Esse projeto pode fornecer mais força de elevação do que o impulso do motor?

Porque não há almoço grátis. Uma única asa atrás de uma hélice ou ventilador pode ver uma certa quantidade de ganho de desempenho por estar no fluxo de deslizamento da hélice, mas, quando você começa a empilhar várias asas ... fica um pouco mais complicado.

Uma única asa pode obter uma vantagem do redemoinho induzido pela hélice, além do aumento da velocidade que você observou. Em uma tese escrita por LLM Veldhuis sobre interações da hélice da asa, ele observa que, quando você tem uma hélice operando na frente de uma asa e girando de forma que a lâmina interna esteja sempre subindo, isso altera o ângulo de ataque local na asa atrás a hélice. Isso modifica a distribuição da sustentação (mostrada na figura abaixo) e, finalmente, diminui o arrasto induzido da asa para um dado coeficiente de sustentação operacional. Um conjunto de experimentos de Witkowski et. al. (Interação hélice / asa) nos 1980s registraram uma asa com economia de até 40% no arrasto induzido com base no ajuste da taxa de rotação de uma hélice de trator!

Isso é o que eu, pelo menos, já vi citado com o efeito mais importante de ter uma hélice de trator na frente de uma asa. Porém, se você tem uma asa pequena o suficiente, digamos, na escala do UAV, há uma boa chance de ter uma parte significativa de sua asa na lavagem propwash, o que pode manter o fluxo preso à asa em ângulos de ataque mais altos, permitindo você, potencialmente, mantém uma ou duas superfícies de controle não instaladas e é capaz de manobrar a aeronave quando normalmente não.

No entanto, isso não é levantado e não responde completamente à pergunta sobre a configuração de vários planos. O problema de empilhar asas tão próximo um do outro remonta a investigações nos 1920s e pode ser mais facilmente explicado, eu acho, com o efeito venturi. Quando o ar é acelerado pela curvatura de uma asa, a pressão estática diminui e você pode obter uma força de sucção que, na superfície superior de uma asa, se traduz em elevação. No entanto, empilhe duas asas (ou outros objetos) mais próximas (como na figura abaixo) e você terá algo ... não tão bom. A imagem abaixo é de um projeto conceitual de aeronave a jato submetido pela Universidade de Maryland para o concurso de design de pós-graduação da Sociedade Americana de Helicópteros 2016 e é uma coisa meio estranha chamada quadrotor-biplano-tailsitter (nós o chamamos de Martim-pescador) No entanto, o resultado da imagem (que é colorido pela pressão local - quanto mais negativa a Cp, menor a pressão) é que, devido às asas e à fuselagem (a parte do meio), você está jogando um jogo de rendimentos decrescentes.

Enquanto a asa inferior vê o ar em velocidade muito alta passando por ele, levando a uma elevação muito alta, a mesma zona de baixa pressão também gera uma força descendente forte na fuselagem, mitigando efetivamente grande parte da sua elevação (a equipe de projeto calculou que matou quase todos na verdade) da asa inferior. A asa superior, como há um pouco de espaço extra, não é tão afetada pelo mesmo fenômeno, então, no final, a aeronave teve sustentação suficiente, em teoria, para voar ... mas não é uma configuração eficiente. O mesmo seria verdade para uma pilha de asas. Em um artigo 1923 de Max Munk intitulado Teoria Geral do Biplano, ele estima que, a fim de minimizar os efeitos de interferência entre as asas, elas devem ser espaçadas por pelo menos comprimentos de acordes 3. Isso facilmente moveria suas asas tão distantes que nem mesmo duas asas poderiam ficar facilmente na esteira da hélice ... pelo menos para aeronaves de tamanho normal.

Punho, acho estranho que seu fã liste seu impulso na unidade de uma massa. O impulso deve ser uma força, não uma massa. Agora vamos supor que isso significa que o impulso é equivalente à força de peso dessa massa no campo gravitacional da terra (g = 9.80665 m / s²) e obtemos o impulso real de 11.768 N.

Impulso é o fluxo de massa multiplicado pela diferença de velocidade entre o fluxo de entrada e saída. No caso estático e usando o Hipótese de Froude, isso significa: $$ v_ {exit} = 2 \ cdot \ sqrt {\ frac {8 \ cdot T} {\ pi \ cdot d ^ 2_ {Ventilador} \ cdot \ rho}} = 141.3 \: m / s $ $

Infelizmente, a contração do jato significa que apenas uma pequena parte da asa atrás do ventilador experimentará essa velocidade no ar. Geralmente, a sustentação é criada por uma asa, desviando o ar para baixo. Normalmente, uma grande massa de ar é desviada por uma pequena quantidade, porque isso resulta na melhor eficiência. Se você insistir em usar uma asa menor e um ângulo de deflexão mais alto, eficiência sofrerá. O número de asas não afetará o resultado - uma única asa criará tanto levantamento quanto qualquer pilha de várias asas, apenas com menos atrito.

Por que é que? A elevação é causada pela deflexão do ar, e essa deflexão é realizada por um campo de pressão que precisa de sucção na superfície superior da asa e pressão excessiva na superfície inferior. Em uma pilha de asas, a sucção da asa inferior também atuará na parte inferior da asa superior; portanto, apenas a sucção na asa superior e a pressão abaixo da asa inferior adicionará uma quantidade líquida de sustentação. É melhor reduzir essa pilha para uma única asa, onde cada superfície pode contribuir com a elevação.

Se você deseja que tanto o impulso quanto o impulso sejam criados pelo ventilador, a asa precisará desviar o fluxo de saída completamente para baixo, por 90 °. Isso está muito acima de qualquer valor realista para uma asa (ou uma pilha deles). Será melhor colocar a asa a alguma distância do exaustor do ventilador. Então o fluxo de exaustão aspirará o ar pelas laterais, de modo que a massa de ar lançada pela asa aumentará enquanto a velocidade diminuirá. Agora, o mesmo levantamento pode ser criado com menos deflexão do fluxo, mas ainda assim o possível levantamento será menor que o impulso do ventilador.

Em seguida, sua forma de aerofólio é péssima para esta aplicação. Você quer a deflexão máxima e tem um ângulo fixo no qual o ar atinge a asa. Assim, você pode pagar um pequeno raio da borda de ataque e precisar de muito mais curvatura. Como o aerofólio de uma aba Fowler! Para aumentar o ângulo de deflexão, ajudará a adicionar uma segunda aba com um espaço entre as duas. E um terço. Isso foi levado ao extremo por Frederick Handley Page no 1921 quando ele modificou um aerofólio RAF 19 com slots 7 para obter o máximo levantamento, de modo que resultou em uma configuração escalonada dos aerofólios 8. Observe que os perfis aerodinâmicos não estão no mesmo local no sentido horário, mas cada um fica abaixo do rastro do aerofólio anterior.

_{Aerofólio do elemento Handley-Page 8, obtido deste artigo por AMO Smith, McDonnell-Douglas)}

Agora, é preciso dizer que desviar o fluxo sofrerá arrastamento. Se o fluxo for girado em 90 °, mesmo em condições ideais, o arrasto será pelo menos tão grande quanto o impulso. Se você desenhar uma caixa em torno da combinação de asa de ventilador e se integrar sobre as bordas, verá que nenhum componente horizontal é deixado na corrente de ar existente, portanto, nenhum impulso líquido é criado por essa engenhoca.

Não seria melhor girar o ventilador para 90 ° para usar seu impulso de elevação?

Se você usar o impulso do ventilador para mover a combinação de asa do ventilador através do ar, a asa poderá trabalhar com todo o ar que está chegando. Torne-o grande e mova-se rápido o suficiente e o elevador será realmente maior que o impulso. Para melhorar a eficiência, substitua o ventilador por uma hélice decente e compare o resultado com o status quo.

A fim de maximizar o potencial de elevação do fluxo de ar acelerado de um ventilador (ou hélice), os projetos de asa soprada mostraram recursos superiores de baixa velocidade enquanto os motores estivessem funcionando. Um exemplo é o Asa do canal de Custer conforme usado no CCW-5 mostrado abaixo (fonte).

Outro exemplo é o Boeing YC-14 aeronave de transporte tático experimental mostrada abaixo durante a construção com as abas sopradas totalmente estendidas (fonte).

Não. O impulso que o motor fornece é o impulso que ele fornece, não importa como você deseja inclinar o fluxo de escape:

• Incline o motor inteiro e o impulso será vertical. Faça as pás do ventilador muito mais longas e você terá um helicóptero.
• Com o motor na horizontal, monte uma placa plana sob o 45 deg e o impulso horizontal será desviado para baixo, menos perdas não consideráveis ​​devido ao arraste da placa plana.
• Monte um perfil de asa e o impulso será inclinado levemente para baixo, com algumas perdas, muito menos do que acima, devido ao pico de sucção de pressão no nariz do perfil, proporcionando um arrasto muito menor do que uma placa plana.
• Monte dois perfis de asa no fluxo de escape e você criou um biplano. Faz o mesmo que a asa única acima, mas com mais perdas devido a mais arrasto.
• Monte muitos perfis de asa e você terá mais perdas devido ao arrasto. Esta configuração foi testada e falhou.

A sustentação gerada pelo aerofólio é por trás do CG, então sua massa na frente empurra o nariz para baixo e a cauda é elevada pela asa, o que significa que o seu avião tomba para a frente (para baixo). Também a coisa de interferência nas asas que todo mundo já mencionou. Além disso, o ar turbulento não é muito útil para elevação e é ruim para controle