Vad är den högsta möjliga drivkraften genererad av 15cm kanaliserad fläkt?

En 15 cm diameter fläkt kan kanske lyfta 4 kg massa med en spetshastighet på 0,6 M.

Genom att öka kraften och bladkordlängden (med andra ord öka rotorns soliditet), kan detta ökas till kanske 6KG eller mer, men en enda fläkt skulle troligen aldrig lyfta mer än 10 kg massa.

En rotors drivkraft är $ CT \ cdot \ rho \ cdot Area \ cdot tipSpeed ^ 2 $.

• $ \ rho $ = lufttäthet (1,225 kg / m ^ 3 vid havsnivå).
• $ area $ = område av rotordisken (m ^ 2)
• $ tipSpeed $ = den linjära hastigheten vid rotorns spets = radial hastighet * radie.
• $ CT $ = tryckkraft. (är vanligtvis i storleksordningen 0,02 till 0,05 för små rotorer)

Om du antar $ CT $ på 0,03, visar beräkningen 40N (= 4 KG) dragkraft.

Skivområdet är en av de viktigaste parametrarna, till och med en skiva på 30cm skulle generera 4 gånger kraften. 60 cm skulle göra nästan 65 kg.

En skiva på 50 cm kan uppenbarligen generera 45 kg drivkraft självt. Så två av dem kunde bära och kanske till och med lyfta av en person utrustad med denna ryggsäck (personen + systemet måste vara mindre än 90 kg).

Beräkna dragkraft

En design krävde sexton 20 tum (~ 50 cm) propellrar för att lyfta en person.

Dessa var unduderade men jag tvivlar på att en 15 cm kanaliserad fläkt ger mer tryck än åtta 50 cm propellrar kan.

Se autonom mänsklig transport för detaljer om hur designern beräknade drivkraften.

Han använde Thrust (pounds) = R 2 D 4 T c där T c är empiriskt mätt konstant för vilken han hade ett värde av 2.7734 x 10 -12 . R är RPM, D är diameter (tum).

Jag föreställer mig att max RPM kan begränsas av behovet att hålla fläkttipset subsoniskt (t ex < M0.5).

Observera att drivkraften visas beroende på den fjärde kraften i diameteren, sexton 50cm-propellrar kommer därför att producera cirka 1000 x drivkraften på två 15 cm propellrar av samma design vid samma varvtal.

Ducted vs Free

Det verkar att du måste vara försiktig när du jämför rörledare med propellrar. Att använda högre varvtal för att kompensera för mindre diametrar resulterar i lägre effektivitet (du behöver större motorer).

Small diameter, high disk loading ducted fans are often conceived to allow the use of a high rpm engine running a direct drive propeller. While these highly loaded fans (if properly designed) will be more efficient than a free propeller of the same diameter, they typically won’t match the efficiency of a larger free propeller (of much lower disk loading)

Från Duct Myths, Duct Physics

Ryggsäck med dubbelsidig fläkt

$ 150000 Martin Jetpack använder två kanaliserade fläktar som drivs av en 2-liters tvåtaktsmotor på 200 hk (~ 150000 watt?). Fläktdiametern ser mycket större ut än din 15 cm. Maskinens bredd anges som över 2 meter, så jag skulle uppskatta att fläktdiametern är nära 80 cm.

Företagets webbplats säger inte hur de beräknade dragkraft. Från deras användning av fans med större diameter skulle jag gissa att det finns skäl att 15cm fans inte är olämpliga.

Liknande

• Vilka är fördelarna och nackdelarna med ventilerade fläktar i mönster som Airbus E-Fan?

Spänning (i lbs) = 9,35 (hästkrafter x diameter av kanalfläkt i fot) 2/3 [kraft av 2/3]

Det här är formel I-minnet från boken.

Anta att du designar din fläkt för hög statisk drivkraft:

för en diameter på 6 tum för att producera säg 300 lbs dragkraft (lyftande man och 100 lb maskin) behöver du en 360 hk powerplant.