Как диаметр сопла влияет на тягу гребного винта в обтекателе?

Добро пожаловать. Боюсь, ваша теория на самом деле не сработала. Уменьшение выходного диаметра воздуховода привело к увеличению его внутреннего давления, увеличению нагрузки на гребной винт и, вероятно, даже к возникновению некоторого обратного потока.

Конструкция форсунки — сложная тема. Я не могу придумать способ сжать его, даже ограниченный одним конкретным случаем, в подходящий ответ; может быть, я сам этого не понимаю. Запомни; ниже только один маленький осколок целого и ни в коем случае не полная картина.

В общем, работа сопла заключается в том, чтобы согласовать давление на выходе из реактивного двигателя с давлением снаружи. Если давление другое, оно выравнивается снаружи двигателя, где тяги не возникает.

Когда двигатель ракеты, создающий высокое давление, сопло должно расширять газ, преобразуя давление в тягу за счет воздействия на сопло. Когда двигатель представляет собой холодный вентилятор, который разгоняет воздух, все наоборот - сопло должно компенсировать потерю давления небольшим сжатием, чтобы воздушный поток мог выйти, не борясь с давлением наружного воздуха сзади.

Для сужающегося сопла важно не сжимать выхлоп до более высокого давления, чем наружный воздух, иначе это уничтожит тягу. Это был ваш случай, сопло было слишком узким, поэтому оно сжимало воздух выше температуры окружающей среды, что заставляло его пытаться выдуть обратно через вентилятор.

Чтобы дать практический ответ, оптимальное сопло при этих скоростях было бы очень похоже на простой воздуховод, сужающийся всего на один или два процента на конце, с плавной формой выхода.

Чтобы добавить к ответу @Therac, вы, вероятно, добавите некоторое сопротивление снаружи сопла, сжимая его. Обтекающий его воздух будет разделяться, если угол сжатия будет слишком большим.

Небольшое сжатие имеет смысл, так как ускоренному потоку позади гребного винта потребуется меньшее поперечное сечение для данного массового расхода. Вы также можете сделать область захвата немного больше, чем поперечное сечение в плоскости пропеллера. Просто рассчитайте увеличение скорости через диск винта и предположите, что половина этого достигается в плоскости винта. Это обеспечит постоянное давление по всему воздуховоду и минимизирует потери.

Над этой темой много думали любители вертолетов. Из этого рисунка Лейшмана видно, что след уже сжимается сам по себе.

Сжимающийся кожух в вашей тестовой установке имеет более высокое давление сразу за гребным винтом, чем на выходе из кожуха. Этот градиент статического давления оказывает силу на кожух, что приводит к отрицательной тяге. Плюс силы трения от воздушного потока в воздуховоде.

В той же книге есть небольшой трактат о конструкции хвостового винта с веером в киле, основанный на теории импульса, которая на самом деле изображает расширяющуюся форму. Подробнее в магистерской диссертации, упомянутой в этом ответе .

Уравнение тяги дает нам тягу = масса x ускорение .

Вы увеличили скорость полета, но уменьшили воздушный поток.

Это отличная работа, и у вас хорошее начало. Вы можете рассмотреть конструкцию реактивного двигателя. То, что вы строите, похоже, половина компрессора. Сужение «выпускного конца» повысит давление в воздуховоде, что и требуется от компрессора. Поступательное движение, создаваемое применительно к летательному аппарату, добавит к этому эффекту. Это мог быть воздушный "ковш" для поршневого двигателя!

Лучший способ протестировать ваши конструкции — это полный газ в горизонтальном полете, так как это также даст вам данные о сопротивлении гондолы. Сравнение максимальных скоростей, вероятно, покажет, что винт с правильным наклоном без воздуховода выиграет тест на эффективность тяги, но не без многого обучения.

Канальные вентиляторы отлично смотрятся на масштабных моделях, но обычно разряжают батареи намного быстрее, чем реквизит. У них есть преимущества на очень низких скоростях или скоростях зависания, но пропеллеры берут верх от 50 до 400 миль в час.

Я бы обязательно продолжил эту работу по применению наддува в поршневых двигателях. У спортивных автомобилей есть воздухозаборники на капоте, этот может быть лучше.