Чем вентилятор отличается от пропеллера?

Почему вентилятор турбовентиляторного двигателя отличается от пропеллера небольшого самолета? Почему у пропеллеров обычно 2 или 3 лопасти, а у вентилятора их гораздо больше? И почему вентилятор закрыт, а пропеллер открыт?

Я читал, что канальный вентилятор более эффективен на очень малых скоростях (он создает большую статическую тягу, чем открытый пропеллер), но на высоких скоростях сопротивление становится слишком большим, и вам лучше использовать открытый пропеллер. Вот почему, например, они используют канальные вентиляторы в судах на воздушной подушке. Но если это так, то разве вентилятор в ТРДД не должен быть открытым (без кожуха), учитывая высокие скорости (выше, чем у пропеллера)?

Кроме того, как вентилятор справляется со сверхзвуковой скоростью, а винт — нет? Был бы вентилятор более эффективным, если бы скорость его вращения была ниже?

Ответы (5)

Простой ответ, который применим к большинству двигателей, заключается в том, что у вентилятора есть кожух. Возможным исключением являются вентиляторы без воздуховодов или двигатели с открытым ротором , которые представляют собой гибрид турбовинтового двигателя и двигателя с вентилятором.

Более научный ответ основан на разнице в нагрузке на диск: сколько энергии на площадь диска можно накачать в вентилятор для приведения в движение. Для пропеллеров это заметно меньше, чем для вентиляторов. Некоторые примеры:

  • Cessna 172 с двигателем O-320 (150 л.с.) и винтом McCauley 1C160 (диаметр 1,9 м): 39,45 кВт/м².
  • P-51D с Packard-Merlin 1650 (1590 л.с.) и опорой Hamilton-Standard (диаметр 3,4 м): 130,59 кВт/м².
  • Lockheed C-130H Hercules с двигателем Allison T-56 (4590 л.с.) и винтом Aeroproducts (диаметр 4,1 м): 259,25 кВт/м².

С реактивными двигателями это сравнение требует мощности, когда указана тяга. Поэтому мы делаем героическое предположение, что скорость вентилятора составляет 0,4 Маха в статических условиях, а тяга распределяется в соответствии со степенью двухконтурности (что совершенно неточно, но для этой цели подойдет):

  • BAe 146 с Lycoming ALF 502 (статическая тяга 31 кН, степень двухконтурности 5,7:1 и диаметр вентилятора 1,02 м): 4254,35 кВт/м².
  • Boeing 747-200 с Pratt & Whitney JT9D (статическая тяга 213 кН, степень двухконтурности 5:1 и диаметр вентилятора 2,34 м): 5388,74 кВт/м².
  • Boeing 777 с GE90 (взлетная тяга 388,8 кН, степень двухконтурности 8,4:1 и диаметр вентилятора 3,124 м): 6077,23 кВт/м².

Думаю, теперь вы понимаете, к чему все идет: турбовентиляторные двигатели — это просто другой класс, когда речь идет о тяге на лобовую площадь. А для того, чтобы это стало возможным, должны быть соблюдены три условия:

  1. Хорошо спроектированный впуск, обеспечивающий равномерный поток на поверхности двигателя. Кожух является лишь следствием всасывания вентилятора.
  2. Высокий коэффициент прочности вентилятора/пропеллера (отношение общей площади лопастей пропеллера к диску, выметаемому при повороте пропеллера)
  3. Высокое динамическое давление на поверхность двигателя, поэтому мощность двигателя может поглощаться вентилятором/пропеллером.

Обратите внимание, что эти условия зависят друг от друга: без прочности можно было бы поглотить гораздо меньше энергии. Без воздухозаборника сверхзвуковой поток на концах вентилятора привел бы к ужасным потерям и шуму .

Теперь о сумасшедших. Неудачники. Повстанцы. Нарушители спокойствия. Круглые колышки в квадратные отверстия:

Здесь сложно однозначно сказать, вентиляторы это или пропеллеры. На это уже намекает их собственное название «пропфанеры».

Последнее слово о терминологии

Эффективность – это мера того, сколько усилий необходимо для достижения определенного результата. Эффективному винту требуется меньше энергии на единицу создаваемой тяги. У него мало лопастей , он медленно вращается и имеет большой диаметр. Дозвуковой вентилятор был бы более эффективным, но создавал бы гораздо меньшую тягу для данного размера.

Если вы хотите выразить способность создания тяги при определенном диаметре, используйте нагрузку на диск, а не эффективность.

Значит, кожух является аэродинамическим дополнением воздухозаборника вентилятора? Но также у меня сложилось впечатление, что вентилятор действует как компрессор, который повышает давление воздуха, а затем воздух выбрасывается с большей скоростью, чем скорость всасывания. Я говорю это из-за формы гондолы. Выход обычно имеет небольшой диаметр, что мне кажется сужающимся соплом. Я знаю, что сердечник струи использует этот принцип, но применим ли он, в меньшей степени, и к холодному потоку вентилятора, или кожух просто регулирует поток на входе? Благодарность
@Анонимный; Вы правы, поток сжимается при ускорении. См. этот ответ для пропеллера , где происходит то же самое, только без стены между внутренним и внешним потоком. Кожух просто повторяет обтекаемый контур.
Хорошо, @PeterKämpf, не могли бы вы быть последовательны в использовании дробной записи? Для реквизита и кВт/м² вы используете американскую десятичную дробь, чтобы отличить метры от их долей 1C160 prop (1.9 m diameter)и 4254.35 kW/m², но вы используете европейскую запятую для реактивных двигателей 3,124 m fan diameter. Мне понадобилось время, чтобы осознать, насколько огромным был этот веер, а затем осознать, что вы переключились на меня. :)
@FreeMan: Извините, это проскользнуло. Я сделал список путем копирования и вставки и не смотрел на десятичную точку. Спасибо, что поймали!
Я подумал, что это, вероятно, проблема копирования / пасты. Это действительно бросило меня на минуту, хотя! Твои ответы настолько хороши, что забавно осознавать, что ты такой же человек, как и все мы. ;)
@FreeMan: Спасибо. Вы поймали пасхалку? (Подсказка: это цитата из рекламного ролика...)
@fooot: Неразрывные пробелы портят макет? Я старался избегать разделения строк между числом и единицей. Помогите пожалуйста, что заставило вас отредактировать пост - для меня разницы не вижу.
Я бы предположил, что это сейчас для сумасшедших... , но я не смотрю много коммерческого телевидения.
Я проголосовал против этого, потому что я думаю, что «реквизит» произошел от раннего разговорного языка кем-то вроде Райта или Кёртисса. И когда они решили назвать устройство, которое мы теперь называем «турбовентилятором», они не стали сесть и измерить нагрузку на диск, проверить, не выходит ли она за пределы какой-то линии дискриминации пропеллера/вентилятора, и решили назвать его «вентилятором». . Они посмотрели на эту штуку и сказали: да, она больше похожа на веер, чем на реквизит.
@rbp: Вы считали, что я пытался ответить на вопрос? И, кстати, слово пропеллер использовалось задолго до Кертисса или Райта.
@FreeMan: Да, и у этого есть своя страница в Википедии .
@PeterKämpf да, я думал об этом. Но я думаю, что вы перепроектируете ответ, основанный на наблюдаемых свойствах, с исключениями, которые не соответствуют установленному вами правилу. Я не думаю, что слово «реквизит» использовалось в контексте авиации до Райта, что является обсуждаемой темой, и я уклонился от этого, когда говорил о термине, пришедшем от моряков.
@FreeMan Теперь я хочу увидеть этот вентилятор на 3,124 км. - лол - Диаметр вентилятора будет больше, чем у большинства взлетно-посадочных полос.
Ты и я оба, @reirab, ты и я оба... :)
@FreeMan Чтобы наконечники оставались дозвуковыми, его максимальная скорость вращения должна составлять около 2 об / мин. - LOL

Во-первых, давайте начнем с простейшей машины, винта , который преобразует вращательное движение в поступательное движение.

Вентилятор — это винт , основной задачей которого является перемещение жидкости (воздуха для самолета или воды для лодки), которая его окружает.

Пропеллер — это винт , основной целью которого является перемещение ( приведение в движение ) объекта, к которому он прикреплен, например лодки или опорного самолета. И действительно , вместо винта моряки употребляют термин винт .

В случае турбовинтового и турбовентиляторного двигателя турбовинтовой двигатель использует свою опору в качестве основного средства движения, тогда как в турбовентиляторном вентилятор просто увеличивает скорость воздуха, но не обеспечивает основное средство движения самолета.

газы, выбрасываемые самой турбиной
теперь мы входим в этимологию. когда было изобретено слово турбовентиляторный двигатель , были только вентиляторы с малой степенью двухконтурности, а выхлопные газы служили основным средством движения. даже когда были разработаны вентиляторы с большим байпасом, это название прижилось.
не стесняйтесь голосовать, тогда :)
Это правильно в случае двигателей с низким BPR, но не в современных гражданских двигателях с точки зрения топливной экономичности, как объяснено здесь: Для чего на самом деле нужен перепускной воздух в турбовентиляторном двигателе?
Да, и я говорю (снова), что турбовентиляторный двигатель - это исторический термин, данный двигателям LBPR, когда газированный, а не перепускной воздух обеспечивал большую часть тяги. Название прижилось, хотя большая часть тяги теперь создается перепускным воздухом в двигателях HBPR.
the fan simply increases the velocity of the airЯ не уверен, что вы хотите этим сказать. Он обеспечивает движение самолета. Может в ЛБП это и не основное средство, но все равно выполняет ту же функцию, что и пропеллер.
Между этим ответом и вашими комментариями к ответу Питера кажется, что вы указываете, что опора против фаната - это континуум, и это правда. Но помимо пропеллеров, о которых упоминает Питер, существуют явные различия между пропеллерами и вентиляторами, используемыми сегодня. Вот о чем вопрос, а не о разнице в терминологии

Если говорить простым языком, то принцип работы другой:

Пропеллер представляет собой вращающееся крыло. Это означает, что его основным принципом работы является принцип Бернулли. Разница в давлении (т.е. низкое давление спереди и высокое давление сзади) заставляет самолет двигаться вперед. Такие же, как и у вертолетных винтов. См. https://en.wikipedia.org/wiki/Lift_(force) и https://en.wikipedia.org/wiki/Airfoil .

ТРДД в основном реактор. Это означает, что его основным принципом работы является третий закон Ньютона. Воздух с высокой скоростью, нагнетаемый через сопло, толкает самолет вперед. То же, что и в садовом шланге. См. https://en.wikipedia.org/wiki/Newton%27s_laws_of_motion

Чтобы ответить на один из ваших дополнительных вопросов, гребной винт менее эффективен на высоких скоростях. Это связано с тем, что в гребном винте при высоких скоростях воздух течет спереди назад, вызывая повышение давления спереди, что приводит к остановке гребного винта.

С другой стороны, в турбовентиляторном двигателе дополнительное давление в передней части фактически помогает воздуху проталкиваться через сопло, повышая производительность.

Однако при чрезвычайно высоких скоростях сопротивление вентилятора становится очень большим, и скорость снова ограничивается (но с более высокой скоростью, чем в гребном винте). компрессор из-за очень высокого давления спереди (см. прямоточные воздушно-реактивные двигатели). Принцип работы прямоточных воздушно-реактивных двигателей также является третьим законом Ньютона.

@SMSvonderTann, Турбо<b>вентилятор</b> – это канальный вентилятор, и, очевидно, речь идет об этом типе канального вентилятора.
Нет, принцип не отличается . Пропеллер и вентилятор (турбокомпрессор) представляют собой вращающиеся крылья. Разница давлений — единственный способ заставить воздух воздействовать на что-либо, поэтому они оба используют и его. И они оба используют воздух в качестве реактивной массы, потому что законы движения просто невозможно обойти.
Вы действительно правы Ян. Все законы физики присутствуют в обоих устройствах. Отличие в том, что по замыслу главный принцип другой. Например, в пропеллере воздух через лопасти поступает в основном сбоку (а не спереди). По этой причине в пропеллерах эффект Вентури более важен, чем третий закон Ньютона. С другой стороны, в ТРДД воздух за лопастями сжимается и ускоряется, прежде чем покинуть сопло, что делает третий закон Ньютона более действенным, чем эффект Вентури.
Я думаю, ты прав, Краусс, потому что практический предел пропеллеров составляет около 700 км/ч, они не могут толкать воздух на более высоких скоростях. Турбовентиляторы, однако, развивают крейсерскую скорость 900 км/ч, поэтому они, должно быть, делают что-то отличное от пропеллеров. По-видимому, они действуют больше как компрессоры.
Во-первых, эффект Вентури специфичен для закрытых конструкций, таких как трубы. Я думаю, вы имеете в виду принцип Бернулли . Я второй Ян Худек. И пропеллеры, и лопасти вентилятора используют один и тот же метод снижения давления для ускорения воздуха. Ньютоновская сила реакции является результатом ускорения этого воздуха. Нет порядка важности. Чем больше у вас Бернулли, тем больше у вас Ньютона.
Ты прав, Том. Это моя ошибка. Я должен был сказать принцип Бернулли вместо Вентури. Я также согласен с тем, что объяснение, которое я предлагаю, может быть чрезмерно упрощенным, но дело в том (как я объяснял ранее), что хотя все законы физики способствуют созданию силы тяги, различия в конструкции основаны на разных принципах. Примечание. Спасибо за исправление, я редактирую ответ.
@Anonymous: Чем отличается потребление. Он замедляет воздух в случае вентилятора, поэтому он никогда не «видит» реальную скорость полета.

Я предполагаю, что и пропеллер, и вентилятор действуют по принципу сохранения количества движения, называем это «действие-противодействие», они посылают назад массу воздуха, которая толкает устройство вперед, скорость выбрасываемой массы воздуха и скорость полета самолета. влияют на то, какой тип тяги дает лучшие результаты: много воздуха на не очень высокой скорости или меньшая масса воздуха выбрасывается очень быстро. Немецкие инженеры во время Второй мировой войны думали, что пропеллеры будут хороши до скорости немного выше 1 Маха, но версия реактивного истребителя F-84 Thunderstreak с пропеллерами противоположного вращения оказалась настолько шумной, что те, кто находился рядом с работающим двигателем или взлетно-посадочной полосой, заболели. Вот краткая аудиозапись на YouTube F-84H «Thunderscreech»:

Вам может понравиться прилагаемая диаграмма из буклета «Канальные вентиляторы для сверхлегких самолетов» Р. В. Хови. Он показывает эффективность различных двигательных установок в зависимости от воздушной скорости летательного аппарата. Типичная эффективность силовых установок

Более подробный анализ этого предмета содержится в диссертации Лейтона Монтгомери Майерса 2009 года из Пенсильванского государственного университета: «Аэродинамические эксперименты на канальном вентиляторе при парении и полете по кромке» http://www.engr.psu.edu/rcoe/theses/ Майерс_Лейтон.pdf

Также: AIAA-98-3116 NASA / TM--1998-208411 Движение легких самолетов авиации общего назначения: от 1940-х до следующего века Исследовательский центр Лео А. Буркардта Льюиса, Кливленд, Огайо Подготовлено для 34-й совместной конференции по двигателям, организованной AIAA, ASME, SAE и ASEE Кливленд, Огайо, 12–15 июля 1998 г., Исследовательский центр Льюиса Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства, июль 1998 г. http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/ 19980209647.pdf

Было бы полезно включить некоторую информацию из этих ссылок, чтобы сделать вывод более ясным.
Согласитесь с @fooot, мы стараемся не быть сайтом только для ссылок (или только для ссылок). Лучше включить соответствующую информацию в свой ответ.
В цитируемых статьях много страниц, добавление нескольких или нескольких диаграмм приведет к потере информации. Первое изображение является основной информацией, больше доступно по ссылкам. Спасибо за ваш интересный отзыв

Вентилятор - это не обязательно винт, это любой предмет, используемый для перемещения воздуха к чему-либо. Форма спирали совершенно идеальна, но пропеллеру также не обязательно быть спиралевидной вещью, просто объектом, используемым для движения чего-либо в жидкости или газе. (Движение через твердое тело похоже на путешествие во времени: вероятно, невозможно. Если только мы не можем представить себе что-то вроде туннеля, выплевывающего все, что приходит на другом конце, чтобы двигаться вперед.)

Добро пожаловать на сайт Aviation.SE. Вы должны приложить некоторые усилия по редактированию, использовать заглавные буквы в начале предложений и простую точку в конце. Вы также можете улучшить свой ответ, добавив ссылки и ссылки для дальнейшего чтения.
Чем вентилятор отличается от пропеллера?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 105v