Die Berechnung des Propellerwirkungsgrads unterscheidet sich durch zwei Methoden

Bitte beachten Sie diese MIT-Seite, die ich für meine Berechnungen verwendet habe: https://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node86.html

Ich habe die Propeller-, Schub- und Drehmomentkurven meines Flugzeugpropellers und anschließend den Wirkungsgrad an einem bestimmten Betriebspunkt (bei gegebenen Eingangsschubanforderungen und Fluggeschwindigkeit) berechnet, indem ich die Nutzleistung (=T u_0) durch die Eingangsleistung (Drehmoment RPS) dividiert habe. , wobei u_0 die Fluggeschwindigkeit ist.

Nun, in der Propellermaschine ist die Fluggeschwindigkeit laut Actuator Disk Theory u_disk und kann mit den Formeln und den bekannten Informationen berechnet werden. Wenn ich die Eingangspropellerleistung nach einer anderen Formel auf dieser Seite [Power in = Thrust * u_disk] berechne, erhalte ich eine Antwort, die nicht derjenigen entspricht, die die Drehmoment * RPS-Formel verwendet. Wo ist diese zusätzliche Kraft geblieben? Ich hatte erwartet, dass sie gleich sind und die aerodynamischen Verluste, die in die Nutzleistung eingerechnet werden, geringer sind.

In meinem Beispiel beträgt die Fluggeschwindigkeit 3 ​​m/s. Aufgrund der Bedingungen des Flugzeugs und der Umgebung erfordert dies 42 N Schub, was 4,5 Nm Drehmoment bei 1503 U / min erfordert. Dies ist alles auf die Propellereigenschaften zurückzuführen. Nun ist die Nutzarbeit T * Fluggeschwindigkeit = 42 x 3 = 126W.

Unter Verwendung der Berechnungen auf dieser Seite können wir die beschleunigte Geschwindigkeit an der Scheibe von 11 m/s erhalten. Die Eingangsleistung (laut Seite) beträgt also 42 x 11 = 464 W. Dies unterscheidet sich von der herkömmlich berechneten Eingangsleistung von Drehmoment * RPS = 4,5 * (1500/60) = 700 W.

Antworten (1)

Definiert man „nützlich“ als Vorwärtsbewegung des Flugzeugs, so ist die Geschwindigkeit, mit der nützliche Arbeit geleistet werden kann , gleich der Leistung, die der Flüssigkeit verliehen wurde, dh Schub x Geschwindigkeit an der Scheibe. Das ist Propellerkraft . Die Rate, mit der nützliche Arbeit verrichtet wird , entspricht der Leistung, die das Flugzeug tatsächlich vorwärts bewegt hat, dh Schub x Freistromgeschwindigkeit (da Freistromgeschwindigkeit und Fluggeschwindigkeit je nach Bezugsrahmen austauschbar sind). Das ist Antriebskraft

Folglich gibt es zwei verschiedene Effizienzmaße, die Antriebseffizienz , die ein Maß dafür ist, wie effizient das Flugzeug die Propellerleistung nutzt, und die Propellereffizienz , die ein Maß dafür ist, wie effizient der Propeller die Wellenleistung nutzt. Die Gleichung auf der MIT-Webseite bezieht sich auf die Antriebseffizienz, aber Sie möchten wissen, wie effizient Ihre Wellenleistung (2π x Drehmoment x RPS) genutzt wurde, daher müssen Sie die Propellereffizienz berechnen, damit Sie diese Gleichung nicht verwenden.

Danke. Ich meinte "2*pi", weshalb in meiner numerischen Berechnung die Zahlen aufgehen. Entschuldigung für den Tippfehler, ich konnte meinen Kommentar nicht bearbeiten.
In dem von mir geposteten MIT-Link wird jedoch die Nutzleistung als Schub x Stromaufwärtsgeschwindigkeit u_0 definiert. Das ist meine Verwirrung. Ich denke, die Eingangsleistung sollte bei der Drehmomentberechnung und der Geschwindigkeit bei der Scheibenberechnung gleich sein ...
@dumbpropnerd Entschuldigung, ich habe die Definitionen, die Sie verwendet haben, falsch verstanden, ich habe meine Antwort geändert
Habe mir deine geänderte Antwort angesehen. Das ist eigentlich die Schlussfolgerung, zu der ich ursprünglich gekommen bin, daher habe ich gefragt, "wohin geht die zusätzliche Leistung" zwischen der Welle und der verfügbaren Leistung, die in der Luft verwendet werden soll (von denen einige die Luft beschleunigen und andere Schub erzeugen). Aber bevor es zur "verfügbaren Leistung" wird, warum ist es bereits niedriger als die Wellenleistung? Das ist meine Verwirrung. Ich denke, dass sie gleich sein sollten ... Ich frage mich, ob die Diskrepanz darauf zurückzuführen ist, dass ich eine 3D-Analyse verwendet habe, um das erforderliche Drehmoment zu ermitteln, und die Scheibentheorie keine 3D-Effekte berücksichtigt.
Die zusätzliche Leistung geht in die Erzeugung von Spitzenwirbeln und das Verwirbeln der Strömung, die beide keinen nützlichen Schub liefern, daher ist diese Leistung ein Verlust.
Ich glaube, das ist ein Teil des Verlustes, aber die beschleunigte Luft ist auch ein Teil des Verlustes. Gemäß diesem Link, den ich gerade gefunden habe: s2.smu.edu/propulsion/Pages/efficiency.htm zeigt es die beiden von mir verwendeten Methoden zur Berechnung der Effizienz und setzt sie als gleich. In meinem Beispiel sollte ich also 700 W für Wellenleistung, 700 W für Schub X Scheibengeschwindigkeit (unter der Annahme, dass keine Wellenverluste auftreten) und dann direkt 126 W für nützliche Arbeit ohne Abstieg in der Mitte haben. Ab diesen 700W treten, denke ich, die Verluste an beschleunigender Luft sowie Drall und Wirbel auf.
Die Berechnung des Propellerwirkungsgrads unterscheidet sich durch zwei Methoden
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