كيفية قياس معاملات أداء المروحة

How to Measure Propeller Performance Coefficients

بواسطة آدم كهرامان

ما هي معاملات أداء المروحة ولماذا هي مهمة؟

تتيح لنا مقارنة معاملات أداء المروحة تحديد أي من تصميمات المراوح أكثر كفاءة من الناحية الديناميكية الهوائية وأنسب لظروف تشغيل معينة. وهذا يُمكّننا من مقارنة أشكال المراوح وتصميماتها بشكل مستقل عن الحجم أو سرعة الدوران.

نستعرض في هذا المقال معاملات الأداء الرئيسية وكيفية قياسها باستخدام ميزة تحويلات الإدخال في برنامج Flight Stand.

يمكن أن تساعدك هذه المعاملات في إجراء مقارنات أكثر دقة بين المراوح، مما يتيح لك توفير الوقت والموارد في تطوير الطائرات المسيّرة.

جدول المحتويات

  1. مقدمة
  2. معاملات الأداء
    1. مكونات نظام الدفع
    2. معادلة معامل الدفع
    3. معادلة معامل عزم الدوران
    4. معادلة معامل القدرة
    5. معادلة نسبة التقدم
  3. كيفية قياس معاملات أداء المروحة
    1. إعداد معادلات معاملات المروحة
    2. إعداد اختبار المروحة
  4. النتائج
    1. رقم رينولدز مقابل عدد الدورات في الدقيقة
    2. رسم بياني لمعامل الدفع
    3. رسم بياني لمعامل عزم الدوران
    4. رسم بياني لمعامل القدرة
    5. رسم بياني لنسبة التقدم
  5. الخلاصة

مقدمة

على الرغم من أن كفاءة المروحة الساكنة مقياس مهم ومفيد للدراسة، إلا أن الاعتماد عليها وحدها يقدم صورة غير مكتملة عن الأداء. ولمقارنة أداء المراوح المختلفة عبر ظروف تشغيل متنوعة، يمكن إجراء تحليل أكثر عمقًا باستخدام المعاملات اللابعدية. 

تتيح معاملات أداء المروحة إجراء مقارنة عادلة لكفاءة المراوح وملاءمة تصميمها بشكل مستقل عن الحجم أو سرعة الدوران.

يقدم هذا الدليل نظرة عامة على معاملات المراوح هذه مع شرح لكيفية حسابها باستخدام ميزة تحويلات الإدخال في برنامج Flight Stand.

من المهم ملاحظة أن بعض معاملات المراوح هذه محدودة في قدرتها على تقييم الأداء أثناء التحليق الثابت عندما تكون السرعة الأمامية = 0. ومع ذلك، بالنسبة للطائرات المسيّرة ذات الإقلاع والهبوط العمودي أو ذات الدوارات المائلة، لا يزال بإمكانها تقديم رؤى مفيدة حول الأداء خلال مراحل الطيران ذات السرعة الأمامية.

للحصول على دليل يركز أكثر على أداء التحليق الثابت للطائرات ذات الإقلاع والهبوط العمودي، اطّلع على مقالنا حول كيفية زيادة وقت طيران الطائرة المسيّرة.

إذا كنت تفضل تجاوز الحسابات والانتقال مباشرة إلى الدليل العملي خطوة بخطوة، فتوجه إلى الجزء 3 من هذا المقال.تمثيل مرئي لمعادلة نسبة التقدم

الشكل 1: تمثيل مرئي لمعادلة نسبة التقدم

معاملات الأداء

لتسهيل المقارنة بين المراوح ذات الأحجام المختلفة، ابتكر المهندسون معاملات لابعدية (معيَّرة). ومن بين هذه المعاملات الرئيسية للمراوح: معامل الدفع، ومعامل عزم الدوران، ومعامل القدرة، ونسبة التقدم.

تساعد هذه المعاملات عند مقارنة المراوح ذات التصميمات المختلفة المختبرة في ظروف تشغيل مماثلة.

شرح رقم رينولدز

لفهم هذه المعاملات بشكل أساسي، نحتاج أولًا إلى فهم العلاقة بين أداء المروحة ورقم رينولدز.

عندما يتحرك جسم ما عبر مائع مثل الهواء، فإنه يواجه قوى ديناميكية هوائية تحكمها خاصيتان للمائع؛ القوى العطالية التي تدفعه إلى الأمام (الزخم)، ولزوجة المائع التي تقاوم هذه الحركة (الاحتكاك). وتتأثر هاتان المعلمتان بدرجة حرارة المائع وكثافته وسرعته. 

يمثل رقم رينولدز مقياسًا نسبيًا للقوى العطالية مقارنة بالقوى اللزجة في التدفق. وفي سياق الأجنحة الهوائية، يشير رقم رينولدز الأعلى إلى كفاءة ديناميكية هوائية محسّنة لأن القوى العطالية تتفوق على التأثيرات اللزجة.

بينما تركز العديد من التحليلات الديناميكية الهوائية على رقم رينولدز في مقطع محدد من المروحة، تحسب المعادلة هنا رقم رينولدز عند الطرف - وهو نظام التدفق عند أبعد نقطة وأسرع نقطة دوران في المروحة.

معادلة رقم رينولدز
  • 𝜇 هي اللزوجة الديناميكية للهواء (كغ/م·ث)
  • ⍴a هي كثافة الهواء (كغ/م3)
  • 𝛺 هي السرعة الزاوية للمروحة (راديان/ث)
  • R هو نصف قطر المروحة (م)
  • D هو قطر المروحة (م)

تجمع المصطلحات  𝛺، السرعة الزاوية، وR، نصف قطر المروحة، لتوفير سرعة الطرف (Vtip) للمروحة، مما يعطي:معادلة رقم رينولدز مع سرعة الطرف

يساعد رقم رينولدز في وصف ظروف التدفق التي يكون فيها السلوك الصفائحي أو المضطرب أكثر احتمالًا للحدوث. التدفق الصفائحي سلس ومنتظم مع تدفق جزيئات الهواء بالتوازي مع بعضها البعض. التدفق المضطرب فوضوي مع تشكل الدوامات والدوامات الصغيرة في التدفق. يوضح الشكل أدناه الفرق بين التدفق الصفائحي والمضطرب.

التدفق الصفائحي مقابل التدفق المضطرب

الشكل 2: التدفق الصفائحي مقابل المضطرب في مساحة محصورة

 

تعمل المراوح الصغيرة عادةً عند أرقام رينولدز منخفضة نسبيًا، حيث يكون سلوك الطبقة الحدودية أكثر حساسية لظروف التشغيل ويمكن أن يحدث الانفصال بسهولة أكبر. تعمل المراوح الأكبر عند أرقام رينولدز أعلى، حيث تكون الطبقات الحدودية عمومًا أكثر متانة ويكون الأداء أقل حساسية للتغيرات الصغيرة في ظروف التشغيل. يمكن رؤية هذه العلاقة في المعادلة نفسها؛ فكلما زاد القطر (D)، زاد رقم رينولدز (Re).

رقم رينولدز مقابل سرعة الطيران
الشكل 3: رقم رينولدز مقابل سرعة الطيران (المصدر)

عند تحليل أداء المروحة، يجب مراعاة رقم رينولدز لأنه يحدد نظام الهواء المحدد الذي تعمل فيه المروحة. بالنسبة لأحجام وسرعات دوران المراوح المختلفة، يتغير رقم رينولدز، ومع تغيره، يتغير الكفاءة والأداء أيضًا. إذا كانت مروحتان تعملان عند أرقام رينولدز مختلفة جدًا، فقد تكون الاختلافات في الأداء ناتجة عن تأثيرات نظام التدفق بدلاً من الهندسة أو جودة التصميم.

لهذا السبب، لضمان مقارنة عادلة بين تصميمات المراوح المختلفة، يجب أن يكون رقم رينولدز التمثيلي متماثلاً أو متشابهاً. ومع ذلك، لإجراء مقارنة عادلة، يجب مراعاة رقم رينولدز جنبًا إلى جنب مع معلمات أخرى مثل نسبة التقدم، ورقم ماخ عند الطرف، وحمل الشفرة.

معادلة معامل الدفع

يعتمد معامل الدفع على شكل المروحة (الخطوة، القطر)، وكثافة الهواء، وسرعة دوران المروحة. ويمكن حسابه باستخدام المعادلة أدناه:

معادلة معامل الدفع
  • T هو الدفع المتولد (N)
  • ⍴a هي كثافة الهواء (كغ/م3)
  • n هي سرعة دوران المروحة (هيرتز)
  • D هو قطر المروحة (م)

توضح لنا المعادلة أن هناك علاقة خطية بين معامل الدفع والدفع، وبالتالي فإن المعامل الأعلى يعني أن ناتج الدفع لكل دورة أعلى. فماذا يعني هذا عمليًا؟

نظرًا إلى أن معامل الدفع بلا وحدات، يمكنك مقارنة المراوح بشكل مستقل عن الحجم والدفع.

على سبيل المثال، أنت تقارن بين مروحة مقاس 10 بوصات ومروحة مقاس 15 بوصة. إذا كنت ستقارن ناتج الدفع فقط، فإن مروحة 15 بوصة ستفوز بوضوح. ولكن إذا تم استخدام معامل الدفع، يمكنك تحديد أي مروحة تحرك بالفعل كمية أكبر من الهواء بالنسبة لحجمها، مع العلم أنهما تعملان في نفس الأنظمة. وينطبق الشيء نفسه على المراوح من نفس الحجم التي تعمل بسرعات دوران مختلفة.

وهنا يصبح الأمر أفضل. بالنسبة للمراوح التي تعمل في ظروف مماثلة (أرقام رينولدز ونسب تقدم قابلة للمقارنة)، يظل معامل الدفع مستقرًا نسبيًا. وهذا يعني أنه يمكنك مقارنة تصميمات المراوح المختلفة عبر مجموعة من سرعات التشغيل، مما يسهل تحديد أي تصميم هو الأكثر كفاءة بشكل أساسي. 

اطّلع على قسم النتائج لاحقًا في هذا المقال لمعرفة كيفية سلوك معامل الدفع عند سرعات دوران مختلفة.

معادلة معامل عزم الدوران

يصف معامل عزم الدوران حمل عزم الدوران الديناميكي الهوائي على المحرك باستخدام نفس الإطار اللابعدي لمعامل الدفع. يمكنك حسابه باستخدام المعادلة أدناه:

 

معادلة معامل عزم الدوران
  • Q هو عزم الدوران المتولد (نيوتن متر)
  • ⍴a هي كثافة الهواء (كغ/م3)
  • n هي سرعة دوران المروحة (هيرتز)
  • D هو قطر المروحة (م)

على غرار معامل الدفع، يتيح هذا المقياس للمصممين مقارنة متطلبات عزم الدوران للمراوح المختلفة، مع معايرتها حسب حجمها وسرعة تشغيلها.

بينما يخبرك C T بناتج الدفع، يوضح CQ التكلفة الميكانيكية على المحرك لهذا الناتج. باستخدام معامل عزم الدوران لمقارنة المراوح المختلفة، يمكنك اختيار مروحة تتناسب مع نطاقات عزم الدوران التي يعمل فيها محركك بأقصى كفاءة.

معادلة معامل القدرة

يعد معامل القدرة مقياسًا للطاقة الميكانيكية المطلوبة لجعل المروحة تدور، مع معايرتها حسب حجمها وسرعة تشغيلها.

معادلة معامل القدرة
  • P هي القدرة الميكانيكية (واط)
  • ⍴a هي كثافة الهواء (كغ/م3)
  • n هي سرعة دوران المروحة (هيرتز)
  • D هو قطر المروحة (م)

يتوافق CP الأعلى مع قدرة ديناميكية هوائية أكبر تم امتصاصها بواسطة المروحة عند حجم وسرعة دوران معينين. يتيح لك هذا المعامل مقارنة متطلبات القدرة لتصميمات المراوح المختلفة.

معادلة نسبة التقدم

يعد نسبة التقدم معلمًا لابعدي يربط سرعة التدفق المحوري بسرعة دوران المروحة وقطرها، ويصف مدى سرعة تحرك المروحة عبر الهواء مقارنة بسرعة دورانها.

من خلال دمج سرعة الطيران وسرعة الدوران في معادلة واحدة بلا وحدات، تتيح لك نسبة التقدم تقييم قدرة المروحة على التحرك إلى الأمام لكل دورة. لقياس سرعة الهواء أثناء الاختبار، يمكنك التقاط البيانات باستخدام مستشعر ضغط أو WindProbe يتكامل مع برنامج Flight Stand.معادلة نسبة التقدم

  • Va هي سرعة الطيران (م/ث)
  • n هي سرعة دوران المروحة (هرتز)
  • D هو قطر المروحة (م)

تشير النسبة الأعلى إلى أن الطائرة تتحرك بسرعة مقارنة بسرعة دوران الشفرات. وتشير النسبة الأقل إلى أن المروحة تدور عدداً أقل من المرات أثناء قطع مسافة أقصر.

توضح الجداول أدناه نسب التقدم النموذجية لمروحة صغيرة ومروحة كبيرة على التوالي. من المهم ملاحظة أن هذا النطاق يعتمد على الخطوة والقطر المحددين للشفرة. تختلف القيم لما يُعتبر نسبة تقدم «منخفضة» أو «عالية» بالنسبة للمراوح الأكبر حجماً.


نطاق نسبة التقدم للمراوح صغيرة الحجم

الشكل 4: نطاق نسبة التقدم النموذجي لمروحة صغيرة الحجم



نطاق نسبة التقدم للمراوح كبيرة الحجم

الشكل 5: نطاق نسبة التقدم النموذجي لمروحة كبيرة الحجم

تحدث نسبة التقدم المنخفضة أثناء الإقلاع عندما يكون الدفع الساكن مطلوباً، بينما يمثل التحليق نسبة تقدم صفرية. ومع ذلك، فإن الحفاظ على نسبة منخفضة مع السعي للطيران بسرعة يعد مؤشراً على نظام دفع غير فعال بمروحة تدور بشكل مفرط دون حركة أمامية كافية.

كيفية قياس معاملات أداء المروحة

لقياس معاملات المروحة في الوقت الفعلي، يمكنك استخدام ميزة تحويلات الإدخال في برنامج Flight Stand. يتيح لك ذلك أخذ البيانات الخام من البرنامج وتطبيق معادلات مخصصة لحساب أي قيم تحتاجها للمراوح التي تختبرها.

إعداد معادلات معامل المروحة

تتطلب المعادلات التي ننشئها في هذا المقال إدخال ثوابت مثل كثافة الهواء وقطر المروحة ولزوجة الهواء. سنقوم أولاً بإنشاء هذه الثوابت كتحويلات جديدة (مدخلات متغيرات) في برنامج Flight Stand.

الخطوة 1: انتقل إلى علامة التبويب «تحويلات الإدخال» في برنامج Flight Stand الخاص بك.

علامة تبويب تحويلات الإدخال في برنامج Flight Stand

الشكل 6: علامة تبويب تحويلات الإدخال في برنامج Flight Stand

الخطوة 2: انقر على «إضافة تحويل جديد». سمه «كثافة الهواء» واكتب القيمة التي تريد استخدامها في مربع المعادلة. نستخدم هنا كثافة الهواء القياسية عند مستوى سطح البحر البالغة 1.225 كجم/م³، ولكن يمكنك استخدام قيمة أكثر ملاءمة لدرجة الحرارة والارتفاع والظروف المحلية لديك. انقر على «حفظ» لتحويل هذه القيمة إلى ثابت. يمكنك تكرار ذلك بقدر ما تشاء لإضافة ثوابت أخرى.

تعريف كثافة الهواء

الشكل 7: تعريف ثابت كثافة الهواء لتحويلات الإدخال

الخطوة 3: انقر على «إضافة تحويل جديد» وسمّه «قطر المروحة» واكتب قطر المروحة التي تختبرها. نستخدم مروحة مقاس 4 بوصات، والتي يبلغ قطرها 0.1016 متر. انقر على «حفظ» لحفظ هذا التحويل.

قطر المروحة

الشكل 8: تعريف قطر المروحة لتحويلات الإدخال

قراءة إضافية: كيفية توصيل المستشعرات التناظرية بمنصة Flight Stand الخاصةة بك

الخطوة 4: لبناء معادلة معامل الدفع، انقر على «إضافة تحويل جديد» واختر المتغيرات المطلوبة كـ «مدخلات المعادلة»، بما في ذلك تلك التي أنشأناها للتو: كثافة الهواء والقطر والدفع وعدد الدورات في الدقيقة.

ملاحظة حول الوحدات: تحقق من الوحدات المعروضة بجوار كل إدخال للتأكد من مطابقتها للوحدات التي تتوقعها المعادلة.

القائمة المنسدلة لمعامل الإدخال

الشكل 9: تعيين معاملات الإدخال من القائمة المنسدلة

الخطوة 5: اكتب معادلة معامل الدفع الخاصة بك في مربع «المعادلة» باستخدام المتغيرات المختارة في الخطوة السابقة. استخدم معاينة المعادلة للتحقق من صحة معادلتك.

معاينة المعادلة النهائية مع قيم الإدخال

الشكل 10: معاينة المعادلة النهائية مع قيم الإدخال

ملاحظة حول التعبيرات الرياضية: يتوقع مربع نص «المعادلة» استخدام « ** » كعلامة للأس. يمكن العثور على قائمة كاملة بالتعبيرات الرياضية بالنقر على علامة الاستفهام بجوار مربع المعادلة.

دليل مرجعي للتعبيرات الرياضية

الشكل 11: دليل مرجعي لقواعد كتابة المعادلات الرياضية

الخطوة 6: يمكنك العودة إلى علامة تبويب تحويلات الإدخال للتحقق من معادلاتك المحفوظة وتمرير الماوس فوق التعبيرات لرؤية معاينة رياضية. تحت عمود «القيمة الحالية»، سيقوم البرنامج بإخراج قيمة المعاملات في الوقت الفعلي إلى جانب بيانات الإدخال من البرنامج.

نظرة عامة على إعداد المعادلة المكتمل

الشكل 12: نظرة عامة على إعداد المعادلة المكتمل

إعداد اختبار المروحة

بعد ذلك سنقوم بإعداد اختبار مؤتمت لمراقبة وتسجيل المعاملات التي أنشأناها حديثًا.


الخطوة 1: افتح برنامج Flight Stand وقم بتوصيل منصة Flight Stand الخاصةة بك بجهاز الكمبيوتر عبر USB.
الخطوة 2: انتقل إلى علامة التبويب «خرائط نظام الدفع» وحدد موقع «خرائط إضافية». 
الخطوة 3: تحت «إضافة إدخال/إخراج إضافي»، اختر الخريطة الإضافية التي قمت بتعريفها مسبقًا في علامة تبويب تحويلات الإدخال. 

القائمة المنسدلة لتحويل الخرائط

الشكل 13: خرائط التحويلات من القائمة المنسدلة

الخطوة 4: كرر الخطوة 2 لجميع التحويلات التي تريد من البرنامج تسجيل قيمها أثناء إجراء الاختبارات.

ملخص التحويلات النشطة

الشكل 14: ملخص لجميع التحويلات النشطة في البرنامج

بعد ذلك، يمكننا إعداد اختبار مؤتمت للتشغيل. في هذه الحالة، نقوم ببناء منحدر خطي بسيط للخانق.

الخطوة 5: افتح علامة التبويب «التحكم التلقائي» واختر «منحدر» لبدء تسلسلك.

الشكل 15: معالجات التحكم التلقائي

الخطوة 6: أدخل قيمك البادئة والنهائية ومعدل زيادة الخانق بمرور الوقت. 

معاملات المنحدر الخطي المحددة لتسلسل الاختبار

الشكل 16: معاملات المنحدر الخطي المحددة لتسلسل الاختبار

الخطوة 7: استخدم نافذة «معاينة التسلسل» للتحقق من التوقيت ونمط الخانق.
الخطوة 8: سمِّ اختبارك وفعّل «التسجيل المستمر» لضمان التقاط جميع نقاط البيانات.

تسمية وتنفيذ تسلسل الاختبار

الشكل 17: تسمية وتنفيذ تسلسل الاختبار

الخطوة 9: انتقل إلى «التحكم اليدوي» لتنشيط ESC الخاص بك.
الخطوة 10: عد إلى علامة التبويب «التحكم التلقائي» وانقر على «تنفيذ التسلسل». احفظ النتائج لتصديرها كملف .csv.

يمكن العثور على دليل مفصل ومرئي لهذه العملية في الفيديو أدناه:

كيفية أتمتة منصة الدفع - برنامج Flight Stand

النتائج

رقم رينولدز مقابل عدد الدورات في الدقيقة

أولاً، دعونا ننظر إلى رقم رينولدز الذي تم رصده في هذا العرض التوضيحي. يوضح الرسم البياني التالي العلاقة بين رقم رينولدز وسرعة الدوران عبر النطاق المختبر.

رقم رينولدز مقابل عدد الدورات في الدقيقة

الشكل 18: رقم رينولدز مقابل سرعة الدوران (عدد الدورات في الدقيقة)

يمكن استخدام هذا التصور لتحديد نظام التدفق المحدد الذي تتواجد فيه مروحتك عند سرعات دوران مختلفة وضمان أنك تجري مقارنات بين مراوح مختلفة عند أرقام رينولدز مماثلة.

هذا مهم لأن السلوك الديناميكي الهوائي يتغير عبر أرقام رينولدز المختلفة. لإجراء مقارنة عادلة بين المراوح، يجب اختبارها في ظروف مماثلة حتى يمكن عزو اختلافات الأداء المرصودة إلى تصميم المروحة. وهذا مهم بشكل خاص للمراوح الأصغر حجماً التي تكون أكثر حساسية للتغيرات في رقم رينولدز.

رسم معامل الدفع البياني

باستخدام بياناتنا التي جمعناها، نلاحظ العلاقة بين الدفع وعدد الدورات في الدقيقة ومعامل الدفع:

رسم معامل الدفع مقابل عدد الدورات في الدقيقة

الشكل 19: معامل الدفع مقابل سرعة الدوران (عدد الدورات في الدقيقة) مقابل الدفع (كجم)

مع زيادة عدد الدورات في الدقيقة من 5,500 إلى 16,000، يمكننا أن نرى أن الدفع، الممثل بالخط الأبيض، يزداد بثبات. يبدأ معامل الدفع، الممثل بالخط البرتقالي، عند حوالي 0.15 ويرتفع تدريجياً إلى حوالي 0.18 مع دوران المروحة بشكل أسرع. بالنسبة لمروحة صغيرة الحجم، فإن هذه الزيادة التدريجية في معامل الدفع متوقعة لأن سرعات الدوران الأعلى تزيد من رقم رينولدز، مما يحسن الأداء الديناميكي الهوائي لأجزاء الشفرة ويسمح بتوليد دفع أكبر لكل دورة. يشير الانخفاض الحاد عند 16,000 دورة في الدقيقة إلى نهاية الاختبار حيث تتوقف المروحة عن الدوران.

رسم معامل العزم البياني

بإجراء نفس التحليل لمعامل العزم نحصل على الرسم البياني التالي:

رسم معامل العزم مقابل عدد الدورات في الدقيقة

الشكل 20: معامل العزم مقابل سرعة الدوران (عدد الدورات في الدقيقة) مقابل العزم (نيوتن متر)

مع زيادة عدد الدورات في الدقيقة، يزداد العزم، الممثل بالخط الأبيض، أيضاً بثبات، مما يظهر الحمل الميكانيكي المتزايد على المحرك. يظل معامل العزم، الممثل بالخط البرتقالي، ثابتاً نسبياً.

هذا يوضح فائدة معامل العزم كمقياس موحد. بينما يزداد العزم الذي يتعين على المحرك توفيره مع عدد الدورات في الدقيقة، فإن قدرة المحرك على التغلب على ذلك العزم تظل ثابتة نسبياً عبر نطاق عدد الدورات في الدقيقة الذي اختبرناه. وهذا يعني أنه في هذا السيناريو، لا يكافح المحرك لتوفير العزم المطلوب لتدوير المروحة عبر نطاق عدد الدورات في الدقيقة الذي اختبرناه. يمكن أن يساعدك مراقبة معامل العزم في تحديد ما إذا كان المحرك يُستخدم في نطاق عزمه الأمثل للمروحة المختارة.

رسم معامل القدرة البياني

يوضح الرسم البياني أدناه كيف يتغير معامل القدرة والقدرة الميكانيكية عبر سرعات الدوران. يوضح هذا التصور بسرعة متطلبات القدرة عبر نطاق عدد الدورات في الدقيقة التشغيلي، مما يساعد في تحديد ما إذا كان المحرك يمكنه التعامل مع حمل المروحة عند سرعة الدوران المستهدفة.

رسم معامل القدرة مقابل عدد الدورات في الدقيقة

الشكل 21: معامل القدرة مقابل سرعة الدوران (عدد الدورات في الدقيقة) مقابل القدرة الميكانيكية (واط)

في هذا السيناريو، يظل معامل القدرة ثابتاً نسبياً عبر نطاق عدد الدورات في الدقيقة المختبر. بالنسبة للمراوح الأصغر حجماً، يستقر معامل القدرة بسرعة أكبر مع زيادة عدد الدورات في الدقيقة، ويظهر النطاق المختبر أننا قد تجاوزنا بالفعل نقطة الانتقال هذه، ونعمل بالكامل داخل منطقة الهضبة.

رسم نسبة التقدم البياني

معامل رئيسي آخر لاستكشافه هو نسبة التقدم، التي تمثل العلاقة بين السرعة التي تتحرك بها الطائرة إلى الأمام والسرعة التي تدور بها المروحة.

رسم نسبة التقدم

الشكل 22: نسبة التقدم مقابل سرعة الدوران (عدد الدورات في الدقيقة) عند سرعة طيران 10 م/ث

لأجل هذا الاختبار، يُفترض سرعة طيران ثابتة تبلغ 10 م/ث، وهي سرعة إبحار نموذجية لطائرة بدون طيار صغيرة.

يساعدك هذا التصور على فهم كيفية أداء مروحتك عند سرعات طيران مختلفة. المروحة ذات الأداء الجيد عند نسب التقدم المنخفضة تؤدي بشكل أفضل في التحليق والإقلاع، بينما تلك التي تؤدي بشكل جيد عند نسب التقدم العالية تكون مناسبة أكثر للطيران الأمامي السريع والإبحار.

هذا يتيح لك اختيار أو مطابقة مروحتك لخصائص طيرانك النموذجية ويساعدك على تحديد المشاكل المحتملة - قد تواجه بعض المراوح صعوبة في الحفاظ على كفاءة عالية عند سرعة إبحارك النموذجية، وقد لا تولد أخرى دفعاً كافياً للإقلاع والتحليق.

الخلاصة

معاملات أداء المروحة، التي تجعل الدفع والعزم والقدرة بلا أبعاد، تسمح بتقييم تصميمات المراوح من حيث الكفاءة الديناميكية الهوائية والملاءمة التشغيلية بغض النظر عن الحجم أو سرعة الدوران.

تتيح لك ميزة تحويلات الإدخال في برنامج Flight Stand حساب أي مقياس أداء تحتاج إليه في الوقت الفعلي أثناء اختباراتك. من خلال إدخال المعادلة مرة واحدة، يمكنك إنشاء بيانات الأداء تلقائياً لكل اختبار، وتصديرها كملف CSV، وتحليلها.

طوال هذه العملية، نظرنا في كيفية إعداد اختبار مؤتمت، وجمع البيانات، واستخدام البرنامج لتحويل المدخلات الخام إلى قيم مفيدة من خلال المعادلات التي أدخلناها. تم استخدام هذا النهج للعثور على معاملات أداء بلا أبعاد للدفع والعزم والقدرة.

ومع ذلك، قد لا يكون تحليل المراوح المختلفة دائماً مقارنة عادلة. تلعب التأثيرات الديناميكية الهوائية مثل رقم رينولدز ونسبة التقدم دوراً رئيسياً في كيفية أداء المروحة عند أنظمة التدفق المختلفة. في نتائجنا، تصرفت المعاملات كما هو متوقع لمروحة صغيرة الحجم.

بينما ركز هذا المقال على معاملات ونسب تقدم محددة، يمكن استخدام ميزة تحويلات الإدخال للعديد من المعادلات الأخرى ذات الصلة بمشروعك. سيكون مقالاً مكملاً إجراء الاختبار بتصميمات مراوح مختلفة، مما سيساعد في كيفية مقارنة هذه المعاملات ببعضها البعض في ظروف مختلفة.

إذا استمتعت بهذا المقال، فستستمتع أيضاً بكتابنا الإلكتروني المجاني: بناء الطائرات بدون طيار وتحسينها: كيفية زيادة وقت الطيران لديك.

قراءة سريعة أخرى مفيدة ستكون الاطلاع على مقالنا حول كفاءة المروحة عند سرعات الهواء من 0 إلى 38 ميل في الساعة.