Pytanie:
Czy połączenie łopatek śmigła z ciągłym pierścieniem zmniejszyłoby indukowany opór?
falstro
2014-01-08 13:43:05 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Silniki turbinowe są objęte gwarancją, co oczywiście ma na celu powstrzymanie procesu (tak jak w przypadku silnika super / turbodoładowanego, gdy tylko powietrze wejdzie do wlotu). Ale pomyślałem, czy to również nie zmniejsza - lub nawet całkowicie nie usuwa - indukowanego oporu wokół końców łopatek wentylatora?

Czy byłoby możliwe mieć podobną konfigurację dla standardowego rekwizytu, nie musi nawet być nieruchomy, mógłby to być pierścień łączący czubki śmigła, wirujący z nim jak nieskończony skrzydełko. Dodatkową korzyścią dla bezpieczeństwa jest to, że będzie widoczny, gdy rekwizyt się obraca. I myślę, że jeśli pierścień jest wystarczająco mocny, aby utrzymać swój obwód, obciążenie podpory powinno być marginalne, ponieważ obraca się wokół własnego środka masy.

Czy indukowany opór podpory nie jest wystarczająco duży, aby uzasadnia jakąkolwiek myśl, czy może taki rekwizyt-skrzydełko-pierścień (jestem pewien, że istnieje na to prawdziwe imię, ktoś wie, o czym mówię?) powodowałby inne zakłócenia przepływu powietrza? A może są inne powody, na przykład zbyt trudne do rozwiązania dla rekwizytów o stałej prędkości?

Poniżej znajduje się już wiele odpowiedzi, które rozwiązują indukowany opór rekwizytów. Odpowiadając bezpośrednio na twoje pytanie dotyczące pierścienia przymocowanego bezpośrednio do łopatek - cierpiałby na zmienne obciążenia odśrodkowe, które same w sobie byłyby dość duże przy wysokich obrotach, ale fakt, że obciążenia byłyby tak różne, prowadziłby do zmęczenia materiału i awarii.
Jak połączyć końcówki łopatek śmigła ciągłym pierścieniem, tak aby nie były w stanie zmieniać skoku?
Pięć odpowiedzi:
#1
+19
Daniel Steele
2014-01-08 17:45:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

To, o czym mówisz, istnieje, nazywane są śmigłami Q-Tip.

Pamiętaj, że łopatka śmigła to tylko płat - jak skrzydło - a podstawowa aerodynamika nie różni się od skrzydła. Ale obrót łopaty stwarza więcej zjawisk niż skrzydło, w szczególności helikoidalny wir, który widać za śmigłem i wywołuje różnego rodzaju efekty śmigła .

Teoretycznie nic nie powstrzymałoby nas przed umieszczeniem wingletów na końcach rekwizytów: korzyści byłyby

  1. Zwiększenie wydajności rekwizytu poprzez zmniejszenie indukowanego oporu (tak samo jak winglet na skrzydle)
  2. Zmniejszanie hałasu
  3. Utrzymywanie poddźwiękowej prędkości końcówki śmigła poprzez zmniejszenie jego długości

Dużym problemem są naprężenia aerodynamiczne, O ile wiem, podczas testów doszło do dość spektakularnych awarii, więc rozwiązaniem jest teraz większe przesunięcie końcówek (patrz, że jest to odpowiednik końcówki skrzydła 777 w porównaniu na przykład z 787). Spróbuj znaleźć artykuły na temat Hartzell Q-tip .

Ponieważ śmigła okrętowe są szersze i mogą wytrzymać większe obciążenia momentem obrotowym, nowoczesne mają winglety. Możesz znaleźć kilka zdjęć w Internecie.

Fajne! Czy wiesz, czy są jakieś „pierścienie”, które łączą wszystkie końcówki rekwizytów dookoła? Albo załóż ramkę wokół rekwizytu, jak w niektórych pojazdach wodnych i niektórych helikopterach (przynajmniej science fiction, nie jestem pewien co do prawdziwych)?
Podobną koncepcją do śmigła Q-Tip (z mniejszą liczbą problemów z powodu naprężeń aerodynamicznych) jest [Śmigło Scimitar] (http://en.wikipedia.org/wiki/Scimitar_propeller), które można znaleźć w wielu samolotach turbośmigłowych, w tym [ C-130J „Super Hercules”] (http://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_Martin_C-130J_Super_Hercules). Chociaż większość śmigieł sejmitar, które znam, ma stałą prędkość, wierzę, że istnieją również warianty o stałym skoku ...
#2
+12
Peter Kämpf
2014-09-29 00:59:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jak zauważyli inni, dopasowanie pierścienia do podpory znacznie zwiększy nacisk na ostrza. Ten sam efekt można uzyskać dzięki ładnie dopasowanemu całunowi.

Rzeczywiście istniał samolot, który wykorzystywał tę koncepcję, RFB FanTrainer (patrz zdjęcie poniżej). Aby zmniejszyć wagę i obszar zwilżany, średnica śruby napędowej była znacznie mniejsza niż w przypadku zwykłej śruby, więc ogólna wydajność nie była lepsza. Jednak mniejsze bezwładności obrotowe dały efekt bardziej podobny do turbiny (mniej precesji), więc koncepcja została wykorzystana jako podstawowy trener dla przyszłych pilotów odrzutowców.

FanTrainer 400

Ostatecznie FanTrainer odniósł tylko ograniczony sukces i został wycofany po zbudowaniu 50. Konstrukcja była zbyt lekka, aby zaspokoić wszystkie pragnienia sił powietrznych dla podstawowego trenera, a rynek prywatny w tym czasie kurczył się i był pełen starszych samolotów, które równie dobrze służyły klientom świadomym kosztów. Miał jednak charakterystykę prawie podobną do odrzutowca za wyjątkowo niską cenę za godzinę lotu.

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli chcesz osłonić śmigło dla lepszej wydajności, musisz zaakceptować większą powierzchnię Całun, który szybko zwiększy opór, niż byłbyś w stanie zaoszczędzić, zapobiegając przepływowi wokół końcówek rekwizytów.

Co można zaoszczędzić, zakrywając rekwizyt? Indukowany opór byłby taki sam, ponieważ pochodzi z tworzenia windy. klasyczna teoria śmigieł o minimalnych stratach indukowanych autorstwa A. Betza i L. Prandtla wymaga eliptycznego rozkładu siły nośnej na tarczy śruby napędowej, tak że łagodnie unosi się na końcach. Sztuczne zwiększenie tego pomogłoby tylko wtedy, gdyby mogło to zmniejszyć cięciwę łopatki na końcach - ponieważ końcówki wykazują najwyższe ciśnienie dynamiczne, mogłoby to rzeczywiście przełożyć się na mniejszy opór tarcia. Jednak zysk ten jest niewielki w porównaniu z ogromnym wzrostem tarcia oplotu.

Przy dużych prędkościach indukowane straty są niewielkie, a inne czynniki stają się dominujące. Należy zauważyć, że turbofany i mocno obciążone śruby napędowe nie są zaprojektowane pod kątem minimalnych strat indukowanych, ale dla maksymalnego ciągu przy danej średnicy. Osłonięte śmigło może cieszyć się większym obciążeniem tarczy, dzięki czemu uzyskujesz ten sam ciąg przy mniejszych łopatkach i niższych prędkościach końcówek, co pomoże w osiągnięciu wysokiej prędkości. Mniejsze łopaty przekładają się na mniejsze straty tarcia na śmigle, a niższe prędkości końcówek przekładają się na wyższą prędkość przelotową, zanim straty Macha zaczną gryźć.

Dlatego przy dużej prędkości osłona może być pomocna, gdy nie jest zbyt duża . Dylemat dotyczy silników turbowentylatorowych. Mogłyby mieć znacznie wyższe współczynniki obejścia niż obecnie, ale oznaczałoby to ogromne gondole, a zwiększony opór gondoli zrównoważyłby zyski ze zwiększonego współczynnika obejścia. Aktywne laminarowanie przepływu gondoli jest tutaj krokiem naprzód, ale jak dotąd praktyczna implementacja jeszcze się nie wydarzyła.

Jeśli chodzi o bezwładność wirującą, wyobrażam sobie, że obracający się bandaż miałby również duży moment pędu, prowadzący do efektów żyroskopowych przy każdej zmianie orientacji tarczy śruby napędowej. Oprócz wpływania na obsługę samolotu, myślę, że spowodowałoby to cykliczne obciążenie zginające łopatki śmigła podczas manewru i mogę sobie wyobrazić, że układ jest podatny na chybotanie.
@sdenham: Tak, pozwolenie na obracanie się osłony wraz ze śmigłem przyniesie wiele problemów. Lepiej jest to naprawić, jak na turbowentylatorach.
@PeterKämpf - dotykasz prędkości końcówek i po prostu oporu fali, ale co ze zwiększeniem ciągu? Z pewnością był to kluczowy cel we wczesnych projektach, takich jak różne platformy podnoszące.
Wzmocnienie ciągu @MauryMarkowitz wymaga pewnego skierowanego do przodu obszaru osłony, aby ssanie mogło działać. Platformy podnoszące to miały, ale osłony podpór oferują bardzo niewiele, ponieważ są zaprojektowane do pracy z dużą prędkością do przodu. Innymi słowy, niskie prędkości pionowe platform podnoszących umożliwiają im wykorzystanie wzmocnienia ciągu, ale wysoka prędkość lotu bandaży śmigieł przesuwa optimum, pozostawiając niewielką okazję do zwiększenia ciągu.
#3
+11
Philippe Leybaert
2014-01-08 22:17:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

wentylator kanałowy zbliża się do tego, co opisujesz, chociaż pierścień wokół śmigła jest nieruchomy, a nie przymocowany do śmigła i obracający się razem z nim.

Główną zaletą wentylatorów kanałowych jest wyższa sprawność ze względu na mniejsze straty na końcach łopatek śmigła (zasadniczo indukowany opór), ale ta przewaga wydajności jest tracona przy wyższych prędkościach i / lub mniejszym zapotrzebowaniu na ciąg.

W „normalnych” samolotach wady wentylatora kanałowego przeważają nad zyskiem wydajności. Wentylatory kanałowe są stosowane głównie w sterowcach i samolotach VTOL, takich jak niesławny Bell X-22. Są również używane w większości modeli samolotów odrzutowych.

Wentylator z prawym kanałem był tym, czego szukałem, kiedy wspominałem o śmigłowcach „sci-fi”, dzięki! :)
#4
+4
StallSpin
2014-01-09 00:35:01 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Q-Tips i Ducted to największe rozwiązania problemów, o których myślisz.

Twój pomysł na pierścionek byłby bardzo trudny do wdrożenia z wielu powodów, z których najważniejsza jest waga. Metalowy pierścień dookoła śmigła spowodowałby znaczne zwiększenie ciężaru samolotu, co prawdopodobnie zniwelowałoby wszelki wzrost wydajności uzyskany dzięki stabilizacji przepływu powietrza. Ponadto końcówki śmigła już doświadczają kilku tysięcy G przy normalnych obrotach roboczych. Jest to dopuszczalne, ponieważ rekwizyt staje się coraz lżejszy, gdy zbliżasz się do końcówek. Ale gdybyś miał przymocować pierścień z metalu o wadze kilkudziesięciu funtów, siły byłyby astronomiczne, a twój śmigło bardzo szybko by zawiódł.

Drugą kwestią jest to, że aby mieć wydajne śmigła, musimy lekko obróć ostrza, aby zmienić kąt, pod jakim wbijają się w powietrze. Nazywa się to śmigłami o stałej prędkości i są one już nieco skomplikowane. Jeśli dodasz drugi punkt obrotu do końcówek rekwizytów, aby mogły poruszać się wewnątrz pierścienia, wystarczy dodać kilka łożysk, smar, ciężar i kolejny punkt awarii.

Na koniec, wyważenie pierścienia byłoby prawdopodobnie trudnym zadaniem. Najpierw twój pierścień musiałby być wyprodukowany z bardzo precyzyjnymi tolerancjami, co byłoby dość drogie. Najmniejsze nacięcie lub wgniecenie pierścienia (co zdarza się często w śmigłach) spowoduje utratę równowagi i co najmniej wymagałoby pracy, a co najwyżej spowodowałoby, że całe śmigło się rozpadło. Jest to już niewielki problem w przypadku rekwizytów, ale kiedy odkładasz ciężki dysk na długim ramieniu z jego punktu podparcia, a następnie poddajesz go niewiarygodnie dużym siłom G, po prostu wzmacniasz wszelkie wady, jakie może mieć.

#5
+2
Skip Miller
2014-01-09 00:04:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Z perspektywy historycznej poszukaj informacji na temat Culver Channel Wing wyprodukowanego w latach 1952-53. Ten dwusilnikowy (pchający) samolot ma dwa kanały, które nie otaczają całkowicie śmigła, ale są częścią skrzydła. Prowadziło to do wyjątkowo krótkich możliwości startowych, ponieważ przepływ powietrza nad skrzydłem nie był związany z prędkością względem ziemi. Powiedziałbym nawet, że był to wczesny krok w rozwoju możliwości wentylatorów kanałowych VTOL.

Ten artykuł autorstwa Doug Robertson opublikowany w 2005 r. Na airport-data.com zawiera piękne zdjęcia i coś, co wydaje się być dobrze zbadaną historią narracyjną samolotu.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...