Do ducted fans eliminera inducerad dra?

6

Det har ofta sagts på denna sida som orsakade drag på vingar är det oundvikliga resultatet av att lyfta över en begränsad längd. Omvandlar detta till framdrivningsområdet, antar jag att propellrarna har "inducerat drag" eller något liknande, eftersom de ger tryck över en ändlig längd.

Med en kanalfläkt kan luftströmmarna över och under flygplåten inte bara "glida runt sidan", eftersom de blockeras av kanalen. Min intuition antyder sålunda att dukted fans inte skulle ha inducerat drag (eller motsvarande), förutsatt att utrymmet mellan blad och kanal är försumbar.

Är detta korrekt?

    
uppsättning raptortech97 10.04.2015 17:18

2 svar

2

EDIT: Jag lägger till detta framför svaret eftersom det nödvändigtvis kommer upp: Det här svaret är baserat på modellen som beskrivs av Prandtl, vilket bara är det: En modell, en förenklad beskrivning för vad som händer arbetar för att förklara vissa fenomen. Det finns viss oenighet om denna modell, så en separat förklaring med hjälp av en differenteori kan hjälpa till. Problemet är att en förklaring med tryckskillnader inte hjälper mycket här, åtminstone skulle jag inte veta hur man svarar på frågan utan att arbeta med Helmholtz / Prandtl.

Det handlar om grunden om vortexringar som skapas eftersom luften flyttas i någon riktning någonstans och inte flyttas överallt. Det är oberoende av hur du flyttar det, och i grunden kan en kanal eller vingel eller något liknande inte förändra det. Du kan titta på virvelen själv som den sak som faktiskt skapar hiss eller dragkraft, så du vill ha och behöver den virveln.

Då finns det Helmholtzs stämningar . Snabbt citat från den artikeln:

  • Helmholtzs första teorem:
    Styrkan hos en virvelfilament är konstant längs dess längd.

  • Helmholtz andra teorem:
    En vortexfilament kan inte sluta i en vätska; det måste sträcka sig till gränser för vätskan eller bilda en sluten väg.

Vid normal vinge består vortexringen ("stängd väg") av en sida längs vings längd, två sidor som ligger bakom vingspetsarna och den fjärde sidan är något borttappad eller tillräckligt långt borta det kan mestadels ignoreras. De tre sidorna som inte ligger längs själva vingen är problemet, det är vad termen "inducerad dra" avser. Eftersom det inte finns någon yta i slutet av vingen för att virveln ska sluta, måste den fortsätta i oändligheten. Och det är viss friktion inblandad i att skapa långa snurrande vorter, så du får dra. (Vilken hjälp som helst för att förklara denna del mer vältaligt uppskattas)

Eftersom mängden lyft / drag du vill ha ges vortexstyrkan inte något som kan ändras. Vad som kan ändras är dock fördelningen / hastigheten / radien. Om hissfördelningen är elliptisk (se: Spitfire) är hissgradienten minimal över vingen, så det finns ingen stark och snabb virvel i slutet, det skapas gradvis längs hela vingspetsen och det inducerade draget är minimalt. Winglets gör något liknande genom att tvinga virveln att gå hela vägen runt vinglattan.

När det gäller en propell, slutar vortexens inre sida vid spinnaren eller axeln, så ringen är trasig och du lämnas bara med en linjär vortex, men den går fortfarande oändligt i luften vid spetsarna av bladen. Du kan titta på en vinge på samma sätt om du avbryter ringen i skrovet.

Vid en kanalfläkt har du två fluidgränser, både på insidan och utsidan, som tycks lösa problemet. Du kan bara ha en virvel runt bladet och inga vorter som leder till oändlighet som skapar drag. Problemet är att vätskan inte riktigt slutar vid kanalen eftersom kanalen har en ändlig längd. Så vad du får är en stor virvel runt hela kanalen. Luft rör sig fram och ut på baksidan, och någonstans flyger den luften framåt långt bort från motorn.

Vid en kanalfläkt skapas vortexringen på den plats där den rörliga luften möter den statiska luften i början och slutet av kanalen. I stället för en väldigt liten virvel runt vingen (och längs vingen, för att inte röra upp Helmholtzs teorier) får du en större runt hela kanalen.

Därför skulle jag inte säga att kanalen kan eliminera inducerad dra. Effekten är i grunden jämförbar med en vingtipsanordning: Den ökar vortexens inre radie och minskar därigenom det inducerade draget avsevärt. Det är mycket effektivare än en vingtips, men det måste vara för att ducted fans är vanligtvis relativt små så att draet annars skulle vara enormt.

    
svaret ges 10.04.2015 19:59
2

Du har helt rätt, en propell lider av inducerad dra, precis som en vinge gör, och det finns metoder för att minimera denna inducerade dragning. Enkelt uttryckt borde du distribuera tryck elliptiskt över spännbladets spänn och accelerera all luft som strömmar genom spånskivan med lika stor mängd. Detta hittades först av A. Betz i 1919 och senare raffinerad av Larabee .

Om du lägger till en kanal ändras inte grundförklaringen varför inducerad dra sker . Vi hade denna diskussion redan här och här . En kanal hjälper till att utjämna och retardera flödet och används i fläktmotorer, eftersom de föredrar att arbeta i luftflödet med en hastighet runt Mach 0.5 . Men det hjälper inte att minska inducerade dra.

    
svaret ges 11.04.2015 14:47