Подводный аппарат с однолопастным винтом

Lunar> мгновенное изменение скорости вращения

сдаётся мне, что здесь кроется дьявол.

Lunar> Известны подводные аппараты в виде вытянутого веретенообразного тела, оснащённые в задней части многолопастным гребным винтом.
Lunar> Отличие конструкции предлагаемого аппарата состоит в применении однолопастного гребного винта удлиненной саблевидной конструкции с приводом от BLDC двигателя для изменения направления движения.
Бесщеточный двигатель. Для данного случая непонятна разница с другими.

Lunar> Плоскость управления разделена на четыре квадранта. При прохождении лопасти винта в соответствующем квадранте происходит мгновенное изменение скорости вращения.
Рисунок бы.

Lunar>Это приводит к развороту подводного аппарата в вертикальной, горизонтальной плоскости или одновременному маневру в двух плоскостях.
Lunar> Цель - максимальное упрощение движителя подводного аппарата.
А дисбаланс куда девать?

Lunar>> мгновенное изменение скорости вращения
Н-12> сдаётся мне, что здесь кроется дьявол.
Мгновенное изменение скорости = бесконечному ускорению, что по школьной формулировке второго закона Ньютона потребует бесконечной силы. Требуется либо ГЭУ с бесконечным моментом, либо отмена второго закона Ньютона. Ни того, ни другого пока не завезли.

Pu239> Мгновенное изменение скорости = бесконечному ускорению, что по школьной формулировке второго закона Ньютона потребует бесконечной силы. Требуется либо ГЭУ с бесконечным моментом, либо отмена второго закона Ньютона. Ни того, ни другого пока не завезли.

ну, даже если принять, что мгновенное гипербола для пущего эффекта, то все равно гонять десятки/сотни/тысячи киловатт от двигателя к накопителю и обратно за десятые доли секунды явно непросто.

Н-12> ну, даже если принять, что мгновенное гипербола для пущего эффекта, то все равно гонять десятки/сотни/тысячи киловатт от двигателя к накопителю и обратно за десятые доли секунды явно непросто.
Если невозможно отменить закон, то надо его обойти, как учил автор ТРИЗ Альтшуллер. Мешает нам момент инерции движителя менять его скорость вращения - так не будем ее менять! Движение-то дает взаимодействие движителя со средой, а не само его вращение. Сделаем изменяемый шаг. Можно даже по кусочкам, с отдельным регулированием на каждом. И второго зайца можно попытаться убить - сделать винт сбалансированным.

Исходная идея Лунара остается в силе.

Lunar> Цель - максимальное упрощение движителя подводного аппарата.
Даже не задаваясь вопросом «мгновенно» - это сколько, поддержу уважаемого LtRam-а. Как вы будете бороться с вибрацией? Какой дедвуд и соответственно уплотнения будете ставить что бы конструкция была работоспособной?

Pu239> Мешает нам момент инерции движителя менять его скорость вращения - так не будем ее менять! Движение-то дает взаимодействие движителя со средой, а не само его вращение. Сделаем изменяемый шаг. Можно даже по кусочкам, с отдельным регулированием на каждом.

это да, представить лопасть изменяемого шага со здоровенным маховиком на валу уже проще.

Pu239> И второго зайца можно попытаться убить - сделать винт сбалансированным.

тогда нужен изменяемый маховик.

Н-12> тогда нужен изменяемый маховик.
Простой противовес неплохо поможет, пусть и не идеально.

Но пусть автор свою идею сам разрабатывает. И сам доказывает для начала работоспособность своего движителя. К сравнению эффективности перейдем только после.

LtRum> Бесщеточный двигатель. Для данного случая непонятна разница с другими.

Для тихоходного аппарата с сравнительно большим винтом требуется и медленный высокомоментный привод, как известно. Безредукторный BLDC идеально вписывается. Он позволяет менять скорость вращения в пределах четверти или половины оборота (конечно по трапецидальному или синусоидальному закону, с соответствующими затратами энергии). Т.е. пока лопасть находится в разгоняющем квадранте - увеличиваем мгновенную скорость, когда она-же находится в противоквадранте(-180градусов) - уменьшаем мгновенную скорость. Средняя скорость вращения в общем может при этом остаться постоянной.
Без тихоходного BLDC это делать трудно.

LtRum> А дисбаланс куда девать?

Известны однолопастные винты для скоростных катеров. А там скорость значительно больше. Т.е. решили и вопрос с равномерным обтеканием.

Очевидно, что идея развивается до соосных однолопастных гребных винтов. При соосной схеме возможно для первого винта(в разгоняющем квадранте) увеличение скорости, для второго винта(в тормозящем квадранте) уменьшение скорости. Но это уже гораздо сложнее по механике, т.к. первоначальная идея была в максимальном отказе от всякого рода управляющих плоскостей и отклоняющих насадок на винт.

Спасибо за разъяснения, стало понятней.

Lunar> Без тихоходного BLDC это делать трудно.
Синхронный или асинхронный

LtRum>> А дисбаланс куда девать?
Lunar> Известны однолопастные винты для скоростных катеров. А там скорость значительно больше. Т.е. решили и вопрос с равномерным обтеканием.
Не понимаю как.
Как аппарат будет вести себя при прямолинейном движении?

Lunar> Очевидно, что идея развивается до соосных однолопастных гребных винтов. При соосной схеме возможно для первого винта(в разгоняющем квадранте) увеличение скорости, для второго винта(в тормозящем квадранте) уменьшение скорости. Но это уже гораздо сложнее по механике, т.к. первоначальная идея была в максимальном отказе от всякого рода управляющих плоскостей и отклоняющих насадок на винт.
Ну они весьма просты. И эффективность у них выше.

LtRum> Спасибо за разъяснения, стало понятней.
Lunar>> Без тихоходного BLDC это делать трудно.
LtRum> Синхронный или асинхронный

BLDC - синхронный, с управляемым положением ротора по фазе. Я даже делал на асинхронниках синхронизированные по фазе приводы, но уж очень они "мягкие".

LtRum> LtRum>> А дисбаланс куда девать?
Lunar>> Известны однолопастные винты для скоростных катеров. А там скорость значительно больше. Т.е. решили и вопрос с равномерным обтеканием.
LtRum> Не понимаю как.
LtRum> Как аппарат будет вести себя при прямолинейном движении?

Видимо в зависимости от фактической конструкции. Если аппарат маленький а винт большой - будет вихляться по спирали. Ну и если аппарат массивный (да еще и восстанавливающий момент приличный) то плыть будет сравнительно ровно, насколько вообще ровно плывет винтовой корабль.

Lunar>> Очевидно, что идея развивается до соосных однолопастных гребных винтов. При соосной схеме возможно для первого винта(в разгоняющем квадранте) увеличение скорости, для второго винта(в тормозящем квадранте) уменьшение скорости. Но это уже гораздо сложнее по механике, т.к. первоначальная идея была в максимальном отказе от всякого рода управляющих плоскостей и отклоняющих насадок на винт.
LtRum> Ну они весьма просты. И эффективность у них выше.

Хотелось свести концепцию к предельной простоте.

Lunar> BLDC - синхронный, с управляемым положением ротора по фазе. Я даже делал на асинхронниках синхронизированные по фазе приводы, но уж очень они "мягкие".
Понятно.

LtRum>> Как аппарат будет вести себя при прямолинейном движении?
Lunar> Видимо в зависимости от фактической конструкции. Если аппарат маленький а винт большой - будет вихляться по спирали. Ну и если аппарат массивный (да еще и восстанавливающий момент приличный) то плыть будет сравнительно ровно, насколько вообще ровно плывет винтовой корабль.
У него же постоянно будет возмущающий момент.

LtRum>> Ну они весьма просты. И эффективность у них выше.
Lunar> Хотелось свести концепцию к предельной простоте.
Возможно.
Вообще нужно считать, пробовать, может и не окупиться такая простота. А может и да.
Если винт не выходит за габарит - ИМХО маломаневренный будет.

Lunar> Т.е. пока лопасть находится в разгоняющем квадранте - увеличиваем мгновенную скорость, когда она-же находится в противоквадранте(-180градусов) - уменьшаем мгновенную скорость. Средняя скорость вращения в общем может при этом остаться постоянной.
Я вижу тут проблему из области механики: увеличивая момент (и лишь затем скорость вращения с интегрированием этого момента какое-то время) при прохождении контрольного квадранта, мы даём не только силу по оси аппарата и разворачивающий эту ось момент. Мы ещё и создаём момент вращения чисто реакцией воды.
Это даёт "осевую вибрацию", которая не только плоха сама по себе, но ещё и создаст ненужные моменты прецессии после.

Как тут уже сказали выше, лучше тогда идти к полноценному "вертолётному" винту - симметричному винту с полопастно-посекторно изменяемым шагом и "нормальным" (можно электромагнитным) автоматом перекоса.
Высокая скорость лопастей под водой в любом случае невыгодна, а многолопастный винт позволит снизить скорость вращения, потери на сопротивление и хорошо усреднить силы по времени, сделав их почти постоянными.

Lunar> Но это уже гораздо сложнее по механике, т.к. первоначальная идея была в максимальном отказе от всякого рода управляющих плоскостей и отклоняющих насадок на винт.
Как минимум один привод системы отклонения на этом винте уже есть.

Одиночная лопасть потребует много большей мощности этого привода: из-за скорости лопасти и бОльшего требуемого момента потребуется как минимум квадратично бОльшая мощность изменения момента (соотвественно, и мощность привода).

Два привода на две лопасти, парадоксально, будут иметь вдвое меньшую мощность (или вчетверо меньшую, в пересчёте на лопасть).

Татарин> Мы ещё и создаём момент вращения чисто реакцией воды.
Как и для любой одновинтовой ПЛ. Что делать.

Татарин> Это даёт "осевую вибрацию", которая не только плоха сама по себе, но ещё и создаст ненужные моменты прецессии после.

Осевые колебания подавятся неподвижными плоскостями и восстанавливающим моментом, прецессию и прочие отклонения по курсу подавляет автопилот. Но это решение неидеальное конечно, только для дешевизны.

Татарин> Высокая скорость лопастей под водой в любом случае невыгодна, а многолопастный винт позволит снизить скорость вращения, потери на сопротивление

вот тут больше про конструкцию конкретного винта, а не про лопастность. Буржуи пишут что однолопастный теоретически имеет самый большой КПД.

Винт с индивидуальной установкой угла атаки тоже очевиден, но очевидно сложен. Мое предложение ближе ко всяким квадрикам (всё в приводы и алгоритмы) чем к полноценным вертолетам с автоматом перекоса. Понятно что вертолет совершенней.