Калькулятор скорости потока и кончиков лопастей винта
Инструмент /tools/prop-speed считает по размерам винта и оборотам, как
быстро воздух уходит от винта, как быстро движутся кончики лопастей, где
это относительно скорости звука и сколько примерно тянет и потребляет винт на
месте. Страница открыта всем, вход не нужен, расчёт идёт целиком в вашем
браузере — ничего не отправляется на сервер.
Автор калькулятора — @s_prudak. Расчёт и
интерфейс — его работа, перенесённая на платформу; обсуждение калькулятора
идёт в Telegram.
Что вводить
- Геометрия винта — диаметр D и шаг H (дюймы, мм или см — переключатель
сверху), число лопастей (2–6) и КПД потока (скольжение). Быстрые пресеты
подставляют типичные размеры:5.1×4.3×3— FPV,10×4.5— мультироторный
винт,12×6— самолётный. - Обороты — одним из двух способов:
- Режим А — прямой ввод RPM;
- Режим Б — по мотору и батарее: KV мотора, химия аккумулятора, число
ячеек, «Номинал» или «100% заряд», уровень газа и «нагрузка мотора».
Обороты = KV × напряжение × газ × нагрузка. - Среда — температура воздуха и высота над уровнем моря. От них зависят
скорость звука (и значит число Маха) и плотность воздуха (и значит тяга).
Что получается
- Скорость потока (Pitch Speed) — шаг × обороты в секунду. Показаны
теоретическая (идеальный винт без скольжения) и реальная оценка с учётом КПД
потока, а также mph и узлы и подсказка «крейсер ~72% от реальной». - Кончики лопастей (Tip Speed) — окружная скорость конца лопасти и
число Маха с зонами: до 0,65 — оптимум по КПД и шуму, 0,65–0,85 — шум и
растущие потери, выше 0,85 — волновой кризис, срыв потока и риск разрушения
лопасти. Рядом показаны обороты, при которых винт этого диаметра дойдёт до
0,85 Маха. - Обороты и частоты — частота вращения и частота прохождения лопастей
(определяет тон шума), ускорение на конце лопасти в g. - Оценка статической тяги и мощности на валу — по эмпирическим
коэффициентам от отношения шаг/диаметр и числа лопастей, площадь диска. - График скоростей от RPM — скорость потока и кончиков при оборотах от нуля
до 150% текущих и линия 0,85 Маха; живая схема винта со вращением и потоком
(кнопка «Пауза» её останавливает). - Таблица сравнения — «Добавить текущий расчёт» сохраняет сборку в таблицу
на странице, чтобы сопоставить винты, моторы и аккумуляторы; «Отчёт» копирует
полный текстовый отчёт в буфер обмена. Таблица живёт, пока открыта вкладка.
Формулы
V_поток = H(м) × RPM/60 × η_slip
V_кончик = π × D(м) × RPM/60
Mach = V_кончик / (331,3 × √(1 + T/273,15))
Плотность воздуха — по стандартной атмосфере с поправкой на температуру и
высоту. Статическая тяга: F = Ct · ρ · n² · D⁴, мощность на валу:
P = Cp · ρ · n³ · D⁵, где Ct и Cp оценены по H/D и числу лопастей.
Что здесь оценка, а что точно
- Скорости потока и кончиков, число Маха и обороты по KV — прямая арифметика
от введённых чисел; точность определяется тем, насколько верны сами числа
(реальные обороты под нагрузкой, температура воздуха). - Тяга и мощность — грубая эмпирическая оценка, а не измерение: коэффициенты
обобщены на семейство винтов. Не опирайтесь на них при подборе мотора — для
этого есть проверка связки ВМГ, которая показывает
диапазон и измеренную ошибку модели, и стенд с весами. - «Скорость потока» — это скорость, которую винт мог бы создать при заданном
шаге; реальная скорость полёта зависит от сопротивления самолёта и обычно
ниже.