Как пишут в учебниках "Эффективная тяга ВРД равна сумме равнодействующих осевых проекций внутренних и внешних сил, действующих на двигатель" ... И это силы, возникающие в результате действия на элементы двигателя ДАВЛЕНИЯ.
Далее, предлагаю свои соображения, как мы можем сформулировать ответ на вопрос: "К чему приложена сила тяги вентилятора в канале?" В свете того, что эта сила - есть разность давлений...
Воспользуюсь картинкой из литературы, ссылку на которую давал здесь Malish. Здесь показано отличие в распределении давления для свободного пропеллера и винта в кольце ( канале ). Коэффициент: Еd=А
4/А
R показывает отношение диаметра среза сопла к диаметру пропеллера.
Сразу за пропеллером давление меняется скачком. При равных диаметрах среза сопла и пропеллера (Еd=1) давление за пропеллером в кольце ( канале ) практически постоянно и равно атмосферному. Так же, как и на выходе из кольца , так же как в окружающей атмосфере на удалении перед и за кольцом...
Посмотреть вложение 527275
У свободного пропеллера, давление перед и за плоскостью пропеллера, по абсолютной величине, отличается примерно в 1,5 раза. При этом, оно меняется с пониженного на повышенное ( относительно атмосферного.) Если пропеллер представить просто сплошным диском, то можно сказать, что повышенное ДАВЛЕНИЕ за диском толкает свободный пропеллер в полтора сильнее, чем пониженное ДАВЛЕНИЕ перед ним" тянет за пропеллер"...
Относительно вентилятора в канале ( Ducted fan ) с Еd=1, можно сказать, что пониженное ДАВЛЕНИЕ перед диском ( пропеллером ) "тянет за него" и это создаёт практически полную силу тяги. Сразу за плоскостью диска давление восстанавливается до атмосферного и создавать какую либо силу не может.
*
( с оговоркой, что мы рассматриваем конкретную простую схему пропеллера в канале )
Для вентилятора в канале с Еd=1,5, можно сказать, что пониженное ДАВЛЕНИЕ перед диском "тянет за него" ещё больше, чем в случае с Еd=1. За плоскостью диска ДАВЛЕНИЕ "тянет его" в противоположную сторону с силой в 2 раза меньшей... На участке канала от плоскости диска ( Р3 ) до среза канала ( Р4 ) происходит восстановление давления до атмосферного.
В ракетном двигателе ( ЖРД ), физика явления точно такая же и связана с ДАВЛЕНИЕМ. Давление в камере сгорания достигает 200 атм. Оно толкает донышко камеры сгорания и раскрывающееся наружу сопло по направлению движения. И давление на эту площадь создаёт силу тяги.
Всё, что вылетает за срезом сопла нас уже не интересует. Потому как уже ничего не создаёт кроме шума и энтропии. Это как выхлоп из двигателя. Покидающая струя только уносит энергию, которую мы ни как не можем использовать. Для увеличения отдачи от затрачиваемой энергии на приведение нашего механизма в движение ( повышение КПД ), в идеальном случае, требуется, чтобы струя имела на выходе из сопла параметры окружающего воздуха. Т.е. скорость окружающего воздуха относительно ЛА , температуру, параметры турбулентности. Но, это невозможно по природе создания движущей силы посредством нашего механизма...
Однако, считать силу тяги удобно по параметрам массы и скорости. И в инженерных расчётах принята именно такая схема расчётов.
Каков механизм, посредством которого мы обеспечиваем в плоскости "диска" пропеллера перепад давления?
**( Это может быть нагревательный элемент и что угодно...) Мы выбрали воздушный винт. Это устройство, которое обеспечивает перепад давления ПЕРЕД плоскостью вращения и ЗА ней, придавая массе воздуха ускорение и направление движения. Чем лучше организовано
ускорение и
направление, тем выше КПД и вожделенная тяга нашего устройства. За качество
ускорения в основном отвечает воздушный винт. За качество придания
направления потоку воздуха отвечает канал и различные устройства в нём ( направляющий и спрямляющий аппарат, форма тела обтекателя и стекателя в канале ).
Иными словами, для того, чтобы организовать перепад давления на "диске" нашего двигателя, мы воздействуем на окружающий воздух, ускоряя его пропеллером ( по сути, создаём перепад параметра, от которого зависит давление - это скорость потока ).
Ещё, одно интересное наблюдение - это то, что в отличие от свободного пропеллера, пропеллер в канале гораздо больше всасывает поток воздуха в канал, чем его отбрасывает назад. Т.е. параметры струи воздуха в канале за плоскостью пропеллера и на выходе из среза сопла гораздо ближе к потоку воздуха с наружи, чем у свободного пропеллера. Меньше закрутка потока, меньше разница в давлении по удалению струи от плоскости пропеллера. Полагаю, что в этом заключается бОльший КПД такого механизма ускорения потока, сравнительно со свободным пропеллером.
