Frage:
Würde das Verbinden von Propellerblättern mit einem durchgehenden Ring den induzierten Widerstand verringern?
falstro
2014-01-08 13:43:05 UTC
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Turbinentriebwerke sind abgedeckt, was natürlich den Prozess enthalten soll (genau wie ein Super- / Turbomotor, sobald die Luft in den Einlass eintritt). Aber ich habe darüber nachgedacht, ob dies nicht auch den induzierten Widerstand um die Spitzen der Lüfterblätter verringert oder sogar vollständig beseitigt.

Wäre es möglich, ein ähnliches Setup für eine Standardstütze zu haben? es muss nicht einmal stationär sein, es könnte ein Ring sein, der die Spitzen der Stütze verbindet und sich damit dreht, wie ein unendliches Winglet. Es hat den zusätzlichen Sicherheitsvorteil, dass es sichtbar ist, wenn sich die Stütze dreht. Und ich denke, wenn der Ring stark genug ist, um seinen Umfang beizubehalten, sollte die Belastung der Stütze gering sein, da sie sich um ihren eigenen Schwerpunkt dreht.

Ist der induzierte Widerstand an der Stütze nicht groß genug, um rechtfertigen Sie einen Gedanken, oder würde ein solcher Propellerflügelring (ich bin sicher, es gibt einen richtigen Namen dafür, weiß jemand, wovon ich spreche?) andere Störungen des Luftstroms verursachen? Oder gibt es vielleicht andere Gründe, wie es einfach zu schwer wäre, Requisiten mit konstanter Geschwindigkeit zu lösen?

Es gibt bereits viele Antworten, die den induzierten Widerstand gegen Requisiten lösen. Um Ihre Frage bezüglich eines Rings, der direkt an den Schaufeln angebracht ist, direkt zu beantworten, würde er variablen Zentrifugallasten ausgesetzt sein, die bei hohen Drehzahlen für sich genommen ziemlich groß wären, aber die Tatsache, dass die Lasten so stark variieren würden, würde zu Materialermüdung und -versagen führen.
Wie würden Sie die Spitzen der Propellerblätter mit einem durchgehenden Ring verbinden, ohne sie unfähig zu machen, die Steigung zu ändern?
Fünf antworten:
#1
+19
Daniel Steele
2014-01-08 17:45:37 UTC
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Wovon Sie sprechen, sie werden Q-Tip-Propeller genannt.

Denken Sie daran, dass ein Propellerblatt nur ein Tragflächenprofil ist - wie ein Flügel - und das Die grundlegende Aerodynamik unterscheidet sich nicht von einem Flügel. Die Drehung des Blattes erzeugt jedoch mehr Phänomene als ein Flügel, insbesondere der helikoidale Wirbel, den man hinter der Stütze sieht, und verursacht alle möglichen Propellereffekte .

Theoretisch würde uns nichts daran hindern, Winglets an den Requisitenspitzen zu haben: Die Vorteile wären

  1. Die Effizienz der Requisite durch Reduzierung des induzierten Widerstands (wie bei a) Winglet auf einem Flügel)
  2. Geräuschreduzierung
  3. Halten Sie die Geschwindigkeit der Propellerspitze durch Verringern ihrer Länge im Unterschall
  4. ol>

    Das große Problem liegt in aerodynamischen Beanspruchungen. und soweit ich weiß, gab es einige ziemlich spektakuläre Fehler beim Testen, daher besteht die Lösung nun darin, die Spitzen stärker zu fegen (siehe dies entspricht der 777-Flügelspitze im Vergleich zur 787 zum Beispiel). Versuchen Sie, Artikel auf dem Hartzell Q-Tip zu finden.

    Da Marinepropeller breiter sind und größere Drehmomentbelastungen bewältigen können, haben moderne Winglets Winglets. Sie können einige Bilder im Web finden.

Cool! Wissen Sie, ob es irgendwelche "Ringe" gibt, die alle Requisitenspitzen ringsum verbinden? Oder einen Rahmen um die Stütze legen, wie bei einigen Wasserfahrzeugen und einigen Hubschraubern (zumindest Sci-Fi, nicht sicher, ob es sich um echte handelt)?
Ein verwandtes Konzept für den Q-Tip-Propeller (mit weniger Problemen aufgrund aerodynamischer Beanspruchung) ist der [Scimitar-Propeller] (http://en.wikipedia.org/wiki/Scimitar_propeller), der in vielen Turboprop-Flugzeugen einschließlich [der C-130J "Super Hercules"] (http://en.wikipedia.org/wiki/Lockheed_Martin_C-130J_Super_Hercules). Obwohl die meisten mir bekannten Scimitar-Propeller mit konstanter Geschwindigkeit fahren, glaube ich, dass es auch einige Varianten mit fester Steigung gibt ...
#2
+12
Peter Kämpf
2014-09-29 00:59:03 UTC
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Wie andere bereits betont haben, erhöht das Anbringen des Rings an der Stütze die Belastung der Klingen erheblich. Der gleiche Effekt kann mit einem gut sitzenden Leichentuch erzielt werden.

Es gab tatsächlich ein Flugzeug, das dieses Konzept verwendete, den RFB FanTrainer (siehe Bild unten). Um das Gewicht und die benetzte Fläche zu reduzieren, war der Propellerdurchmesser viel kleiner als bei einem normalen Propeller, so dass der Gesamtwirkungsgrad nicht besser war. Die kleineren rotierenden Trägheiten erzeugten jedoch einen turbinenähnlicheren Effekt (weniger Präzession), so dass das Konzept für einen Basistrainer für zukünftige Jet-Piloten verwendet wurde.

FanTrainer 400

Am Ende hatte der FanTrainer nur begrenzten Erfolg und wurde nach dem Bau von 50 eingestellt. Das Design war zu leicht, um alle Wünsche der Luftstreitkräfte nach einem Basistrainer zu erfüllen, und der private Markt schrumpfte zu dieser Zeit und war voller älterer Flugzeuge, die den kostenbewussten Kunden gleichermaßen gute Dienste leisteten. Es bot jedoch fast strahlähnliche Eigenschaften zu einem einzigartig niedrigen Preis pro Flugstunde.

Wenn Sie den Propeller für eine bessere Effizienz abdecken möchten, müssen Sie im Allgemeinen die größere Oberfläche von akzeptieren das Leichentuch, das schnell mehr Luftwiderstand verursacht, als Sie wahrscheinlich jemals sparen werden, indem es den Fluss um die Requisitenspitzen verhindert.

Was könnte durch das Abdecken des Requisiten gespart werden? Der induzierte Luftwiderstand wäre der gleiche, da dies aus der Erstellung des Aufzugs stammt. Die klassische Theorie für Propeller mit minimalem induziertem Verlust von A. Betz und L. Prandtl erfordert eine elliptische Auftriebsverteilung über die Propellerscheibe, so dass sich der Auftrieb an den Spitzen glatt verjüngt. Eine künstliche Erhöhung würde nur helfen, wenn dies die Klingensehne an den Spitzen verringern könnte - da die Spitzen den höchsten dynamischen Druck sehen, könnte dies tatsächlich zu einem geringeren Reibungswiderstand führen. Dieser Gewinn ist jedoch gering im Vergleich zu dem massiven Anstieg des Reibungswiderstands einer Abdeckung.

Bei hohen Geschwindigkeiten sind die induzierten Verluste gering und andere Faktoren werden dominant. Beachten Sie, dass Turbofans und hochbelastete Propeller nicht für minimalen induzierten Verlust ausgelegt sind, sondern für maximalen Schub bei einem bestimmten Durchmesser. Ein ummantelter Propeller kann eine höhere Scheibenbeladung genießen, sodass Sie mit kleineren Blättern und niedrigeren Spitzengeschwindigkeiten den gleichen Schub erhalten, was zu einer hohen Geschwindigkeitseffizienz beiträgt. Kleinere Blätter führen zu geringeren Reibungsverlusten an der Stütze, und niedrigere Spitzengeschwindigkeiten führen zu einer höheren Reisegeschwindigkeit, bevor die Mach-Verluste zu beißen beginnen.

Daher kann eine Abdeckung bei hoher Geschwindigkeit hilfreich sein, wenn sie nicht zu groß ist . Turbofan-Motoren leiden unter diesem Dilemma. Sie könnten viel höhere Bypass-Verhältnisse als heute haben, aber dies würde riesige Gondeln bedeuten, und der erhöhte Gondelwiderstand würde die Gewinne aus dem erhöhten Bypass-Verhältnis ausgleichen. Das aktive Laminarisieren des Gondelflusses ist hier der Weg nach vorne, aber die praktische Umsetzung muss bisher noch erfolgen.

Beim Thema rotierende Trägheit stelle ich mir vor, dass eine rotierende Abdeckung auch einen hohen Drehimpuls hat, was zu Kreiseleffekten führt, wenn sich die Ausrichtung der Propellerscheibe ändert. Ich denke, dies würde nicht nur das Handling des Flugzeugs beeinträchtigen, sondern auch die Propellerblätter während des Manövers zyklisch biegen, und ich kann mir vorstellen, dass die Anordnung zum Wackeln neigt.
@sdenham: Ja, das Drehen der Abdeckung mit dem Propeller bringt viele Probleme mit sich. Es ist besser, es fest zu halten, wie bei Turbofans.
@PeterKämpf - Sie berühren die Spitzengeschwindigkeit und nur den Wellenwiderstand, aber was ist mit der Schubverstärkung? Dies war sicherlich ein wichtiges Ziel in frühen Konstruktionen wie den verschiedenen Hebebühnen.
@MauryMarkowitz Die Schubverstärkung benötigt einen nach vorne gerichteten Bereich der Abdeckung, damit die Absaugung bearbeitet werden kann. Die Hebebühnen hatten das, aber Propellerabdeckungen bieten sehr wenig, weil sie für den Betrieb mit hoher Vorwärtsgeschwindigkeit ausgelegt sind. Mit anderen Worten, die niedrigen vertikalen Geschwindigkeiten von Hebebühnen ermöglichen es denjenigen, die Schubverstärkung zu nutzen, aber die hohe Fluggeschwindigkeit von Propellerabdeckungen verschiebt das Optimum, um wenig Gelegenheit zur Schubvergrößerung zu lassen.
#3
+11
Philippe Leybaert
2014-01-08 22:17:38 UTC
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Ein Ventilator kommt dem nahe, was Sie beschreiben, obwohl der Ring um den Propeller stationär ist, anstatt am Propeller befestigt zu sein und sich mit diesem zu drehen.

Der Hauptvorteil eines Abluftventilators ist ein höherer Wirkungsgrad aufgrund geringerer Verluste an Propellerspitzen (im Wesentlichen induzierter Luftwiderstand). Dieser Wirkungsgradvorteil geht jedoch bei höheren Geschwindigkeiten und / oder geringerem Schubbedarf verloren.

In "normalen" Flugzeugen überwiegen die Nachteile eines Abluftventilators die Effizienzgewinne. Kanalventilatoren werden hauptsächlich in Luftschiffen und VTOL-Flugzeugen wie der berüchtigten Bell X-22 eingesetzt. Sie werden auch in den meisten Jet-Modellflugzeugen verwendet.

Der richtige Ventilator war das, wonach ich gesucht habe, als ich die "Sci-Fi" -Hacker erwähnte, danke! :) :)
#4
+4
StallSpin
2014-01-09 00:35:01 UTC
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Q-Tips und Ducted-Fans sind die großen, um die Probleme zu lösen, an die Sie denken.

Ihre Ringidee wäre aus einer Reihe von Gründen sehr schwierig umzusetzen, wobei das Gewicht im Vordergrund steht. Ein Metallring rund um den Propeller würde dem Flugzeug eine erhebliche Menge an Gewicht hinzufügen, was wahrscheinlich alle Effizienzgewinne ausgleichen würde, die Sie durch die Stabilisierung des Luftstroms erzielen. Darüber hinaus erfahren die Spitzen eines Propellers bereits mehrere Tausend G bei normalen Betriebsdrehzahlen. Dies ist akzeptabel, da die Stütze immer leichter wird, wenn Sie sich den Spitzen nähern. Aber wenn Sie einen Metallring mit einem Gewicht von ein paar Dutzend Pfund anbringen würden, wären die Kräfte astronomisch und Ihre Stütze würde sehr schnell versagen.

Ein zweites Problem ist, dass wir effiziente Propeller haben Drehen Sie die Klingen leicht, um den Winkel zu ändern, in dem sie in die Luft beißen. Diese werden als Propeller mit konstanter Geschwindigkeit bezeichnet und sind bereits etwas kompliziert. Wenn Sie den Propellerspitzen einen zweiten Drehpunkt hinzufügen, damit sie sich innerhalb des Rings bewegen können, fügen Sie lediglich eine Reihe von Lagern, Fett, Gewicht und einen weiteren Fehlerpunkt hinzu.

Schließlich: Das Ausbalancieren des Rings wäre wahrscheinlich eine schwierige Aufgabe. Zuerst müsste Ihr Ring mit sehr genauen Toleranzen hergestellt werden, was ziemlich teuer wäre. Der kleinste Einschnitt oder eine Beule im Ring (was bei Propellern häufig vorkommt) führt dazu, dass er aus dem Gleichgewicht gerät und zumindest Arbeit erfordert. Er kann höchstens dazu führen, dass sich der gesamte Propeller selbst schüttelt. Dies ist für Requisiten bereits ein kleines Problem, aber wenn Sie Ihre schwere Scheibe auf einen langen Arm aus dem Drehpunkt legen und sie dann unglaublich hohen G-Kräften aussetzen, verstärken Sie nur eventuelle Fehler.

#5
+2
Skip Miller
2014-01-09 00:04:40 UTC
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Aus historischer Sicht sollten Sie den 1952-53 hergestellten Culver Channel Wing untersuchen. Diese zweimotorige (Drücker) Ebene hat zwei Kanäle, die die Stütze nicht vollständig umschließen, sondern Teil des Flügels sind. Dies führte zu extrem kurzen Startfähigkeiten, da der Luftstrom über den Flügel nicht an die Vorwärtsgeschwindigkeit des Bodens gebunden war. Ich würde sogar sagen, dass dies ein früher Schritt in der VTOL-Funktion von Abluftventilatoren war.

Dieser Artikel von Doug Robertson veröffentlicht im Jahr 2005 auf Airport-Data.com enthält einige schöne Bilder und eine scheinbar gut recherchierte Geschichte des Flugzeugs.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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