Skulle man ansluta propellblad med en kontinuerlig ring minska inducerad dra?

Vad du pratar om existerar, de kallas Q-Tip propellrar.

Kom ihåg att ett propellblad bara är en flygplatta - som en vinge - och den grundläggande aerodynamiken är inte annorlunda än en vinge. Men bladets rotation skapar fler fenomen än en vinge, i synnerhet den helikoidala virveln som man ser bakom propet och orsakar alla slags propellerffekter .

I teorin kommer ingenting att förhindra oss från att ha vinge på propptipset: fördelarna skulle vara

Det stora problemet ligger i aerodynamiska påfrestningar, och så vitt jag vet har det funnits några ganska spektakulära fel under testningen, så lösningen är nu att ge ett större svep till spetsarna (se det som likvärdigt med 777 vinge tipset jämfört med 787 till exempel). Försök och hitta artiklar på Hartzell Q-tips .

Eftersom marin propellrar är bredare och kapabla att deealing med större vridmomentbelastningar, har moderna vinglar. Du kan hitta några bilder på webben.

Som andra har påpekat, kommer montering av ringen på stativet att öka spänningen på knivarna avsevärt. Samma effekt kan fås med en snyggt anpassad hölje.

Det har faktiskt varit ett plan som använde detta koncept , RFB FanTrainer (se bilden nedan). För att minska vikten och det fuktiga området var stötdiametern mycket mindre än med en vanlig propell, så den totala effektiviteten var inte bättre. De mindre roterande inertierna producerade emellertid en mer turbinliknande effekt (mindre precession), så konceptet användes för en grundläggande tränare för framtida jetpiloter.

TillsluthadeFanTrainerendastbegränsadframgångochavbrötsefteratt50hadebyggts.Konstruktionenvarförlättförattstödjaallaönskemålavflygstyrkorförengrundläggandetränareochdenprivatamarknadenviddentidenkrympteochvarfullaväldreplansombetjänadedekostnadsmedvetnakundernalikabra.Deterbjöddocknästanjetliknandeegenskaperförettuniktlågtprisperflygningstid.

Omduvillsköljapropellernförbättreeffektivitet,måsteduaccepteradenhögreytanpåhöljet,vilketsnabbtläggertillmerdragänvaddunågonsinkommerattsparagenomattförhindraflöderuntstöttapparna.

Vadkanräddasgenomatthöljapropet?Induceraddragningskullevaradensamma, sedan det här kommer från lyftskapelsen . Den klassiska teorin för minsta inducerade förlustpropeller av A. Betz och L. Prandtl kräver en elliptisk lyft fördelning över propellerskivan, så att hissens smidighet avtar vid spetsarna. Artificiellt ökade det skulle bara hjälpa om det skulle kunna minska bladkordet på spetsarna - eftersom tipsen ser det högsta dynamiska trycket, kan detta verkligen översättas till mindre friktionsdrag. Denna vinst är dock liten i jämförelse med den massiva ökningen i friktionsdragen i en hölje.

Vid höga hastigheter är de inducerade förlusterna små och andra faktorer blir dominerande. Observera att turbofans och högbelastade propellrar inte är konstruerade för minimalt inducerad förlust, men för maximal dragkraft med en viss diameter. En inkapslad propellern kan njuta av en högre skivlastning, så att du får samma dragkraft med mindre knivar och lägre spetshastigheter, vilket hjälper till med hög hastighetseffektivitet. Mindre blad översätter till mindre friktionsförluster på propet, och lägre spetshastigheter översätter till högre kryssningshastighet innan Mach-förluster börjar bita.

På hög hastighet kan en hölje vara till hjälp när den inte är för stor. Turbofan-motorer lider av detta dilemma. De kan ha mycket högre bypass-förhållanden än idag, men det skulle innebära stora naceller, och den ökade nacelle-dragningen skulle kompensera vinsterna från det ökade bypass-förhållandet. Aktivt laminariserande nacelleflöde är vägen framåt här, men hittills har den praktiska implementeringen ännu inte hänt.

En kanaliserad fläkt kommer nära det du beskriver, även om ringen runt propellern är stationär istället för bifogad till och spinning med propellern.

Den största fördelen med en kanalfläkt är högre effektivitet tack vare minskad förlust av propellerbladspets (väsentligen inducerad dragning) men denna effektivitetsfördel går förlorad vid högre hastigheter och / eller lägre tryckkrav.

I "normala" flygplan uppväger nackdelarna med en kanalfläkt effektivitetsvinsterna. Dukted fans används främst i flygskip och VTOL-flygplan som den ökända Bell X-22 . De används också i de flesta jetmodellflygplan.

Q-Tips och Ducted fans är de stora som löser problemen du tänker på.

Din ringidé skulle vara mycket svår att genomföra av ett antal skäl, tyngdpunkten är primär. En metallring hela vägen runt propellern skulle lägga en betydande vikt i flygplanet, vilket sannolikt skulle avbryta eventuella effektivitetsvinster du får från att stabilisera luftflödet. Dessutom upplever propellernas spets redan flera tusen G vid normala RPM. Detta är acceptabelt eftersom stiftet blir kontinuerligt lättare när du närmar dig tipsen. Men om du skulle fästa en metallring som väger några dussin pund skulle krafterna vara astronomiska, och din prop skulle snabbt misslyckas.

En andra fråga är att vi för att få effektiva propellrar roterar knivarna något för att ändra vinkeln som de biter i luften. Dessa kallas konstant hastighet propellrar, och de är redan lite komplicerade. Om du går och lägger till en andra vridpunkt till stöttapparna så att de kan röra sig inuti ringen, lägger du bara till en massa lager, fett, vikt och en annan misspunkt.

Slutligen skulle balansering av ringen sannolikt vara en svår uppgift. Först måste din ring tillverkas till mycket exakta toleranser vilket skulle vara ganska dyrt. Det minsta nicket eller dysan i ringen (som ofta händer med propellrar) gör att den blir obalanserad och skulle i minsta grad kräva arbete, och kan högst orsaka att hela propellern skakar sig ifrån varandra. Det här är redan en mindre angelägenhet för rekvisita, men när du sätter ut din tunga skiva ut på en lång arm från det är det fulcrum, utsätt det för otroligt höga G-styrkor, förstärker du bara några fel det kan ha.

För historiskt perspektiv gör en del forskning på Culver Channel Wing som producerades 1952-53. Denna tvillingmotor (pusher) planet har två kanaler som inte helt omger staven men är en del av vingen. Detta ledde till extremt korta startmöjligheter eftersom luftflödet över vingen inte var bunden till framåtgående markhastighet. Jag skulle till och med gå så långt för att säga att det var ett tidigt steg i dukted fan VTOL-funktioner.

Den här artikeln Doug Robertson som publicerades 2005 på airport-data.com innehåller några vackra bilder och ett som verkar vara en välforskad berättande historia av flygplanet.