Was ist der höchstmögliche Schub, der von einem 15 cm Impeller erzeugt wird?

Ein Lüfter mit 15 cm Durchmesser könnte vielleicht 4 kg Masse mit einer Spitzengeschwindigkeit von 0,6 m heben.

Durch Erhöhen der Leistung und der Flügelsehnenlänge (mit anderen Worten, Erhöhen der Solidität des Rotors) kann dies auf vielleicht 6 kg oder mehr erhöht werden, aber ein einzelner Lüfter würde wahrscheinlich nie mehr als 10 kg Masse heben.

Der Schub eines Rotors ist$C_T \cdot \rho \cdot \text{Area} \cdot \text{tip speed}^2$.

• $\rho$= Luftdichte ($1.225~\mathrm{kg~m^{-3}}$auf Meereshöhe).
• $\text{Area}$= Fläche der Rotorscheibe ($\mathrm{m^2}$)
• $\text{tip speed}$= die lineare Geschwindigkeit an der Spitze des Rotors = radiale Geschwindigkeit * Radius.
• $C_T$= Schubkoeffizient. (liegt normalerweise in der Größenordnung von 0,02 bis 0,05 für kleine Rotoren)

Vorausgesetzt$C_T$von$0.03$, zeigt die Berechnung$40~\mathrm{N}$($=4~\mathrm{kg}$) Schub.

Die Scheibenfläche ist einer der wichtigsten Parameter, selbst eine 30-cm-Scheibe würde den 4-fachen Schub erzeugen. 60 cm würden fast 65 kg ergeben.

Anscheinend kann eine Scheibe mit 50 cm Durchmesser allein 45 kg Schub erzeugen. Zwei von ihnen könnten also eine mit diesem Rucksack ausgestattete Person tragen und vielleicht sogar abheben (die Person + das System müssen weniger als 90 kg wiegen).

Schub berechnen

Ein Design erforderte sechzehn 20-Zoll-Propeller (~ 50 cm), um eine Person anzuheben.

Diese waren nicht kanalisiert, aber ich bezweifle, dass jeder 15-cm-Kanalventilator mehr Schub erzeugt als acht 50-cm-Propeller.

Siehe Autonomer menschlicher Transport für Details darüber, wie der Designer den Schub berechnet hat.

Er verwendete Schub (Pfund) = R ² D ⁴ T _c , wobei T _c eine empirisch gemessene Konstante ist, für die er einen Wert von 2,7734 × 10 ^–12 hatte . R ist Drehzahl, D ist Durchmesser (Zoll).

Ich stelle mir vor, dass die maximale Drehzahl durch die Notwendigkeit begrenzt sein könnte, die Lüfterspitzen auf Unterschall zu halten (z. B. < M0,5).

Beachten Sie, dass der Schub als abhängig von der vierten Potenz des Durchmessers angezeigt wird, sechzehn 50-cm-Propeller erzeugen daher etwa das 1000-fache des Schubs von zwei 15-cm-Propellern des gleichen Designs bei der gleichen Drehzahl.

Geleitet vs. frei

Es scheint, dass Sie vorsichtig sein müssen, wenn Sie Impeller mit Propellern vergleichen. Die Verwendung höherer Drehzahlen zum Ausgleich kleinerer Durchmesser führt zu geringeren Wirkungsgraden (Sie benötigen größere Motoren).

Kanalventilatoren mit kleinem Durchmesser und hoher Scheibenbelastung sind oft so konzipiert, dass sie die Verwendung eines Motors mit hoher Drehzahl ermöglichen, der einen Propeller mit Direktantrieb betreibt. Während diese hochbelasteten Lüfter (bei richtiger Konstruktion) effizienter sind als ein freier Propeller mit demselben Durchmesser, erreichen sie normalerweise nicht die Effizienz eines größeren freien Propellers (mit viel geringerer Plattenbelastung).

Aus Duct Myths, Duct Physics

Rucksack mit zwei Impeller

Das 150.000- Dollar- Martin-Jetpack verwendet zwei Impeller, die von einem 2-Liter-Zweitaktmotor mit 200 PS (~ 150.000 Watt?) angetrieben werden. Der Lüfterdurchmesser sieht viel größer aus als Ihre 15cm. Die Breite der Maschine wird mit über 2 Metern angegeben, daher würde ich den Lüfterdurchmesser auf knapp 80 cm schätzen.

Die Firmenwebsite sagt nicht, wie sie den Schub berechnet haben. Aufgrund der Verwendung von Lüftern mit größerem Durchmesser würde ich vermuten, dass 15-cm-Lüfter ungeeignet sind.

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Ein Apache AH-64 hat einen Rotor, der etwa den 100-fachen Durchmesser hat, sodass die überstrichene Fläche 10000-mal größer ist. Er kann etwa 10000 kg heben, was bedeutet, dass Ihr Impeller etwa 1 kg heben würde. Sie benötigen 2 Ventilatoren mit ungefähr einem Meter Durchmesser.

Hier sind technische Daten für bestehende 15 cm EDF von Schübeler Technologies GmbH https://www.schuebeler-jets.de/en/products/hst-en Technische Daten DS-130-DIA HST® mit DSM 7857-470:

Innenmanteldurchmesser: 152 mm Lüfter überstrichene Fläche: 130 cm² Gewicht inkl. Motor, Kabel, Anschlüsse und Secure Fan Fix: 1750 g Statischer Schubbereich: 135 – 175 N Schubbereich: 92 – 105 m/s Abgasdrehzahlbereich: 17.500 – 20.000 U/min Eingangsleistung: 8,0 – 12,0 kW Zulässige Batterie : 12 – 14S 14000 mAh Gesamtwirkungsgrad: 76 – 74 %

Grüße blau

Schub (in lbs) = 9,35 (PS x Durchmesser des Impellers in Fuß) 2/3 [Leistung von 2/3]

Das ist die Formel, an die ich mich aus dem Buch erinnere.

Angenommen, Sie konstruieren Ihren Lüfter für einen hohen statischen Schub:

Für einen Durchmesser von 6 Zoll, um beispielsweise 300 Pfund Schub zu erzeugen (Hebemann und 100-Pfund-Maschine), benötigen Sie ein 360-PS-Triebwerk.