¿Son más eficientes los ventiladores con conductos?
On febrero 15, 2021 by adminEn cuanto al empuje estático, ¿una hélice con cubierta / conductos supera a una hélice sin cubierta? Parece que las palas de guía en la parte inferior del conducto permitirían extraer un poco más de empuje del vórtice que genera la hélice al redirigir el flujo de aire. Además, el conducto parece que podría «enfocar» el aire propulsado (como un propulsor de cohete), lo que resulta en un mejor empuje.
( Fuente )
De Por supuesto, puedo ver cómo un conducto implementado incorrectamente podría realmente matar la eficiencia (creando más interferencia y turbulencia), pero ¿qué pasa con uno bien diseñado? Y si son mejores, ¿por qué no parece que la mayoría de los aviones de hélice los utilicen (cuál es la ventaja de no tener el conducto)?
Comentarios
- Relacionados, pero no para modelos de avión: ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de los ventiladores con conductos en diseños como el Airbus E-Fan? — y – – ¿Conectar las palas de la hélice con un anillo continuo reduciría la resistencia inducida? — y — Anillos alrededor de las hélices
- Imagínese correr sobre una alfombra de cojinetes de bolas. Eso es lo que sucede cuando el aire en las puntas de la hélice gira en círculos a través de las palas repetidamente. La cubierta detiene eso.
Respuesta
Aquí están sucediendo muchas cosas. La respuesta corta es que un ventilador con conductos (lo que ha ilustrado) puede producir mucho más empuje (los experimentos de un artículo dicen el doble) que un rotor abierto del mismo tamaño. Lo importante es que estos Los ventiladores con conductos tienen a su favor el hecho de que las pérdidas en la punta se vuelven insignificantes porque simplemente no hay espacio para que se desarrolle el vórtice de la punta porque hay un conducto en el camino. Solución simple y fácil que funciona bien.
Sin embargo, nada es gratis. Uno, tiene que tener el conducto allí, que es de peso & dinero (tiene que construir el conducto y la estructura de soporte, lo que también agrega algo de resistencia). Piense también en la escala: a medida que las hélices se hacen más grandes, el conducto tiene que crecer con ellas. ¡Imagínese las dificultades de colocar un conducto de 20 «en una hélice B-36!
En segundo lugar, las tolerancias de fabricación en el conducto son críticas: cuanto más ajustado es, más eficiente es (hasta un límite, naturalmente) … pero cuanto más apretado esté, más susceptible será a que sus cuchillas golpeen el conducto debido a la flexión del conducto o las cuchillas. Y, hablando de cuchillas flexibles y la estructura de soporte necesaria que necesitaría, esto podría hacer que el control de paso (en una hélice, paso variable, y en un rotor, cíclico y colectivo) sea difícil de implementar, dependiendo de cuál de esos esquemas esté buscando hacer. Por otra parte, para una implementación pequeña con control de RPM. . tal vez no los necesite de todos modos.
De manera similar, mientras que un viento cruzado en un rotor abierto conduce a una disminución repentina de la potencia, un viento cruzado en un ventilador con conductos conduce a un momento de cabeceo repentino debido al labio del conducto y la entrada asimétrica al ventilador (que, dado que ahora está produciendo más empuje para empezar, la entrada asimétrica effe cts se vuelven aún más pronunciados). Ahora, si coloca esto en la parte delantera de un Cessna 172 típico, digamos, y le arroja un viento cruzado (lo cual, si piensa en despegues y aterrizajes, que dado que deben estar en una cierta dirección, tener un viento cruzado es en realidad bastante probablemente) imagina los momentos de guiñada que induciría la hélice (proporcionales al empuje estático), ¡incluso antes de que la aeronave despegue y antes de que tengas mucha autoridad de control para contrarrestarlo! Un escenario similar en el aire podría ser igualmente dramático. Y, sí, podrías lanzarle algunas paletas de guía para ayudar, pero nada es gratis. Las paletas de guía, que son una solución viable, ahora significan que necesita tener actuador (es) para esas paletas, potencia & tal vez hidráulica para el (los) actuador (es), soportes para los actuadores. , bisagras para las paletas, conexiones desde el actuador (es) a las paletas, redundancia para la actuación o algún medio para facilitar el control en una emergencia … es mucho trabajo. O, por el contrario, podría simplemente atornillar un soporte de paso fijo en un eje en la parte delantera de dicho Cessna 172 y llamarlo un día.
A largo plazo, y esto es algo de especulación, creo que solo conduce a un sistema más complejo, particularmente en implementaciones de tamaño completo, lo cual es un dolor de cabeza de mantenimiento, costo y fabricación que no vale la pena tener si puede obtener el máximo rendimiento de una hélice abierta normal. Si se aventura en el mundo de las turbinas eólicas aumentadas con difusor, ha habido debates similares durante décadas … y una turbina eólica con conductos aún no ha tenido éxito a gran escala. Del mismo modo, mientras que los aviones de ventilación con conductos han volado …
(Ryan XV-5A Vertifan, circa 1950. Los ventiladores con conductos están debajo de las cúpulas circulares en las alas y otro debajo del área con contraventanas en la nariz para controlar el tono. Fuente: http://www.aero-web.org/specs/ryan/xv-5a.htm )
… no hay ejemplos que no sean de MAV en la actualidad que yo sepa.
Fuente: https://theses.lib.vt.edu/theses/available/etd-05262005-170916/unrestricted/WGraf_Thesis_2005.pdf
Comentarios
- Obtenga su imagen, como Bueno. ' no está claro si proviene del trabajo de tesis o de algún otro lugar.
- Entendido, ¡gracias!
- El Edgley Optica es un buen ejemplo de un avión civil con ventilador con conductos volador.
- Entonces, ¿qué piensas acerca de agregar solo álabes guía sin el conducto?
- I ' No estoy seguro de que se hayan utilizado ventiladores con conductos en el Vertifan XV-5A. Estos son ventiladores de elevación accionados por gas del motor (que no está en las alas) y usando la circunferencia del ventilador como turbina. El conducto es en realidad el conducto anular de la turbina, no ' no sé si también se usa como conducto de ventilador.
Respuesta
Otra cosa a tener en cuenta es que los ventiladores con conductos tienen mucho más de 2 aspas. Aumentar el número de palas disminuye la eficiencia de la hélice / ventilador. La principal ventaja de aumentar el número de palas es obtener una mayor densidad de empuje, es decir, obtener más empuje con el mismo diámetro de hélice / ventilador. Entonces, lo que realmente hacen los ventiladores con conductos es: el ventilador de palas múltiples proporciona mucha densidad de empuje y el conducto intenta compensar la eficiencia perdida. Con suerte, el ventilador con conductos puede lograr la misma eficiencia que la hélice de dos palas …
Comentarios
- En primer lugar, bienvenido a Aviation Stack Exchange @ HenriqueMoritz. En cuanto a su respuesta, definitivamente tiene un punto válido con su explicación de que aumentar el recuento de aspas generalmente mejora muchos factores de eficiencia, pero los ventiladores con conductos y no conducidos pueden tener recuentos de aspas similares a iguales. La pregunta en específico es sobre los efectos aerodinámicos del conducto en sí, que de improviso, contribuye principalmente en el área de pérdida de empuje en las puntas, lo que conduce a problemas que son contrarrestados por los conductos. Sin embargo, la densidad de empuje mejora con la propulsión por conductos, así que veo lo que ' estás diciendo aquí.