Výpočet dostředný síly na vrtulovým listu

[celeron]

Mám takovej problém, utrhl se mi na modelu u dvoulistý sklopný vrtuli jeden list kousek od závěsnýho čepu. Co se pak dělo s touhle totálně rozváženou soustavou si asi dovedete představit, naprostá destrukce.
Potřeboval bych spočítat na jakou dostředivou sílu je potřeba dimenzovat čep na kterým se list vrtule sklápí. Zkusil jsem dva kámoše ing strojaře a jeden mě rovnou poslal někam, druhej mi řekl, že to bude strašně složitý a že si na to netroufá. Oba jsou 65+ a tak se jim jak to řešit asi už vykouřilo z hlavy.
To se nedá použít nějaký zjednodušení, třeba středoškolskej případ kuličky na špagátu rotující po kružnici? Vím maximální otáčky, průměr vrtule, délku listu, jeho hmotnost. Myslel jsem , že celou hmotnost listu umístím někde v hmotnostním těžišti listu a spočítám dostřednou sílu na kružnici, kterou to těžiště listu bude opisovat. Jenže prý to zase není tak jednoduchý. Tak nevím, nechci nic přesnýho, jen orientačně řádově zda to je 10, 100, 1000 nebo kolik Newtonů.
Nestačil by třeba Fm = m * v2 / r (m = hmotnost (kg), v nadruhou = obvodová rychlost (m/s), r = poloměr (m)) ? Jenže pokud ho použiju, vychází mě nějaký strašný hausnumero, asi něco dělám blbě.
Je tu prosím někdo, kdo by věděl nakopnout jak na to?
Díky!

[kiko01]

A aku mas teda vahu vrtule, otacky, a polomer v tazisku ? Ten vzorec by mal stacit, ale skor by som povedal ze treba riesit preco ta vrtula prdla - unava, nevhodny material?

[lapa]

... utrhl se mi na modelu u dvoulistý sklopný vrtuli jeden list kousek od závěsnýho čepu. Co se pak dělo s touhle totálně rozváženou soustavou si asi dovedete představit, naprostá destrukce.
Potřeboval bych spočítat na jakou dostředivou sílu je potřeba dimenzovat čep na kterým se list vrtule sklápí....

Podle popisu se pretrhla se vrtule, ne cep. Takze spis unava/poddimenzovani materialu vrtule, nez unava/poddimenzovani cepu.
Ale pozadavek pomoci je na vypocet cepu.
Nebo spatne ctu?
Podobnou vyhradu k popisu (vrtule vs cep) mel asi i kiko01, ctu-li ho spravne.

[prochaska]

Stačí počítat 𝐹 = 𝑚 · 𝜔^2 · 𝑟 pro těžiště, neviděl bych v tom problém, to zákonitě musí vyjít stejně.

U reálných vrtulí není těžiště v ose listu takže zároveň vytváří složku ohybového namáhání která v ideálním případě částečně kompenzuje aerodynamické síly, možná měli na mysli tohle Ale imho se to dá zanedbat.

[kiko01]

Stačí počítat 𝐹 = 𝑚 · 𝜔^2 · 𝑟 pro těžiště, neviděl bych v tom problém, to zákonitě musí vyjít stejně.

U reálných vrtulí není těžiště v ose listu takže zároveň vytváří složku ohybového namáhání která v ideálním případě částečně kompenzuje aerodynamické síly, možná měli na mysli tohle Ale imho se to dá zanedbat.

No skor si myslim ze on pocital s r-kom s celym polomerom vrtule ked mu vysli nezmysly, ale to budeme vediet ak da viac info

[celeron]

Takže upřesnění. Napsal jsem to blbě, ne výpočet čepu ale sílu působící na čep. Chtěl jsem to co nejvíc zjednodušit abych věděl řádově sílu, co ten list roztrhla. Chtěl bych na tom druhým listu zkusit "trhací zkoušku". Chci do zbývajícího listu vyvrtat pár otvorů, přes ně vyvázat "cop" a zavěsit to celý v odpovícím mrazu na bidlo. No a za ten otočnej čep zavěsit košík do kterýho budu nakládat závaži. Ten výpočet by měl orientačně říci, kde se asi budu se závažím pohybovat.
Jenže ono to stejně asi nic neřekne, protože se mysí vektorově sčítat dostředná a tahová síla. Sklopná vrtule se nikdy netočí tak jak je v malůvce ale je na čepech nakloněná 10-20 st dopředu alespoň pokud neletí. Za letu se zase úhel naklonění snižuje v závislosti na rychlosti letu. Další věc je, že stejná okolní teplota nebude zárukou že plast vrtule bude mít při statické trhací zkoušce stejnou pevnost jako list po několika minutách letu. Má na to jliv vlhkosti a čím je vlhkost vyšší, tím víc se list podchlazuje. Takže kámoš ing strojař měl pravdu, že ten výpočet nebude zase tak jednoduchá věc, jak jsem si z počátku myslel...

ps: Aleši, v tom Tvým vzorečku to namastilo čtverečky.

[turnigy]

Sklopná vrtule se nikdy netočí tak jak je v malůvce ale je na čepech nakloněná 10-20 st dopředu alespoň pokud neletí. Za letu se zase úhel naklonění snižuje v závislosti na rychlosti letu.

Sklopka musí byť opretá o dorazy vždy keď vytvára nejaký ťah, keďže vzduch na ňu zozadu pôsobí silou. Sklopená o nejaký uhol môže byť iba ak nevytvára ťah, ale v takej situácii to nemá význam riešiť, dimenzovať sa to predsa musí na maximálne otáčky a nie nejaký voľnobežný stav.

Osobne si myslím, že ten čap buď vypadol, alebo sa roztrhla vrtuľa, neverím tomu, že plastová vrtuľa pretrhla oceľový čap.

Inak k výpočtu čapu, ja by som si to radšej za pár minút nakreslil v CADe a nasimuloval statické zaťaženie. Ideálne aj s nejakou zjednodušenou vrtuľou, hneď by bolo jasné, či skôr povolí plast alebo čap.

[prochaska]

ps: Aleši, v tom Tvým vzorečku to namastilo čtverečky.

A já se snažil aby vypadal pěkně Bylo to ovšem jen normální em er omega na druhou, nic světoborného.
Wolfram Alpha si to podle tvého náčrtku tipnul na 1.77 kN (0.072 m * 0.00826 kg * ((16460/60*2*3.14 /s)^2).)

[prochaska]

Ještě mě napadá, jestli ten list má takovéhle asymetrické zúžení, tak jestli těžnice neprochází těsně u kraje, to by tam potom bylo namáhání v tom krčku na ohyb?

[kiko01]

Ještě mě napadá, jestli ten list má takovéhle asymetrické zúžení, tak jestli těžnice neprochází těsně u kraje, to by tam potom bylo namáhání v tom krčku na ohyb?

To mas pravdu, ale zotrvacnost a odpor vzduchu mu vyslednicu sil posuva trosku dolava (pokial nespomaluje otacky moc rychlo)

[celeron]

Sklopka musí byť opretá o dorazy vždy keď vytvára nejaký ťah, keďže vzduch na ňu zozadu pôsobí silou. Sklopená o nejaký uhol môže byť iba ak nevytvára ťah, ale v takej situácii to nemá význam riešiť, dimenzovať sa to predsa musí na maximálne otáčky a nie nejaký voľnobežný stav.

Žádný dorazy na trámci vrtule nejsou a rozhodně se vrtule o ně za letu neopírá. Když se vrtule točí na zemi na maximální otáčky, tak se ze sklopenýho stavu odstředivou (dostředivou) silou rozevře a nakloní mírně dopředu, je to součet síly vytvářený tahem vrtule a dostředivou silou. Pokud vrtule "letí", tak se odlehčí o dopřednou rychlost a úhel naklonění dopředu se zmenší téměř na nulu. To není z mý hlavy ale aerodynamická příručka.

Osobne si myslím, že ten čap buď vypadol, alebo sa roztrhla vrtuľa, neverím tomu, že plastová vrtuľa pretrhla oceľový čap.

Žadnej čep nevypadl ani vrtule nepřetrhla čep. Na malůvce je jasně naznačený zlomový místo.

[celeron]

Wolfram Alpha si to podle tvého náčrtku tipnul na 1.77 kN (0.072 m * 0.00826 kg * ((16460/60*2*3.14 /s)^2).)

No kurňa 180kg, to ani takový závaží na případnou trhací zkoušku po baráku nenajdu.
Mě vyšlo něco řádově podobnýho a myslel jsem, že je to ptákovina.
Zajímavý, to zlomový místo má cca 32mm2 takže skoro 6 kg na mm2. No už se nedivím, že zmrzlej plast z kdovíjakýho čínskýho uhlím přibarvenýho recyklátu to vzdal.
Aleši, díky!

[turnigy]

Sklopka musí byť opretá o dorazy vždy keď vytvára nejaký ťah, keďže vzduch na ňu zozadu pôsobí silou. Sklopená o nejaký uhol môže byť iba ak nevytvára ťah, ale v takej situácii to nemá význam riešiť, dimenzovať sa to predsa musí na maximálne otáčky a nie nejaký voľnobežný stav.

Žádný dorazy na trámci vrtule nejsou a rozhodně se vrtule o ně za letu neopírá. Když se vrtule točí na zemi na maximální otáčky, tak se ze sklopenýho stavu odstředivou (dostředivou) silou rozevře a nakloní mírně dopředu, je to součet síly vytvářený tahem vrtule a dostředivou silou. Pokud vrtule "letí", tak se odlehčí o dopřednou rychlost a úhel naklonění dopředu se zmenší téměř na nulu. To není z mý hlavy ale aerodynamická příručka.

Potom máš pravdu, ja som doteraz videl iba vrtule takéhoto typu, ktoré majú po roztvorení pevný doraz. Ale pozerám, že existujú aj typy bez dorazov.

Pri trhacej skúške bude zasa problém s upevnením závažia k listu vrtule, ak tam navŕtaš dierky, tak to asi praskne práve v tom mieste.

[kiko01]

Trhacia skuska sa robi na normovanom polotovare a nie len tak na kuse vyrobku

[kenybz]

pěkný motorek na model. děláme větší elektrolétající samaljoty motorky 400kw a na baterky je to boj...no ale protože su z bývalého povolání plastikář hovorově řečeno tak mě něco napadá.
Píšeš plast plněný sklem? S největší pravděpodobností to bude některý z polyamidů.
Všechny polyamidy jsou po vystříknutí do formy relativně křehké. Musí být takzvaně v rovnovážném stavu.
Polyamidy jsou hygroskopické a teprve až naberou do sebe vlhkost. tak se materiál značně změní z křehkého na houževnatý.
Nebudu to složitě rozebírat, ale jen praktický test si může udělat každý sám na struně do křoviňáku.
Novou strunu když namočíte do vody na několik dní, tak najednou přestane praskat a vydrží značne dlouho.
No dost bylo tlachů o plastech...
Soustava byla vyvážena? máš nějaké detailní fotky lomu, způsobu uložení?
Dále je možné, že je nevhodně umístněn vtok pro vstříknutí materiálu do tvarové části formy. Kdybych měl díl v ruce poznám to.
U materiálů plněných skelným vláknem dochází při nevhodném umístnění vtoku k nežádoucí změně orientace skelných vláken a tím může být pevnost značně snížena.
Dá se to přirovnat jako když by do toho tvaru ve formě tekla voda a došlo k turbulentnímu proudění, tak přesně to udělají ty vlákna.
Skelné vlákna v polymeru jsou nejpevnější pokud jsou lineárně.
No ale možná je to uplně jinak a v něčem jiném chce to více informací. Testy pevnosti v tahu na trhačce na zkušebním normovaném tělísku jsou vypovídající jen pro porovnání materiálu zda vykazuje deklarované vlastnosti výrobce.
Pokud je problém v konstrukci dílu a technologii výroby hlavně technologické kázně tak je trhací test k ničemu