Warum unterscheidet sich der Fan in einem Turbofan von einem Propeller in einem kleinen Flugzeug? Warum haben Propeller normalerweise 2 oder 3 Blätter, aber der Lüfter hat viel mehr? Und warum ist der Lüfter verkleidet, aber der Propeller offen?
Ich habe gelesen, dass ein Impeller bei sehr langsamen Geschwindigkeiten effizienter ist (er erzeugt mehr statischen Schub als ein offener Propeller), aber bei hohen Geschwindigkeiten wird der Luftwiderstand zu groß und Sie sind mit einem offenen Propeller besser dran. Deshalb verwenden sie zum Beispiel in Hovercrafts einen Impeller. Aber wenn das stimmt, sollte der Lüfter in einem Turbofan angesichts der hohen Geschwindigkeiten (höher als ein Propeller) nicht offen (nicht ummantelt) sein?
Wie kommt der Lüfter mit Überschallgeschwindigkeiten an der Spitze davon und die Stütze nicht? Wäre der Lüfter effizienter, wenn die Spitzengeschwindigkeiten niedriger wären?
Die einfache Antwort, die die meisten Motoren abdeckt, lautet, dass ein Lüfter eine Ummantelung hat. Die mögliche Ausnahme sind unducted Fans oder Open Rotor Engines , die eine Mischung aus einem Turboprop- und einem Fan-Triebwerk darstellen.
Eine wissenschaftlichere Antwort basiert auf dem Unterschied in der Plattenbelastung: Wie viel Leistung pro Plattenfläche kann zum Vortrieb in den Lüfter gepumpt werden. Bei Propellern ist dies deutlich weniger als bei Ventilatoren. Einige Beispiele:
Bei Jets braucht dieser Vergleich Leistung, wenn Schub aufgeführt ist. Daher gehen wir von der heroischen Annahme aus, dass die Geschwindigkeit am Lüfter unter statischen Bedingungen Mach 0,4 beträgt und der Schub nach dem Bypass-Verhältnis aufgeteilt wird (was völlig ungenau ist, aber für den Zweck hier ausreicht):
Ich denke, Sie sehen jetzt, wohin das führt: Turbofans sind einfach eine andere Klasse, wenn es um den Schub pro Frontfläche geht. Und damit dies möglich ist, müssen drei Bedingungen erfüllt sein:
Beachten Sie, dass diese Bedingungen voneinander abhängen: Ohne die Solidität könnte viel weniger Leistung absorbiert werden. Ohne den Einlass würde die Überschallströmung an den Lüfterspitzen schreckliche Verluste und Geräusche erzeugen .
Nun zu den Verrückten. Die Außenseiter. Die Rebellen. Die Störenfriede. Die runden Stifte in den quadratischen Löchern:
Hier ist es schwer zu unterscheiden, ob es sich um Lüfter oder Propeller handelt. Ihr richtiger Name „propfans“ deutet das schon an.
Ein letztes Wort zur Terminologie
Effizienz ist ein Maß dafür, wie viel Aufwand für ein bestimmtes Ergebnis erforderlich ist. Ein effizienter Propeller benötigt weniger Leistung pro erzeugter Schubeinheit. Es hat wenige Klingen , dreht sich langsam und hat einen großen Durchmesser. Ein Unterschalllüfter wäre effizienter, würde aber für eine bestimmte Größe viel weniger Schub erzeugen.
Wenn Sie die Kapazität zur Schuberzeugung bei einem bestimmten Durchmesser ausdrücken möchten, verwenden Sie die Scheibenladung, nicht die Effizienz.
1C160 prop (1.9 m diameter)
und 4254.35 kW/m²
verwenden für Jets das europäische Komma 3,124 m fan diameter
. Es hat einen Moment gedauert, bis mir klar wurde, wie riesig dieser Fan war, und dann wurde mir klar, dass Sie bei mir die Methoden geändert haben. :)Beginnen wir zunächst mit der einfachsten Maschine, der Schraube , die eine Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt.
Ein Ventilator ist eine Schraube, deren Hauptzweck darin besteht, die sie umgebende Flüssigkeit (Luft für ein Flugzeug oder Wasser für ein Boot) zu bewegen.
Ein Propeller ist eine Schraube, deren Hauptzweck darin besteht, das Objekt, an dem sie befestigt ist, zu bewegen ( anzutreiben ), z. B. ein Boot oder ein Propellerflugzeug. Und tatsächlich verwenden Seefahrer den Begriff Schraube statt Propeller .
Im Fall von Turboprop und Turbofan verwendet der Turboprop seine Stütze als primäres Bewegungsmittel, während beim Turbofan der Lüfter einfach die Luftgeschwindigkeit erhöht, aber nicht das primäre Bewegungsmittel für das Flugzeug darstellt.
the fan simply increases the velocity of the air
Ich bin mir nicht sicher, was Sie damit sagen. Es sorgt für Bewegung für das Flugzeug. Vielleicht ist es in LBP nicht das primäre Mittel, aber es erfüllt immer noch die gleiche Funktion wie ein Propeller.Vereinfacht gesagt ist das Arbeitsprinzip anders:
Ein Propeller ist ein rotierender Flügel. Das bedeutet, dass sein Hauptarbeitsprinzip das Bernoulli-Prinzip ist. Ein Druckunterschied (dh niedriger Druck vorne und hoher Druck hinten) bewirkt, dass sich das Flugzeug vorwärts bewegt. Ist das gleiche wie bei den Helikopterrotoren. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Lift_(force) und https://en.wikipedia.org/wiki/Airfoil
Der Turbofan ist hauptsächlich ein Reaktor. Das bedeutet, dass sein Hauptarbeitsprinzip das dritte Newtonsche Gesetz ist. Die Luft mit hoher Geschwindigkeit, die durch die Düse gepresst wird, drückt das Flugzeug nach vorne. Dasselbe wie in einem Gartenschlauch. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_laws_of_motion
Um eine Ihrer zusätzlichen Fragen zu beantworten, ist der Propeller bei hohen Geschwindigkeiten weniger effizient. Denn im Propeller strömt bei hohen Geschwindigkeiten die Luft von vorne nach hinten, wodurch der Druck vorne ansteigt und der Propeller abgewürgt wird.
Andererseits trägt der zusätzliche Druck an der Vorderseite beim Turbofan tatsächlich dazu bei, dass die Luft durch die Düse gedrückt wird, um die Leistung zu steigern.
Bei extrem hohen Geschwindigkeiten wird der Widerstand des Lüfters jedoch sehr hoch und die Geschwindigkeit wird wieder begrenzt (aber bei einer höheren Geschwindigkeit als im Propeller). Um noch mehr Geschwindigkeit zu erreichen, werden die rotierenden Blätter entfernt und die Luft wird durchgedrückt des Kompressors wegen des sehr hohen Drucks an der Vorderseite (Siehe Staustrahl.) Das Arbeitsprinzip des Staustrahls ist auch Newtons drittes Gesetz.
Ich denke, sowohl der Propeller als auch der Lüfter handeln nach dem Prinzip der Impulserhaltung, nennen es "Aktion-Reaktion", es senden eine Luftmasse nach hinten, die das Gerät vorwärts drückt, die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Luftmasse und die Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs haben einen Einfluss darauf, welche Art von Antriebsmethode bessere Ergebnisse liefert, viel Luft bei nicht sehr hoher Geschwindigkeit oder eine geringere Luftmasse, die sehr schnell ausgestoßen wird. Deutsche Ingenieure während des Zweiten Weltkriegs dachten, dass Propeller bis etwas über Mach 1 gut sein würden, aber die Version mit gegenläufigen Propellern des Düsenjägers F-84 Thunderstreak erwies sich als so laut, dass diejenigen, die sich in der Nähe des laufenden Motors oder der Landebahn befanden, krank wurden. Hier ist eine kurze YouTube-Audioaufnahme der F-84H 'Thunderscreech':
Vielleicht gefällt Ihnen die beigefügte Tabelle aus der Broschüre: „Ducted Fans for Ultralight Aircraft“ von RW Hovey. Es zeigt die Effizienz verschiedener Antriebssysteme nach AirSpeed eines Fluggeräts. Typische Effizienz von Antriebssystemen
Eine detailliertere Analyse des Themas findet sich in einer Dissertation von Leighton Montgomery Myers, Pennsylvania State University aus dem Jahr 2009: „Aerodynamic Experiments on a Ducted Fan in Hover and Edgewise Flight“ http://www.engr.psu.edu/rcoe/theses/ Myers_Leighton.pdf
Außerdem: AIAA-98-3116 NASA / TM--1998-208411 General Aviation Light Aircraft Propulsion: From the 1940's to the Next Century Leo A. Burkardt Lewis Research Center, Cleveland, Ohio Vorbereitet für die 34. Joint Propulsion Conference, die von AIAA mitgesponsert wird, ASME, SAE und ASEE Cleveland, Ohio, 12.-15. Juli 1998 National Aeronautics and Space Administration Lewis Research Center, Juli 1998. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/ 19980209647.pdf
Ein Lüfter ist nicht unbedingt eine Schraube, sondern ein beliebiges Objekt, mit dem Luft auf etwas zu bewegt wird. Die Schraubenform ist ziemlich ideal, aber ein Propeller muss auch kein spiralförmiges Ding sein, sondern nur ein Objekt, das verwendet wird, um etwas in einer Flüssigkeit oder einem Gas anzutreiben. (Der Antrieb durch einen Feststoff ist wie eine Zeitreise: wahrscheinlich unmöglich. Es sei denn, wir können uns so etwas wie einen Tunnelbauer vorstellen, der alles ausspuckt, was am anderen Ende kommt, um sich vorwärts zu bewegen.)
TomMcW
Min