Поэтому в аэродинамической трубе вентилятор(ы) ставят на "всасывание", а на входе в рабочую часть ставят спрямляющий аппарат в виде решётки, он и создаёт равномерный поток воздуха.
Кто может сделать импеллер?
Поэтому в аэродинамической трубе вентилятор(ы) ставят на "всасывание", а на входе в рабочую часть ставят спрямляющий аппарат в виде решётки, он и создаёт равномерный поток воздуха.
KAA
Ненавижу Солидворкс!
- Откуда
- Россия, Казань
Эти трубы замкнутого типа в основном, там кольцевой канал с открытой частью, так что на продуваемый объект дует поток с установившейся скоростью, а разность скоростей сглаживается при движении потока по каналу, где есть и спрямляющий аппарат, и лопатки поворачивающие поток.
В замкнутой системе намного меньше потребляемая вентилятором мощность.
В замкнутой системе намного меньше потребляемая вентилятором мощность.
Само изготовление вентиляторной/импеллерной СУ не самый сложный процесс, а вот правильно рассчитать и сконструировать - это уже совсем другое дело, слишком много вещей(от которых будет зависеть нормальная работа этой СУ) ещё не совсем изучены и теоретические расчёты не всегда будут на 100% правильными. Скорее всего эту СУ ещё придётся "доводить до ума", поэтому изготовить для кого-то вентиляторную СУ "под ключ" будет "не благодарным" делом... Так-же, как я уже говорил раньше, взять чей-то вентилятор и "приспособить" его под свой ЛА не получится т.к. его правильная работа зависит от многих параметров(диаметр, обороты и мощность двигателя и тд) как и самой этой СУ, так и параметров(ЛТХ и конструкция) самого ЛА на который она будет установлена.
Конечно можно попробовать взять некоторые узлы чей-то вентиляторной СУ и попытаться их "приспособить", но шансов что это будет хорошо работать очень мало(по сравнению с обычной винтовой СУ)...
Исходя от выше сказанного мной, чтобы было легче понять как правильно рассчитать и создать вентиляторную СУ(ducted fan) для специфического ЛА, я приведу в пример процесс через который мы прошли, создавая наш самолёт PJ-II "Dreamer".
Но здесь может возникнуть проблема - эта "ветка" не моя и возможно будут проблемы от Модератора... Поэтому возможно что мне придётся писать всё это на моей ветке:
А если проблемы в этом не будет, то буду дальше писать здесь. Что скажет Модератор?
Но здесь может возникнуть проблема - эта "ветка" не моя и возможно будут проблемы от Модератора... Поэтому возможно что мне придётся писать всё это на моей ветке:
А если проблемы в этом не будет, то буду дальше писать здесь. Что скажет Модератор?
- Откуда
- По ту сторону пруда
Добрый день всем. У меня дилетантский вопрос, касающийся следующей цитаты, с которой я целиком и полностью согласен:
Очевидно, что при при условии постоянства массы расхода (перемещенного) воздуха, скорость истечения воздушной струи из сопла импеллера должна быть обратно пропорциональна площади этого самого сопла. Соответственно, чем оно (сопло) меньше, тем больше скорость исходящего потока, тем больше уносимый струёй воздуха импуль и тем больший импульс получает импеллер (самолёт) в противоположном направлении. Но это в ИДЕАЛЕ.
В реальности же имеем:
Поэтому возникает закономерный вопросс: а что если за первым винтом импеллера в сужающемся сопле поставить еще один второй винт меньшего диамера, но с увеличенным ходом/шагом (настолько, чтобы обеспечивать такой же массопоток воздуха, как и у первого) ? Сможет ли это решить проблему закупорки?
Было бы заманчиво к примеру, уменьшить диаметр сопла в 1.4142 раза и, поставив там второй уменьшенный винт, получить на выходе струю с удвоенной скоростью,
считай: удвоенную тягу. Более высокая скорость истечения воздуха к тому же еще и увеличит максимальную скорость - хотя пусть и не в 2 раза, но заметно. Разумеется, я сейчас не касаюсь того, что для подобного фокуса необходимо повысить мощность двигателя тоже в 2 раза, кроме того, в отличие от первого винта, получающего на входе ламинарлый поток воздуха, второй винт будет иметь дело c уже возмущенным потоком. Там много вопросов, и я гуглил литературу по ключевым словам "каскад" "последовательный" "двойной" "импеллер" на русском и английском, но ничего толком не нашел.
Очевидно, что при при условии постоянства массы расхода (перемещенного) воздуха, скорость истечения воздушной струи из сопла импеллера должна быть обратно пропорциональна площади этого самого сопла. Соответственно, чем оно (сопло) меньше, тем больше скорость исходящего потока, тем больше уносимый струёй воздуха импуль и тем больший импульс получает импеллер (самолёт) в противоположном направлении. Но это в ИДЕАЛЕ.
В реальности же имеем:
Поэтому возникает закономерный вопросс: а что если за первым винтом импеллера в сужающемся сопле поставить еще один второй винт меньшего диамера, но с увеличенным ходом/шагом (настолько, чтобы обеспечивать такой же массопоток воздуха, как и у первого) ? Сможет ли это решить проблему закупорки?
Было бы заманчиво к примеру, уменьшить диаметр сопла в 1.4142 раза и, поставив там второй уменьшенный винт, получить на выходе струю с удвоенной скоростью,
считай: удвоенную тягу. Более высокая скорость истечения воздуха к тому же еще и увеличит максимальную скорость - хотя пусть и не в 2 раза, но заметно. Разумеется, я сейчас не касаюсь того, что для подобного фокуса необходимо повысить мощность двигателя тоже в 2 раза, кроме того, в отличие от первого винта, получающего на входе ламинарлый поток воздуха, второй винт будет иметь дело c уже возмущенным потоком. Там много вопросов, и я гуглил литературу по ключевым словам "каскад" "последовательный" "двойной" "импеллер" на русском и английском, но ничего толком не нашел.
Последнее редактирование:
Поищите про компрессоры ГТД или ВРД...
Вы почти сами ответили на свой вопрос - увеличится необходимая мощность двигателя, вес и усложнение конструкции такой вентиляторной СУ, а отдачи почти никакой. Вентиляторная СУ это не турбореактивный двигатель где тяга создаётся за счёт реактивной струи выходящих из сопла воздуха, а струя эта создаётся за счёт расширения газов(воздуха) которое происходит при горении смеси топлива и воздуха в камерах сгорания в двигателе - здесь работают законы термодинамики... Вентилятор же по принципу работы ближе к ВВ где работают законы аэро/гидродинамики. Вентилятор в канале(ducted fan) создаёт тягу за счёт перемещения массы воздуха в промежуток времени(кг в сек), а не за счёт скорости воздушного потока и сопла вентилятора. Увеличение скорости воздушного потока исходящего из сопла путём его сужения может и создаст какой-то эффект тяги реактивной струи, но в % отношении это будет почти "0" к той тяге которая создаётся при перемещении массы воздуха вентилятором. В тоже время объём воздуха(соответственно и его масса) проходящего через зауженное сопло практически не измениться, а значит не изменится и тяга вентилятора. Так-как лопатки вентилятора(как и лопасти ВВ) рассчитаны на работу в воздушной среде с определёнными углами атаки настроенными на определённые режимы его работы с наилучшим КПД и любое изменение скорости прохождения воздуха(проходящего через канал вентилятора) вызовет нарушение режима работы лопаток вентилятора, а зауженное сопло создаст эффект "торможения" воздушного потока перед выходом из сопла, что в свою очередь повысит давление воздуха за вентилятором. А это приведёт к срыву потока воздуха на лопатках(т.к. увеличится нагрузка на площадь лопатки) и произойдёт тоже самое что происходит при срыве воздушного потока на крыле самолёта - подъёмная сила уменьшится, тоже самое произойдёт с вентилятором - он перестанет "двигать" воздух с той-же скоростью и его тяга уменьшится. В своём роде получится что-то похожее на "помпаж" турбореактивного двигателя.
Что-бы лучше это понять, представьте себе мясорубку и что произойдёт с фаршем если у мясорубки "зажать"выходную сетку - фарш начнёт "тормозится" в шнеке и "лезть во все щели" в обратную сторону шнека и мясо перестанет поступать в мясорубку.
Надеюсь что объяснил понятливо...
mezon
Любите летать? Любите и летайте!
- Откуда
- Ст-Петербург
Получается, что импеллерная установка, как движитель для самолета - скорее, дизайнерское решение, а сам принцип импеллера полезен лишь там, где надо гонять воздух по трубам....
Вентиляторная(импеллерная) СУ(Ducted fan system) один из вариантов движителя ЛА и имеет свои преимущества, а так-же недостатки(об них я писал уже много раз и не буду повторятся). Она применяется там где не нужны высокие скоростя полёта(движения), а нужна компактность, безопасность для окружающих и многое другое.
Главное преимущество вентилятора в канале(ducted fan), что он создаёт на 30% больше тяги чем ВВ того-же диаметра, но это преимущество действует только на относительно низких скоростях(примерно до 200 км/ч), свыше этой скорости это преимущество пропадает. Поэтому вентиляторные СУ ставят на дерижабли, суда на воздушной подушке, аеролодки, аэросани, канвертопланы, экранопланы, а так-же на лёгкие самолёты, автожиры и др. ЛА где СУ с ВВ не желательно или нельзя использовать... В нашем случае(на нашем самолёте) использование СУ с ВВ было-бы нелепо, а ТРД было-бы очень дорого - оставалось только использовать вентиляторную СУ.
Anatoliy.
Верной дорогой идете товарищи!!!
- Откуда
- Севастополь
Для меня это загадка, не объяснимая с точки зрения законов физики.
Но я не об этом хочу спросить Вас.
Вот есть импеллер в виде трубы в которой вращается вентилятор.
Спрашивается, как будет отличаться тяга такого импеллера если вентилятор установить на входе трубы и на выходе трубы?
Для начала "разгадаем" загадку которую Вы не можете объяснить. Тут всё просто - вентилятор в кольце(Fan in shroud) считается так если ширина кожуха вдвое уже чем диаметр вентилятора и вентилятор в канале(Ducted fan) если кожух шире, создают больше статической тяги(на 30%) чем ВВ таково-же диаметра потому-что вентилятор в кольце или канале "зажат" кольцом от внешней среды и концы его лопаток не создают завихрений от "перетекающего" с их конца воздуха, что имеет место быть в случае с ВВ. Эти завихрения и снижают КПД ВВ. Поэтому так важно иметь маленький зазор между концом лопатки и кольцом(или каналом) что-бы там тоже не было этих завихрений и перетекания воздуха из задней части вентилятора в переднюю часть. Но это в статике.
По мере набора скорости сопротивление кожуха(кольца или канала) от обтекающего его воздуха, начинает увеличиваться на величину квадрата скорости, а у ВВ наоборот, набегающий поток воздуха начинает "сглаживать" завихрения у концов лопастей и КПД винта улучшается. На скорости около 200 км/ч величина силы сопротивления кожуха вентилятора "уравнивается" с величиной возросшей(от улучшения КПД ВВ) силой тяги ВВ и преимущества вентилятора перед винтом исчезают, а при дальнейшем увеличении скорости ВВ начинает "выигрывать" у вентилятора по той-же причине.
Теперь отвечу на Ваш вопрос - где лучше расположить вентилятор в канале в виде прямой трубы. В этой книге(по проектированию и изготовлению вентиляторной СУ) говорится, что в случае вентилятора в канале(ducted fan) его лучше расположить в конце канала по двум причинам:
1. Воздушный поток подходящий к вентилятору будет более стабильный(ламинарный), чем наружный "турбулентный" на входе в канал и соответственно КПД вентилятора в конце канала будет выше. Но это при условии что сам канал правильно рассчитан и сделан.
2. Вентилятор находясь в конце канала "свою атмосферу" внутри этого закрытого от внешней среды пространства(канала) и он менее "чувствителен" к изменению скорости полёта.
Тоже самое относится к вентилятору расположеному где-то в середине канала, но только в меньшей степени и к нему будет хуже доступ для обслужования.
Расположение вентилятора в передней части стоит на последнем месте.
Как я понимаю, что это носит "рекомендательный" характер, так как это на КПД(и тягу) вентилятора сильно не влияет...
Anatoliy.
Верной дорогой идете товарищи!!!
- Откуда
- Севастополь
Не в Ваш огород камушек, так как Вы повторяете писанное в книгах по аэродинамике.
Я сильно усомнился в самой величине 30 % превосходства воздушного винта в канале или в кольце.
Если что то там перетекает и завихряется у воздушного винта, то это же должно происходить и у несущего винта.
Но КПД несущего винта находится примерно на 85 % плюс - минус.
В той же аэродинамической литературе метры дают примерно 2 - 3 % на концевые потери от этих самых завихрений, а основная доля потерь кроется в индуктивном сопротивлении лопастей.
И еще я встречал в аэродинамических источниках то, что винт в кольце примерно увеличивает тягу всего то примерно на 5 % и теряет этот выигрыш при скоростях этак в пределах 120 км/час.
Так что с выигрышем в 30 % не все так ясно.
Скорее всего это только желание оправдать импеллеры.
Но Ваша конструкция всё же прекрасна по многим параметрам.
Тут нет смысла спорить.
- Откуда
- По ту сторону пруда
Посмотрел, но насколько понимаю, многоступенчатые компрессоры ГТД и ТРД используются только для создания повышенного давления, а не в качестве каскадных вентиляторов. Или я Вас неправильно понял?
Ну почему же никакой отдачи. Если мои аргументы по поводу увеличеня тяги при сужении сопла (плюс двигатель повышенной мощности) верны, то например на Вашем проекте PJ I Dreamer (одновентиляторный ) с тем же двигателем LS7 можно будет получать такую же тягу что и с двумя импеллерами на PJ II. При этом площадь миделя заметно уменьшится, планер "постройнеет". Что же касается сложностей, то на мой дилетантский взгляд кажется, что в обоих вариантах сложность сравнима - два вентилятора в одном сужающемся канале или два вентилятора в двух параллельных каналах - и там и там задействованы пара пропеллеров и пара спрямляющих поток аппаратов.
Но опять же подчеркну: это в случе ЕСЛИ ВЕРНЫ мои рассуждения по поводогу сужающегося канала.
Спасибо. очень живописное объяснение, но на мой взгляд оно не совсем точно совпадает с моей идеей (см рис. ниже). Если говорить в терминах мясорубки: я ведь предлагаю не просто зажать выходную решетку, но и дополнительно поставить туда аппарат, который будет всё равно "продавливать мясо" сквозь зауженные отверстия.
Всё что я знаю о вентиляторах в кольце(канале) было взято из разных источников информации, как из отечественных так и из иностранных. В основном все данные по принципу работы, теории и всех достоинств, недостатков во всех них совпадают. Я не приверженец вентиляторных СУ и не пытаюсь кому-то навязывать, так получилось что в моём проекте(идеи) ничего другого кроме вентилятора в кольце(Ducted fan) использовать было нецелеобразно и пришлось изучать всю имеющуюся информацию о них. Теперь имея ещё и практический опыт создания и работы вентиляторной СУ, я могу подтвердить что в основном вся эта информация верная. Здесь ещё немного информации подтверждающей мои слова:
Винт в кольце - СВП, аэроглиссеры и экранопланы
Страница 1 из 10 - Винт в кольце - отправлено в СВП, аэроглиссеры и экранопланы: Воздушный винт в кольце Самодеятельные конструкторы аэросаней, аэроглиссеров, самолетов и других транспортных средств, использующих воздушные винты, часто решают дилемму получения приемлемой тяги при малых габаритах...
Я не собираюсь не с кем спорить, потому-что я уверен в своих знаниях в этой теме и проверил это на практике, а спорить с кем-то кто только что-то, где-то слышал, прочитал или думает - не доставляет мне никакого удовольствия. Был у меня один случай когда я пытался объяснить человеку(как мне сказали что он какой-то учёный и специалист по газотурбинным двигателям) что он не прав сравнивая принцип работы вентиляторной СУ с ДВС, с принципом работы ТРД. Ничего хорошего из этого спора не вышло, кроме того что он "обкакал" меня и мой проект, выложив негативную статью в интернете, где он в принципе говорит о том что мой самолёт не полетит и всё в нём сделано не правильно...
Куда уж там ему стройнеть и так тощий визуально.
Я в принципе только-что ответил на Ваши замечания в ответе Анатолию. Не я эту теорию работы вентилятора в кольце(канале) придумал, я просто изучил всю информацию(которую я смог найти в своё время) и говорю что я знаю исходя из этого. Так вот, для данного типа вентилятора в канале существуют определённые принципы и правила дизайна такой системы и они сводятся примерно к этому:
1. Все сечения(площади) воздушного канала(входное отверстие, площадь самого вентилятора и выходное сопло(отверстие)) должны быть равными по площади.
2. Допускается сужение выходного канала(после вентилятора) но не более чем на 10% от площади вентилятора.
3. Не допускается большого перепада давлений перед и за вентилятором.
По поводу двойного вентилятора - можно поставить второй вентилятор который будет вращаться в противоположенную сторону, но он только заменит спрямляющий статор(аппарат) и прирост тяги будет не более 10%(как и у спрямляющего аппарата). И зачем тогда эти сложности и утяжеление конструкции, если проще поставить спрямляющий статор?
Я уже говорил, что мы "потеряли" в тяге используя два вентилятора по сравнению с одним, но здесь была другая причина - редуктор(мультипликатор) "сжирает" часть мощности двигателя, его КПД = 0,8
И ещё раз повторю(тоже указано в принципах дизайна) - принцип работы вентилятора в канале с ДВС нельзя сравнивать с принципами работы турбореактивного или турбовентиляторного двигателя. Вентилятор - это не "компрессор" и каскадного эффекта к нему применить нельзя.
Заметьте, что даже на турбовентиляторных двигателях стоят только одиночные вентиляторы, а они производят более 70% общей тяги и им доступны десятки тысяч ЛС от газотурбинной части двигателя! И сужения сопла там тоже нет...
У вас картинка 2 неправильная. После вентилятора и спрямляющего аппарата неверно рисовать разнонаправленные стрелки. Там поток относительно выровнен.
Позволю себе заметить, что пропеллер в канале ( длинной канала несколько диаметров пропеллера ) и пропеллер в кольце - это "две большие разницы".
Если длина кожуха вокруг пропеллера меньше диаметра - это однозначно "кольцо".
Если длина кожуха больше 2,5 диаметров - это однозначно "канал".
Это вытекает из условий течения среды в канале. Характер потока различается. В "канале" поток более стационарный - меньше зависит от внешних условий ( скорость полета ЛА, турбулентность...) Выравнивание распределения по сечению параметров потока и его "нечувствительность" к внешним воздействиям происходит на длине канала после 2,2 диаметров (по результатам измерений ).
Поток в "кольце" более подвержен внешним влияниям.
Выигрыш в приросте тяги имеет место быть только в "канале".
В "кольце", наоборот, наблюдается снижение КПД пропеллера и тяги до 10%. Это связано с "перетеканием" воздуха в зазоре между концом лопасти и стенкой, точнее, с завихрениями и потерями на эти завихрения.
Насколько я понимаю, пресловутые 30% прироста для пропеллера в "канале" - вытекает из теории воздушного винта. По теоретическим выкладкам, максимальный КПД пропеллера может достигать 75%. Минус потери на прочие неидеальности, получается - 70% это реальный, максимально достижимый абсолютный КПД. Он сравнивает полезную работу, совершаемую валом двигателя и полезную работу, совершаемую движителем ( пропеллером ).
Когда пропеллер в теории "помещают" в "канал" ( не "кольцо" ), то считают, что потери "исчезают". ( Подчеркну, это только выкладки, исчисленные математическими методами и согласованные в логически связанную теорию ). Практика реализации этих выкладок сталкивается с конструктивными проблемами - не нулевое значение зазора между торцом лопатки и стенкой "кольца", вязкое трение в зазоре, местные скорости потока, превышающие скорость звука и т.п. Эти конструктивные проблем не учитываются в теории, потому, возникает расхождение с практикой.
Компрессор повышает давление.
Чем "каскадный вентилятор" выгодно отличается от компрессора я не вижу, и АК Malish доходчиво это обрисовал.
Задача вентилятора - создать максимальный расход воздуха ( масса х скорость =импульс = тяга движителя ). Увеличение количества элементов этого движителя приводит к росту потерь на трение и снижению КПД системы. Каждая ступень, ( как в компрессоре ) даёт перемножение КПД. Грубо, прикидочно: две ступени с относительным КПД 80% дают ( 0,8х0,8=0,64 ) КПД 64%, с учётом спрямляющего аппарата (+10% ), суммарно будет относительный КПД 74%. И т.д. на каждой ступени...
Природа так устроена, что за любой выигрыш в одном параметре приходится заплатить в чём-то другом... Авиация летает на на "керосине", а на компромиссе. Авиационная конструкция - это поиск компромисса между желаемым и возможным. Как, впрочем и любая сложная конструкция. Талант конструктора заключается не в знании, цитировании и ловком жонглировании выдержками из учебников, справочников и методичек, а в умении находить оптимальный компромисс для решения поставленной задачи. Эти могут "похвастаться" немногие...
Если длина кожуха вокруг пропеллера меньше диаметра - это однозначно "кольцо".
Если длина кожуха больше 2,5 диаметров - это однозначно "канал".
Это вытекает из условий течения среды в канале. Характер потока различается. В "канале" поток более стационарный - меньше зависит от внешних условий ( скорость полета ЛА, турбулентность...) Выравнивание распределения по сечению параметров потока и его "нечувствительность" к внешним воздействиям происходит на длине канала после 2,2 диаметров (по результатам измерений ).
Поток в "кольце" более подвержен внешним влияниям.
Выигрыш в приросте тяги имеет место быть только в "канале".
В "кольце", наоборот, наблюдается снижение КПД пропеллера и тяги до 10%. Это связано с "перетеканием" воздуха в зазоре между концом лопасти и стенкой, точнее, с завихрениями и потерями на эти завихрения.
Насколько я понимаю, пресловутые 30% прироста для пропеллера в "канале" - вытекает из теории воздушного винта. По теоретическим выкладкам, максимальный КПД пропеллера может достигать 75%. Минус потери на прочие неидеальности, получается - 70% это реальный, максимально достижимый абсолютный КПД. Он сравнивает полезную работу, совершаемую валом двигателя и полезную работу, совершаемую движителем ( пропеллером ).
Когда пропеллер в теории "помещают" в "канал" ( не "кольцо" ), то считают, что потери "исчезают". ( Подчеркну, это только выкладки, исчисленные математическими методами и согласованные в логически связанную теорию ). Практика реализации этих выкладок сталкивается с конструктивными проблемами - не нулевое значение зазора между торцом лопатки и стенкой "кольца", вязкое трение в зазоре, местные скорости потока, превышающие скорость звука и т.п. Эти конструктивные проблем не учитываются в теории, потому, возникает расхождение с практикой.
Вы правильно поняли.
Компрессор повышает давление.
Чем "каскадный вентилятор" выгодно отличается от компрессора я не вижу, и АК Malish доходчиво это обрисовал.
Задача вентилятора - создать максимальный расход воздуха ( масса х скорость =импульс = тяга движителя ). Увеличение количества элементов этого движителя приводит к росту потерь на трение и снижению КПД системы. Каждая ступень, ( как в компрессоре ) даёт перемножение КПД. Грубо, прикидочно: две ступени с относительным КПД 80% дают ( 0,8х0,8=0,64 ) КПД 64%, с учётом спрямляющего аппарата (+10% ), суммарно будет относительный КПД 74%. И т.д. на каждой ступени...
Природа так устроена, что за любой выигрыш в одном параметре приходится заплатить в чём-то другом... Авиация летает на на "керосине", а на компромиссе. Авиационная конструкция - это поиск компромисса между желаемым и возможным. Как, впрочем и любая сложная конструкция. Талант конструктора заключается не в знании, цитировании и ловком жонглировании выдержками из учебников, справочников и методичек, а в умении находить оптимальный компромисс для решения поставленной задачи. Эти могут "похвастаться" немногие...
Последнее редактирование: