Wie wirkt sich der Düsendurchmesser auf den Schub eines Mantelpropellers aus?

Willkommen. Ich fürchte, Ihre Theorie hat nicht wirklich funktioniert. Die Verringerung des Austrittsdurchmessers des Kanals führte zu einer Erhöhung des Innendrucks, einer erhöhten Belastung des Propellers und wahrscheinlich sogar zu einer gewissen Rückströmung.

Düsendesign ist ein komplexes Thema. Ich kann mir keine Möglichkeit vorstellen, es zu einer geeigneten Antwort zu verdichten, selbst wenn es auf einen bestimmten Fall beschränkt ist. vielleicht bekomme ich es selbst nicht genug. Behalt das im Kopf; Das Folgende ist nur ein kleiner Teil des Ganzen und keineswegs das vollständige Bild.

Im Allgemeinen besteht die Aufgabe einer Düse darin, den Druck am Austritt des Strahltriebwerks an den Druck außerhalb anzupassen. Wenn der Druck unterschiedlich ist, wird er außerhalb des Motors angepasst, wo er keinen Schub erzeugt.

Wenn der Motor eine Rakete ist, die einen hohen Druck erzeugt, muss die Düse das Gas expandieren und den Druck durch Einwirkung auf die Düse in Schub umwandeln. Wenn der Motor ein kalter Lüfter ist, der Luft beschleunigt, ist es umgekehrt – die Düse muss den Druckverlust durch etwas Kompression ausgleichen, damit der Luftstrom austreten kann, ohne gegen den Druck der Außenluft an der Rückseite anzukämpfen.

Es ist wichtig, dass eine konvergierende Düse das Abgas nicht auf einen höheren Druck als die Außenluft komprimiert, da sonst der Schub zerstört wird. Das war Ihr Fall, die Düse war zu schmal, so dass sie die Luft über die Umgebung komprimierte - was dazu führte, dass sie versuchte, durch den Lüfter zurückzublasen.

Um eine praktische Antwort zu geben, wäre eine optimale Düse bei diesen Geschwindigkeiten einem einfachen Kanal sehr ähnlich, der sich am Ende nur um ein oder zwei Prozent verengt, mit einer glatten Austrittsform.

Um die Antwort von @Therac zu ergänzen, werden Sie wahrscheinlich etwas Widerstand an der Außenseite der Düse hinzufügen, indem Sie sie zusammenziehen. Bei zu steilem Kontraktionswinkel reißt die umströmende Luft ab.

Etwas Kontraktion ist sinnvoll, da die beschleunigte Strömung hinter dem Propeller für den gegebenen Massenstrom weniger Querschnitt benötigt. Sie sollten den Erfassungsbereich auch etwas größer als den Querschnitt in der Propellerebene machen. Berechnen Sie einfach den Geschwindigkeitsanstieg durch die Propellerscheibe und nehmen Sie an, dass die Hälfte davon in der Propellerebene erreicht wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Druck entlang des gesamten Kanals ungefähr konstant ist und Verluste minimiert werden.

Über dieses Thema haben sich die Helikopter viel Gedanken gemacht. An dieser Figur von Leishman können wir erkennen, dass sich die Kielwasserströmung bereits von selbst zusammenzieht.

Die sich zusammenziehende Ummantelung in Ihrem Testaufbau hat direkt hinter dem Propeller einen höheren Druck als am Ummantelungsauslass. Dieser statische Druckgradient übt eine Kraft auf den Deckbandbereich aus, was zu negativem Schub führt. Plus Reibungskräfte durch den Fahrtwind im Kanal.

Dasselbe Buch enthält eine Art Abhandlung über das Heckrotor-Fan-in-Fin-Design, das auf der Impulstheorie basiert und tatsächlich eine sich erweiternde Form darstellt. Weitere Details im Masterarbeitsbericht, der in dieser Antwort erwähnt wird .

Die Schubgleichung gibt uns Schub = Masse x Beschleunigung

Sie haben die Fluggeschwindigkeit erhöht, aber den Luftstrom verringert.

Das ist großartige Arbeit, und Sie haben einen guten Start hingelegt. Vielleicht möchten Sie das Design des Strahltriebwerks überprüfen. Was Sie bauen, scheint die Kompressorhälfte zu sein. Das Verengen des "Auspuffendes" erhöht den Druck im Kanal, was Sie von einem Kompressor erwarten. Vorwärtsbewegung, die entsteht, wenn sie auf ein Flugzeug angewendet wird, verstärkt diesen Effekt. Dies könnte eine Lufthutze für einen Kolbenmotor sein!

Der beste Weg, Ihre Entwürfe zu testen, ist möglicherweise Vollgas im Horizontalflug, da Sie dadurch auch Gondelwiderstandsdaten erhalten würden. Höchstgeschwindigkeitsvergleiche werden wahrscheinlich bei weitem zeigen, dass ein Propeller mit richtiger Neigung ohne Kanal den Power-to-Thrust-Effizienztest gewinnen wird, aber nicht ohne viel gelernt zu haben.

Impeller sehen auf maßstabsgetreuen Modelldesigns großartig aus, entleeren die Batterien jedoch im Allgemeinen viel schneller als Requisiten. Sie haben Vorteile bei sehr niedrigen oder schwebenden Geschwindigkeiten, aber Propeller übernehmen von etwa 50 bis etwa 400 Meilen pro Stunde.

Ich würde diese Arbeit auf jeden Fall für die Anwendung der Ladeleistung in Kolbenmotoren fortsetzen. Sportwagen haben Lufteinlässe auf ihren Motorhauben, dieser könnte besser sein.