Qual é o maior impulso possível gerado por um ventilador de 15cm?

Uma ventoinha de 15cm de diâmetro poderia levantar 4kg de massa com uma velocidade de ponta de 0,6M.

Aumentando a potência e o comprimento da corda da lâmina (em outras palavras, aumentando a solidez do rotor), isso pode ser aumentado para talvez 6KG ou mais, mas um único ventilador provavelmente nunca levaria mais de 10KG de massa.

O empuxo de um rotor é $ CT \ cdot \ rho \ cdot Área \ cdot tipSpeed ^ 2 $.

• $ \ rho $ = densidade do ar (1.225kg / m ^ 3 ao nível do mar).
• $ Área $ = área do disco do rotor (m ^ 2)
• $ tipSpeed $ = a velocidade linear na ponta do rotor = velocidade radial * raio.
• $ CT $ = coeficiente de empuxo. (geralmente é da ordem de 0,02 a 0,05 para rotores pequenos)

Supondo $ CT $ de 0,03, o cálculo mostra 40N (= 4 KG) de empuxo.

A área do disco é um dos parâmetros mais importantes, até um disco de 30 cm geraria 4 vezes o empuxo. 60cm faria quase 65 KG.

Aparentemente, um disco de 50 cm de diâmetro pode gerar 45 kg de empuxo por conta própria. Então, dois deles poderiam carregar e talvez até levantar uma pessoa equipada com essa mochila (a pessoa + o sistema deve ter menos de 90 kg).

Calculando o empuxo

Um projeto requereu dezesseis hélices de 20 polegadas (~ 50 cm) para levantar uma pessoa.

Estes foram induzidos mas duvido que qualquer ventoinha de 15 cm produza mais empuxo do que oito hélices de 50 cm.

Veja Transporte humano autônomo para detalhes de como o projetista calculou o empuxo.

Ele usou Thrust (libras) = R ² D ⁴ T _c onde T _c é empiricamente constante medida para a qual ele tinha um valor de 2,7734 x 10 ^-12 . R é RPM, D é diâmetro (polegadas).

Eu imagino que o RPM máximo pode ser limitado pela necessidade de manter as pontas do ventilador subsônicas (por exemplo, < M0.5).

Note-se que o empuxo é mostrado como dependendo da quarta potência do diâmetro, dezesseis hélices de 50cm, portanto, produzirão cerca de 1000 xo empuxo de duas hélices de 15cm do mesmo desenho na mesma RPM.

Ducted vs Free

Parece que você precisa ter cuidado ao comparar os fãs com hélices. Usar maiores RPMs para compensar diâmetros menores resulta em menores eficiências (você precisa de motores maiores).

Small diameter, high disk loading ducted fans are often conceived to allow the use of a high rpm engine running a direct drive propeller. While these highly loaded fans (if properly designed) will be more efficient than a free propeller of the same diameter, they typically won’t match the efficiency of a larger free propeller (of much lower disk loading)

De Mitos do Duto, Física de Dutos

Mochila com duto duplo com ventilador

O $ 150000 O Martin Jetpack usa dois ventiladores com dutos alimentados por um motor de dois tempos de 2 litros de 200hp (~ 150000 watts?). O diâmetro do ventilador parece muito maior que seus 15cm. A largura da máquina é de mais de 2 metros, então eu estimaria que o diâmetro do ventilador está próximo de 80 cm.

O site da empresa não diz como eles calcularam o empuxo. A partir do uso de ventiladores de maior diâmetro, eu acho que há motivos para que os ventiladores de 15cm não sejam adequados.

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Um Apache AH-64 tem um rotor que é cerca de 100x vezes o diâmetro, então a área varrida é 10000x maior. Pode levantar cerca de 10000 kg, o que significa que o seu ventilador transportado levaria cerca de 1 kg. Você precisaria de 2 ventiladores com aproximadamente um metro de diâmetro.

Impulso (em libras) = 9,35 (potência x diâmetro do ventilador canalizado nos pés) 2/3 [potência de 2/3]

Esta é a fórmula que eu recordo do livro.

Supondo que você projete seu ventilador para alta pressão estática:

para um diâmetro de 6 polegadas para produzir 300lbs de empuxo (homem de levantamento e máquina de 100lb) você precisará de um motor de 360hp.