создания быстроходной мелкосидящей моторной лодки с воздушным винтом продолжает интересовать и наших судостроителей-любителей. Наиболее доступна для них мощность 20—30 л. с. Поэтому рассмотрим основные вопросы проектирования воздушного движителя с расчетом именно на такую мощность.

Тщательное определение геометрических размеров воздушного винта позволит полностью использовать мощность двигателя и получить тягу, близкую к максимальной при имеющейся мощности. При этом особую важность будет иметь правильный выбор диаметра винта, от которого во многом зависит не только КПД движителя, но и уровень шума, прямо обусловленный величиной окружных скоростей.

Исследованиями зависимости тяги от скорости хода установлено, что для реализации возможностей воздушного винта при мощности 25 л. с. необходимо иметь его диаметр — около 2 м. Чтобы обеспечить наименьшие энергетические затраты, воздух должен отбрасываться назад струей с большей площадью сечения; в нашем конкретном случае площадь, ометаемая винтом, составит около 3 м². Уменьшение диаметра винта до 1 м для снижения уровня шума уменьшит площадь, ометаемую винтом, в 4 раза, а это, несмотря на увеличение скорости в струе, вызовет падение тяги на швартовах на 37%. К сожалению, компенсировать это снижение тяги не удается ни шагом, ни числом лопастей, ни их шириной.

С увеличением скорости движения проигрыш в тяге от уменьшения диаметра снижается; таким образом, увеличение скоростей позволяет применять винты меньшего диаметра. Для винтов диаметром 1 и 2 м, обеспечивающих максимальную тягу на швартовах, на скорости 90 км/ч величины тяги становятся равными. Увеличение диаметра до 2,5 м, увеличивая тягу на швартовах, дает лишь незначительный прирост тяги на скоростях более 50 км/ч. В общем случае каждому диапазону эксплуатационных скоростей (при определенной мощности двигателя) соответствует свой оптимальный диаметр винта. С увеличением мощности при неизменной скорости оптимальный по КПД диаметр увеличивается.

Как следует из приведенного на рис. 2 графика, тяга воздушного винта диаметром 1 м больше тяги водяного гребного винта (штатного) подвесного мотора «Нептун-23» или «Привет-22» при скоростях свыше 55 км/ч, а воздушного винта диаметром 2 м — уже при скоростях свыше 30—35 км/ч. Расчеты показывают, что на скорости 50 км/ч километровый расход топлива двигателя с воздушным винтом диаметром 2 м будет на 20—25% меньше, чем наиболее экономичного подвесного мотора «Привет-22».

Рис. 2. Зависимость тяги Р воздушных винтов, а также штатных гребных винтов (теоретически — в идеальных условиях) подвесных моторов «Привет-22» (кривая 1) и «Нептун-23» (кривая 2) от скорости V.
3 — кривая тяги воздушного винта с D=2,5 м и h=0,5; 4 — кривая тяги воздушного винта с D=1 м; h=0,65; 5 — кривая тяги воздушного винта с D=2 м; h=0,52.

Последовательность выбора элементов воздушного винта по приводимым графикам такова. Диаметр винта определяется в зависимости от необходимой тяги на швартовах при заданной мощности на валу винта. Если эксплуатация мотолодки предполагается в населенных районах или районах, где существуют ограничения по шуму, приемлемый (на сегодня) уровень шумов будет соответствовать окружной скорости — 160—180 м/с. Определив, исходя из этой условной нормы и диаметра винта, максимальное число его оборотов, установим передаточное отношение от вала двигателя к валу винта.

Для диаметра 2 м допустимое по уровню шума число оборотов будет около 1500 об/мин (для диаметра 1 м — около 3000 об/мин); таким образом, передаточное отношение при числе оборотов двигателя 4500 об/мин составит около 3 (для диаметра 1 м — около 1,5).

При помощи графика на рис. 3 вы сможете определить величину тяги воздушного винта, если уже выбраны диаметр винта и мощность двигателя. Для нашего примера выбран двигатель самой доступной мощности — 25 л. с., а диаметр винта — 2 м. Для этого конкретного случая величина тяги равна 110 кг.

Рис. 3. Зависимость тяги P на швартовах от мощности NB на валу винта и его диаметра D.

Отсутствие надежных редукторов является, пожалуй, самым серьезным препятствием, которое предстоит преодолеть. Как правило, цепные и ременные передачи, изготовленные любителями в кустарных условиях, оказываются ненадежными и имеют низкий КПД. Вынужденная же установка воздушного винта прямо на вал двигателя приводит к необходимости уменьшения диаметра и, следовательно, снижению эффективности движителя.

Для определения ширины лопасти и шага следует воспользоваться приводимой номограммой рис. 4. На горизонтальной правой шкале из точки, соответствующей мощности на валу винта, проводим вертикаль до пересечения с кривой, соответствующей ранее найденному диаметру винта. От точки пересечения проводим горизонтальную прямую до пересечения с вертикалью, проведенной из точки, лежащей на левой шкале числа оборотов. Полученное значение определяет величину покрытия проектируемого винта (покрытием авиастроители называют отношение суммы ширин лопастей к диаметру).

Рис. 4. Номограмма для определения величины покрытия винта σ=Σb/D и относительного шага h=H/D в зависимости от мощности на валу винта NB и частоты вращения n.

Для двухлопастных винтов покрытие равно отношению ширины лопасти к радиусу винта R. Над значениями покрытий указаны значения оптимальных шагов винта. Для нашего примера получены: покрытие σ=0,165 и относительный шаг (отношение шага к диаметру) h=0,52. Для винта диаметром 1 м σ=0,50 м и h=0,65. Винт диаметром 2 м должен быть 2-лопастным с шириной лопасти, составляющей 16,5% R, так как величина покрытия невелика; винт диаметром 1 м может быть 6-лопастным с шириной лопасти 50:3=16,6% R или 4-лопастным с шириной лопастей 50:2 = 25% R. Увеличение числа лопастей даст дополнительное уменьшение уровня шума.

С достаточной степенью точности можно считать, что шаг винта не зависит от числа лопастей. Приводим геометрические размеры деревянной лопасти шириной 16,5% R. Все размеры на чертеже рис. 5 даны в процентах радиуса. Например, сечение D составляет 16,4% R, расположено на 60% R. Хорда сечения разбивается на 10 равных частей, т. е. по 1,64% R; носок разбивается через 0,82% R. Ординаты профиля в миллиметрах определяются умножением радиуса на соответствующее каждой ординате значение в процентах, т. е. на 1,278; 1,690; 2,046 … 0,548.

Рис. 5. Чертеж лопасти деревянного винта шириной 16,5% R.
с = макс. толщина профиля / хорда профиля.
Все размеры даны в процентах от величины радиуса винта.

Если необходимо построить лопасть большей относительной ширины, все относительные размеры необходимо изменить соответственно новой ширине. Например: для лопасти шириной 25% хорды и толщины сечений нужно увеличить в отношении 25:16,5=1,52, т. е. в полтора раза.

На схеме рис. 6 приведено построение установочных углов сечений по найденному ранее шагу воздушного винта.

Рис. 6. Пример построения установочных углов сечений лопасти винта постоянного шага.
Диаметр — 2 м; шаг — 1,04 м; относительный шаг — 0,52.
Например, сечение D, составляющее 16,4% от радиуса, построенное по данным рис. 5, устанавливается на расстоянии 600 мм от оси (60%) под углом φ-0 (на схеме сечение условно развернуто на 90°).

Предлагаемый приближенный метод при минимальной трудоемкости расчетных работ дает хорошие результаты. Полученные расхождения при сравнении расчетных данных и результатов натурных испытании составляют по мощности — до 3%, по тяге — 5—7%.

«Проектирование воздушного винта», Г. В. Махоткин, КиЯ 2(78) 1979 г.

вернуться в раздел

Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:

добавить страницу в избранное

Самые распространенные модели

Чаще всего флюгеры заказывают в компаниях, специализирующихся на кованых элементах. Все они предлагают большой каталог флюгеров. Покупателю предлагается либо выбрать модель из имеющихся, либо согласовать новый образ. Сам флюгер стандартно имеет размер 500 на 1000 миллиметров с небольшой коррекцией. Он свободно вертится вокруг своей оси, иногда имеет указатели направлений света.

Чаще всего предлагаются следующие популярные модели:

  • львы и львицы;
  • кошки;
  • гепарды;
  • собаки и волки;
  • лошади;
  • олени;
  • петухи (традиционное изображение);
  • рыцари;
  • лучники;
  • грифоны.

Какое именно изображение должно быть украшением флюгера, решает сам владелец дома. Этот образ должен ассоциироваться не только с ним самим, но и с правилами его жизни.

Авторские варианты

Тем, кто решил отличиться, подойдут авторские и эксклюзивные модели. Они хороши для крупных поселков, где многие владельцы уже успели установить флюгеры. Если владельцу дома хочется подчеркнуть индивидуальность, можно сделать это таким нехитрым способом. Флюгер из меди с необычным изображением обязательно привлечет внимание. Конечно, и стоить он будет несколько дороже, но ведь оно того стоит.

Чаще всего за основу берутся герои любимых сказок, мультфильмов, но встречаются также лыжники, сноубордисты, охотники, черти, воины, экзотические животные, двуглавые орлы, изображения рыб, кораблей, самолетов и так далее.

Конструкция флюгера

Однако, медный флюгер — это не только фигурка, служащая украшением, это и устройство, которое смещается вокруг оси согласно направлению ветра.

Конечно, пришедшие к нам из Голландии флюгеры, пришлись по душе жителям Санкт-Петербурга, где ветер — стихия постоянная. Там при Петре I их устанавливали всюду, и в этом была некоторая необходимость. Однако, сегодня функция определения направления ветра простому обывателю ни к чему. Что же заставляет хозяев домов устанавливать эти приборы вдали от моря? Скорее всего, их романтическая притягательность, решение украсить дом, вложить в него частичку души.

Ниже представлен чертеж, показывающий строение прибора. Сама фигурка является флажком, ее изготавливают с учетом противовеса или используют его как элемент образа. Флажок расположен на стрелке, которую можно дополнить указателями сторон света. Как правило, флюгер обязательно содержит эти элементы, поскольку они придают дополнительную оригинальность.

Конструкция держится на свободно вращающейся осевой трубке, которая заключена в полую медную трубу. Вращению способствует подшипник в основном корпусе. Медный флюгер — устройство довольно простое в изготовлении, медь — материал мягкий, с ним приятно работать. Некоторые умельцы самостоятельно изготавливают конструкцию и устанавливают ее на кровлю. Любой флюгер хорош, если его модель:

  • устойчива;
  • выполнена из качественного материала;
  • надежна и долговечна.

Советы профессионалов

Если есть желание попробовать изготовить медный флюгер своими руками, вот здесь-то и пригодятся советы мастеров, которые не только давно изготавливают эти конструкции, но и хорошо знают медь как материал. Уникальность модели добавит ей притягательности.

  1. Чтобы медный флюгер работал корректно, указывая направление ветра, в непосредственной близости к дому не должно быть высоких деревьев, а также строений. Они исказят показатели.
  2. Фигурка не должна быть очень тяжелой, при этом на стрелке она должна балансировать с учетом противовеса. Если тяжесть будет давить, вращения ждать не стоит.
  3. Важно правильно рассчитать нагрузку на осевую трубку. На нее будет оказывать давление вес флажка, а также ветер.
  4. Соединение оси с основанием лучше всего производить при помощи подшипника с защитой от влаги, однако, его можно заменить на иные элементы, используя смазочный материал. Главное, чтобы вращение осуществлялось свободно.
  5. Когда медный флюгер устанавливается непосредственно на кровлю, используют компас. Установку производят на высочайшей точке: трубе или коньке.
  6. Силу ветра стандартный медный флюгер не показывает. Для этого либо устанавливают на конце стрелки тонкую пластину из металла, которая гнется при дуновении ветра, либо пропеллер, который для стандартных моделей просто не подходит.
  7. Крепление к кровле должно быть жестким — это основное правило, а каким способом можно этого добиться, значения не имеет.

Небольшую подборку медных флюгеров можно посмотреть на нашем видео.

​Совет! При выборе изображения для флажка, руководствоваться нужно не только собственным вкусом, но и видом строения в целом. Для деревянных срубов больше подходят фигурки в деревенском стиле, для кровли со шпилями — готические сюжеты.

Медный флюгер — это, несомненно, украшение любого дома. Можно также с успехом использовать его практичные функции. Такая композиция может стать подарком семье на новоселье или же элементом собственного труда, которое привлечет взгляды соседей.

Что еще почитать по теме?

Записи созданы 4315

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх