Как сделать деревянный пропеллер. Вертушка из бумаги. Бумажный пропеллер Воздушный винт самостоятельно

Наверное каждый сталкивался с ситуацией, когда требуемого винта или нет в продаже, или винты нужны уже завтра, а посылка где-то застряла... Тогда в голову приходит совершенно разумный выход - а не сделать ли мне винт самому?

Обычно в этом случае есть только одна причина, которая останавливает здоровую идею: как получить винт с заданными характеристиками?

На самом деле все достаточно просто - для этого не требуется ни сложных расчетов, ни сверхсложного оборудования. Как обычно достаточно немного здравого смысла, карандаша, линейки, знания школьной геометрии и немного прямых рук.

В данной статье пойдет речь именно об этом: как правильно рассчитать геометрию винта с заданными параметрами и как его изготовить. Времени обычно надо не так уж и много - 1-2 часа на графический расчет + 2-3 часа на изготовление самого винта.

Рис 1. Теория винта. Шаг винта.

Аналогичная ситуация возникает, если нужны два винта разного направления вращения, или если нам понадобились 3-4 лопастные винты. Все это решаемо при наличии разумного подхода и простейших инструментов.

Посмотрим внимательно на рис 1. Что мы там видим? А вот что:
- Винт радиусом R, за один оборот проходит в воздухе расстояние H. R - это радиус винта (от оси вращения до его окончания), Н - это шаг винта, если он не проскальзывает в воздухе, а ввинчивается в него подобно шурупу в дереве. Это собственно два основных параметра вина. D = 2хR и H- шаг винта.

Обычно человек хорошо знает, какой именно винт ему нужен для модели... Если нет - то это тема для отдельного разговора. Пока будем предполагать, что мы хорошо представляем какой винт нам нужен: т.е. мы знаем параметры D и Н, или R и Н...

Поучить геометрические размеры требуемого винта, если мы знаем R и Н винта - проще всего геометрическим расчетом. Смотрим на рис 2. По горизонтали - откладываем в каком-то масштабе (у меня (2:1 для большей точности) радиус винта. По вертикали - расстояние, которое пройдет винт за один оборот без проскальзывания - Н/2хPi, где Pi - это известное еще со школьных лет число 3.14....

Рис 2. Определение угла наклона профиля винта.

Почему именно так а никак иначе - я доказывать здесь не стану. Те кто хорошо учил геометрию в школе - те сразу поймут, а остальным надо или заново перечитать учебники школы или задать свои вопросы в процессе обсуждения. Немного ниже нарисован боковой профиль винта. Он собственно выбран исключительно из моего опыта изготовления простых винтов. Каждый имеет право выбрать его достаточно произвольно. Я выбрал толщину винта в комеле (около ступицы - 10 мм) и в конце - на масимальном радиусе - 2 мм. Цель данного геометрического расчета - получит правильные ширины винты на виде сверху. Т.е. получить геометрические размеры винта диаметром 150 мм и с шагом 100 мм... Это и записано справа вверху листа..

См. Рис 2. Для достижения поставленной цели мы проводим прямую от точки шага на вертикальной координате к требуемому сечению (линия 1). Я для начала выбрал сечение отстоящее от оси вращения на 37.5 мм = т.е. ровно на середине проектируемого винта. Согласно боковой проекции, толщина винта в этом месте - 6.5 мм. Переносим этот размер вверх(операция 2) и рисуем прямоугольник вокруг наклонной линии. Он (прямоугольник) дает нам ширину лопасти винта на виде сверху - 14 мм. Этот размет мы переносим вниз (операция 3) и получаем ширину винта в этом сечении...

Рис 2. Определение всех углов наклона во всех расчетных точках

Выполнив аналогичные построения для всех 6-ти сечений винта мы получим ширины винта на расстоянии 12.5, 25.0, 37.5, 50, 62.5 и 75 мм. Строить большее количество сечений можно, но особой точности это не добавит. В итоге на рис 2., обведя полученные ширины винта в шести точках, мы получим профиль винта на виде сверху.

Берем заготовку из подходящей древесины и размечаем ее. Прежде всего придаем ей толщину и длину требуемого винта - 10 мм х 150 мм. Ширина заготовки должна быть чуть больше чем ширина винта в самом широком месте - 15 мм.

Рис 3. Шаблон и размеченная заготовка винта

Наносим разметку на боковой вид (толщина в комле - 10 мм и 2 мм на конце лопасти) и на виды сверху и снизу с помощью изготовленного шаблона.

Рис 4 Вид на размеченную заготовку сверху.

Рис 5 Вид заготовки сбоку и сверху

На рис 4-5 Вы видите размеченную заготовку. Первым делом с помощью напильника или ножа убираем лишнюю древесину на виде сбоку. То что должно получиться вы видите на рис 6. Если вы делаете винт из достаточно мягкой древесины(липа, бальса) то достаточно использовать модельный нож и шкурку, если же вам нужен винт из твердых пород вроде березы или бука, то лучше использовать драчевый напильник (с крупной насечкой) или мелкозубый рашпиль.

Рис 6. Балансирова заготовки

Сразу после придания заготовке правильного бокового профиля надо проделать балансировку заготовки. Я обычно делаю это так: ввинчиваю в центр вращения тонкое сверло (0.5-1.0 мм) и кладу сверлом на две вертикально стоящие опоры. В данном случае - это два одинковых стакана. (рис 6.).
Затем - сошкуриванием - добиваюсь одиакового веса обеих будующих лопастей.

Рис 7. Разметка выборки передней части

После того как вид сбоку отпрофилирован переходим к разметке выброк для получения нужного профиля ловастей. На виде сверху - спереди (мы делаем винт нормального вращения - против часовой стрелки) намечаем линию проходящую через 2/3 ширины винта. См. рис 7.

Рис 8. Разметка выборки задней части...

На виде снизу(сзади) проводим линии отстоящие от края винта примерно на 1 мм. Нижняя часть винта как раз задает шаг (или угол наклона сечения)...

Рис 9 Выбранная задняя часть винта.

Затем начинаем убирать лишнюю дрвесину ножом или напильником начиная с нижней (задней) части винта согласно сделанной разметке. Убрав все сзади (снизу), отшкуриваем сначала крупной(120-160), а потом мелкой шкуркой заднюю часть винта...

Рис 10. Выбранная передняя часть винта

Затем то же самое повторяем для передней части винта. См. рис 10...
Убедившись, что вся лишняя древесина убрана, тщательно отшкуриваем весь винт для придания ему требуемого профиля - аналогичного профилю крыла, т.е. скругленная передняя кромка, максимальная толщина примерно 30% от ширины сечения и острая задняя кромка. Неполохо в процессе придания этого профиля все время контролировать балансировку обрабатываемого винта как было показано на рис 6.

После того как обе лопасти приобрели нужную форму и профиль, а также балансировку, можно переходить к заключительному этапу - покраске и лакировке. См. рис 11.

Рис 11. Балансировка отлакированного винта.

Обычно я окрашиваю изготовленный винт в традиционный черный цвет, а затем покрываю 2-4 слоями лака. Как правило я использую классический эмалит. Быстро сохнет и легко шлифуется. Во время окрвшивания и лакировки не стоит забывать о балансировке. См. рис 11.

Полученные таким образов винты, по моему мнению ничуть не хуже покупных пластиковых винтов, которые обычно тоже нуждаются в дополнительной балансировке. Если же вас больше устраивают винты из угле- или стекло- пластика, то используя изготовленный по описанной выше методе винт в качестве мастер-модели, вы можете изготовить формы для винтов из стекло- углепластика....

Совершенно аналогичным способом вы легко сможете сделать винт любого, нужного Вам диаметра и шага, а также винт обратного вращения - по часовой стрелке.

Более того, рассчитав и изготовив одну лопасть двухлопастного винта, вы сможете изготовить по ней формы для трех или 4-х лопастных винтов из стекло-угле-пластика, но это уже тема для отдельной статьи...

Г. В. Махоткин

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.

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».

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.

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 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).

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.

Каждый владелец загородной недвижимости хочет сделать свой дом красивым и уникальным. Если знать, как сделать флюгер с пропеллером своими руками, то можно оборудовать им любое строение. Несмотря на наличие современных приборов с программным обеспечением, флюгер остается довольно точным устройством для определения направления и силы ветра, которое работает круглосуточно, не нуждаясь в источниках энергии, регулировке и частом обслуживании. Кроме того, эти изделия выполняют практические функции, отгоняя птиц, которые могут уничтожить урожай. Имея немного свободного времени, можно самому изготовить флюгер из подручных материалов, которые всегда найдутся в кладовке.

Схема устройства флюгера. Несмотря на наличие современных приборов с программным обеспечением, флюгер остается довольно точным устройством для определения направления и силы ветра.

Необходимые инструменты

Для этого могут потребоваться такие инструменты:

• сварочный аппарат;
• масляный уровень;
• рулетка;
• болгарка;
• электрическая дрель;
• заклепочник;
• лобзик (ручной или электрический);
• наждачная бумага;
• ватман;
• карандаш;
• лак и краска;
• малярная кисть.

Перед работой инструменты нужно проверить и укомплектовать.

Вернуться к оглавлению

Применяемые материалы

Для украшения домов применяют флюгеры, изготовленные из самых разнообразных материалов.

Обращение с ними требует различных навыков, инструментов и оборудования.

1. Дерево. Это легкий и простой в работе материал, проверенный веками. Для обработки древесины нет необходимости в сложных инструментах и профессиональных навыках. Для изготовления ветряка необходимо брать водостойкую древесину с хорошими гидрофобными качествами. Дерево необходимо пропитывать специальным составом, который сохранит его от сырости и насекомых. Но существенным минусом изделий из древесины является ее низкая прочность и недолговечность.
2. Сталь. Это довольно прочный материал, устойчивый к сильному механическому воздействию. Сделать флюгер можно из черной или нержавеющей стали. Нержавейка устойчива к коррозии и имеет почти неограниченный срок эксплуатации. Обычная сталь может прослужить довольно долго при условии периодического обслуживания и ремонта. Но, учитывая место установки флигеля, выполнение этой задачи представляет довольно большую сложность.
3. Медь. Этот металл достаточно прочен для того, чтобы выдерживать сильные порывы ветра. Листовую медь довольно легко резать и пилить. Немаловажным фактором является то, что для соединения между собой медных деталей можно применить пайку. Мягкость материала дает возможность обрабатывать его способом чеканки. Кроме того, на медь можно нанести серебро, используя реактивы для проявления фотографий. Металл устойчив к коррозии и не нуждается в дополнительной отделке.
4. Пластик. Современные полимерные материалы имеют достаточную прочность и устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Пластик легко поддается всем видам обработки. Его можно пилить, клеить или паять. Полимерные пластики не теряют своих качеств при сильном нагревании или охлаждении.
5. Фанера. В работе допускается использование только многослойной водостойкой фанеры. Но, долго служить изделие из фанеры не будет. Даже покрытие из нескольких слоев краски не спасет его от разрушения. Если флигель из фанеры проработает один год, это будет считаться большой удачей.

При выборе материала для работы следует учитывать конечную цель изготовления флигеля. В любом случае лучше выбрать материал долговечный, который прослужит много лет.

Вернуться к оглавлению

Устройство флюгера

Как правило, флигели устанавливаются на крышу дома. На этом месте их видно с любой точки участка. Исходя из этого к внешнему виду такого изделия предъявляются повышенные эстетические требования. По нему будет складываться мнение о вкусах, мировоззрении и достатке хозяев земельного надела. Поэтому при изготовлении флюгера следует проявить максимум фантазии и творческого подхода при проектировании и создании каждой детали.

Устройство флюгера довольно простое:

1. Корпус. Его изготавливают из стальной трубы дюймового сечения. Допускается использование латунной трубы, которая довольно прочна и устойчива к коррозии.
2. Несущий стержень. Он вставляется в корпус. Представляет собой стальную арматуру без насечек. На него крепится сам ветряк. Исходя из этого рекомендуется использовать арматуру с сечением 9 мм. Этого достаточно, чтобы выдержать ветровую нагрузку, действующую на флюгарку.
3. Флюгарка. Она является поворотной частью устройства, которая указывает направление ветра. Кроме того, флюгарка несет в себе художественную составляющую, определяющую тематику изделия.
4. Подшипники. Эти детали необходимы для свободного кручения несущего стержня внутри корпуса. Для сборки используются изделия с внутренним диаметром 9 мм.
5. Крепеж. В зависимости от способа крепления флигеля применяются углы, накладки, саморезы, болты или заклепки.
6. Пропеллер. Это деталь, по частоте вращения которой можно определять скорость ветра. Изготавливается пропеллер из жести, пластмассы, фанеры или дерева. Неплохим вариантом является использование старого вентилятора от компьютера.

Несмотря на изобилие готовых изделий в продаже, самодельный флюгер позволит вложить в работу душу и собрать воедино всех членов семьи для реализации совместного проекта. При изготовлении этого устройства своими руками работа найдется каждому.

Поскольку основной деталью ветряка является флюгарка, то ее дизайну нужно уделить особое внимание.

Она может иметь такой вид:

• петушок;
• парусник;
• корабль с винтом;
• самолет с одним или несколькими пропеллерами;
• скачущий конь;
• кот, крадущийся за птичкой;
• охотник с ружьем;
• луна со звездами;
• лев на охоте;
• ангел;
• лебеди или аист в гнезде.

Сделать флюгарку можно в любом исполнении. Для любителя порыбачить это может быть сом или щука. Автолюбителю по душе придется контур спортивной машины. В этом деле для фантазии нет никаких ограничений.

Найдите конструктивный шаблон. Постарайтесь найти подходящий конструктивный шаблон для пропеллера. Важно знать мощность двигателя, диаметр пропеллера и частоту вращения, чтобы подобрать чертежи и шаблоны деревянного пропеллера для таких технических условий. Найдите шаблон в интернете или возьмите специальную книгу в библиотеке. В некоторых книгах есть чертежи образцов, что вполне сгодится.

Определите количество лопастей. Чаще всего пропеллер имеет две, три или четыре лопасти. На крупных воздушных судах могут использовать пропеллеры с еще большим количеством лопастей. Чем мощнее приводной двигатель, тем больше нужно лопастей для равномерного распределения мощности. Хотя при большом желании вы можете сделать пропеллер на три или четыре лопасти, все же, если это первый подобный опыт, лучше начинать с простого пропеллера на две лопасти. Чем больше лопастей, тем выше стоимость, масса готового изделия и временные затраты.

Определите длину лопастей. Как и в случае с количеством, увеличение длины лопасти позволяет использовать более мощный двигатель. Также обратите внимание, что максимальная длина лопасти всегда ограничена расстоянием до земли. Измерьте расстояние от носа самолета до поверхности, чтобы иметь представление об ограничениях.

Аэродинамический профиль. Лопасть пропеллера утолщается возле ступицы вала двигателя под большим углом наклона, тогда как кончик лопасти всегда тонкий с небольшим углом наклона. Определите ширину лопасти и угол атаки. Лопасти пропеллера крепятся к ступице под углом аналогично резьбе на винтах и шурупах.

Правильный изгиб лопастей пропеллера. Лопасть воздушного винта напоминает изогнутое крыло. Благодаря изгибу пропеллер эффективнее проталкивает воздух или воду. Концы лопастей всегда движутся намного быстрее, чем ступица на валу. Лопастям необходимо придать изгиб, чтобы винт сохранял одинаковый угол атаки по всей длине лопасти. Используйте специальный калькулятор , чтобы рассчитать необходимый наклон.

Каждый авиамоделист, рано или поздно сталкивается с дефицитом воздушных винтов для своих радиоуправляемых моделей. Воздушный винт для авиамодели не самый дешёвый расходник если учесть, что цена воздушного винта прямо пропорциональна квадрату от его размера, а ломаются винты довольно часто, будь то нейлоновый винт или деревянный. Если моделист и готов потратить энную сумму, то просто купить деревянный воздушный винт бывает проблематично, авиамодельные магазины есть не во всех городах, а заказывать из поднебесной долго и ожидание в две недели, а то и месяц - очень нервирует.

Во былые времена моделисты изготавливали воздушные винты самостоятельно, - это было неотъемлемой частью такого хобби, как - авиамоделирование и существовала целая наука вычисления шага и профиля пропеллера с применением различных угломеров и лёгких пород дерева.

В настоящее время, с ростом мощности авиамодельных ДВС и электромоторов перестаёт играть решающее значение и материал из которого можно изготовить винт. Это может быть:

• Сосна
• Берёза

Изготовление воздушного винта

Тут я постараюсь максимально подробно рассказать как сделать любого размера в домашних условиях или как быстро и легко скопировать любой винт.
Почему легко и скопировать? Да просто потому, что мы не будем использовать классические шаблоны и измерительные приборы.

Что нам понадобится для изготовления матрицы:

• Кусок строительного пенопласта (оранжевый или синий)
• Карандаш или ручка
• Надфили, рашпили и не крупная шкурка
• Канцелярский нож
• Перочинный нож
• Дрель с наждачным на ней кругом
• И собственно материал для самого воздушного винта.

Берём наш или оставшуюся его целую половинку, с которого будем снимать копию, прикладываем к пенопласту передней кромкой профиля вниз (обязательно!) и обводим по контуру.

Теперь, примерно под углом 45^ срезаем пенопласт от сделанной разметки канцелярским ножом и доводим надфилем или шкуркой. Всё, наша матрица готова.

Так же кладём винт на подготовленную древесину и обрисовываем, предварительно просверлив отверстие в середине. Винт должен располагаться только вдоль волокон дерева! Вырезаем по контуру кому чем будет удобней.

Вкладываем заготовку в матрицу, придавливая заготовку и матрицу к ровной поверхности обрисовываем на ней будущий шаг первой и так же второй лопасти воздушного винта, не забывая сжимать матрицу с боков.

Средние винты, как в примере APS 14*7, можно обрабатывать рашпилями, снимая лишнюю древесину с двух сторон заготовки будущего винта с последующей доводкой наждачной бумагой и балансировкой.