Оптимизация параметров конструкции бытового вентилятора компании BORK.

В рамках данного проекта перед инженерами ИЦ ИКАР была поставлена задача проанализировать конструкцию нового 6-ти лопастного бытового вентилятора, разработанного инженерами компании «Bork», и оценить возможность с помощью изменения геометрии лопасти существенно увеличить скорости потока в контрольной точке. Поскольку тип вентилятора (6-ти лопастный) был изначально задан, а его габариты были ограничены бытовым применением, задача инженеров ИЦ ИКАР состояла в поиске оптимальных параметров лопаток вентилятора для получения максимального потока воздуха на максимальных оборотах двигателя. Исходными данными для работы являлись: геометрическая модель существующего вентилятора, результаты его испытаний по замеру скорости потока в нескольких контрольных точках, проведённые, согласно стандартам CNS, применяемым к бытовым напольным вентиляторам. Предложенный для оптимизации вентилятор представлял собой сборочную единицу с лопастями, которые были отформованы из алюминиевого листа путём придания формы, похожей на аэродинамический профиль.
Bork_2
Исходный вентилятор.
Bork_3
Исходная лопасть вентилятора.
Работа была начата с того, что была предложена методика расчёта. Было отмечено, что аэродинамический расчёт лопатки винта вентилятора, по сути, аналогичен расчёту лопасти несущего винта вертолёта, работающего в режиме «висение». В связи с этим для решения задачи аэродинамического расчёта лопатки вентилятора становится возможным использование методик аэродинамического расчёта вертолётных лопастей. За основу методики была принята диссертационная работа сотрудника ИЦ ИКАР «Исследование нагруженности и прочности лопасти несущего винта на манёвренных и неустановившихся режимах», поскольку она позволяла считать винты на всех режимах, включая и установившийся режим. Затем на основе методики расчёта был разработан математический алгоритм, которым был описан существующий вентилятор. При создании алгоритма удалось добиться сходимости величины отбрасываемого потока воздуха, полученной в результате расчёта, с теми величинами реальных замеров, которые были получены в эксперименте в нескольких контрольных точках. Кроме этого выполнялся частотный анализ лопатки вентилятора, чтобы при определении её формы собственные частоты не совпали с рабочими частотами вентилятора, чтобы избежать резонанса и возможных вибраций при работе. Проведённые предварительные расчёты показали, что путём модификации исходной лопасти (изменением формы и крутки) не удаётся получить тот значительный прирост скорости потока, который был необходим заказчику. Кроме того, такая лопасть создавала большое аэродинамическое сопротивление, что не позволяло двигателю выйти на максимальные обороты. Поэтому заказчику был предложен вариант с использованием аэродинамических профилей при построении лопасти и, соответственно, заменой материала с алюминия на пластик, позволяющей выполнить лопасти нужной формы.
Bork_4
Разработанная конструкция вентилятора.
На основании полученной геометрии заказчиком был изготовлен прототип вентилятора и проведены его испытания.
 bork_6
Прототип вентилятора.
Такое изменение заданной конструкции позволило достичь того, что расчётные характеристики оказались близкими к характеристикам, полученным расчётным путём. Было получено приращение скорости потока без увеличения габаритных размеров вентилятора и мощности электродвигателя при обеспечении необходимой жёсткости и прочности.