На этом сайте часто говорилось, что индуктивное сопротивление крыльев является неизбежным результатом создания подъемной силы на конечной длине. Преобразуя это в сферу движения, я предполагаю, что пропеллеры имеют «индуцированное сопротивление» или что-то подобное, поскольку они создают тягу на конечной длине.
С канальным вентилятором воздушные потоки над и под аэродинамическим профилем не могут просто «скользить по бокам», потому что они блокируются воздуховодом. Таким образом, моя интуиция подсказывает, что канальные вентиляторы не создавали сопротивления (или его эквивалента), если предположить, что пространство между лопастями и воздуховодом незначительно.
Это точно?
РЕДАКТИРОВАТЬ: я добавлю это перед ответом, потому что он обязательно появится: этот ответ основан на модели, описанной Прандтлем, которая состоит только в следующем: модель, упрощенное описание того, что происходит, которое работает для объяснения некоторых явлений. Существуют некоторые разногласия по поводу этой модели, поэтому может помочь отдельное объяснение с использованием другой теории. Проблема в том, что объяснение с перепадами давления здесь мало помогает, по крайней мере, я не знаю, как ответить на вопрос, не работая с Гельмгольцем/Прандтлем.
По сути, мы говорим о вихревых кольцах, которые создаются из-за того, что воздух движется в каком-то направлении куда-то, а не куда-то еще. Это не зависит от того, как вы его двигаете, и, по сути, воздуховод, крылышко или что-то подобное не могут этого изменить. Вы можете смотреть на сам вихрь как на вещь, которая на самом деле создает подъемную силу или тягу, поэтому вы хотите и нуждаетесь в этом вихре.
Тогда есть теоремы Гельмгольца . Быстрая цитата из этой статьи:
Первая теорема Гельмгольца:
Прочность вихревой нити постоянна по ее длине.
Вторая теорема Гельмгольца:
вихревая нить не может оканчиваться в жидкости; он должен простираться до границ жидкости или образовывать замкнутый путь.
В случае нормального крыла вихревое кольцо («замкнутый путь») состоит из одной стороны по длине крыла, двух сторон, тянущихся за законцовками крыла, и четвертой стороны, несколько потерянной или удаленной настолько, что может в основном быть проигнорировано. Три стороны, которые не расположены вдоль самого крыла, представляют собой проблему, именно к ним относится термин «индуцированное сопротивление». Поскольку на конце крыла нет поверхности, на которой мог бы закончиться вихрь, он должен продолжаться до бесконечности. И есть некоторое трение, связанное с созданием длинных быстро вращающихся вихрей, так что вы получаете сопротивление. (Любая помощь в объяснении этой части более красноречиво приветствуется)
Поскольку величина подъемной силы/тяги, которую вы хотите, задана, сила вихря также не может быть изменена. Однако можно изменить распределение/скорость/радиус. Если распределение подъемной силы эллиптическое (см.: Спитфайр), градиент подъемной силы поперек крыла минимален, поэтому на конце нет сильного и быстрого вихря, он создается постепенно по всему размаху крыла и индуктивное сопротивление минимально. Крылышки делают нечто подобное, заставляя вихрь двигаться вокруг крылышка.
В случае пропеллера внутренняя сторона вихря заканчивается на крыльчатке или валу, поэтому кольцо разрывается, и у вас остается только линейный вихрь, но он все еще бесконечно тянется в воздухе на концах лопастей. . Таким же образом можно посмотреть на крыло, если прервать кольцо у фюзеляжа.
В случае канального вентилятора у вас есть две границы жидкости, как внутри, так и снаружи, что, по-видимому, решает проблему. У вас может быть вихрь только вокруг лезвия и никаких вихрей, уходящих в бесконечность, создающих сопротивление. Проблема в том, что жидкость на самом деле не заканчивается в канале, потому что канал имеет конечную длину. Итак, вы получаете большой вихрь вокруг всего воздуховода. Воздух входит спереди и выходит сзади, и где-то этот воздух движется назад вперед, далеко от двигателя.
В случае канального вентилятора вихревое кольцо создается в месте, где движущийся воздух встречается с неподвижным воздухом в начале и конце канала. Вместо очень маленького вихря вокруг кончика крыла (и вдоль крыла, чтобы не путать теоремы Гельмгольца) вы получаете больший вихрь вокруг всего воздуховода.
Поэтому я бы не сказал, что воздуховод может устранить индуктивное сопротивление. Эффект принципиально сравним с устройством законцовки крыла: оно увеличивает внутренний радиус вихря и тем самым значительно снижает индуктивное сопротивление. Это намного эффективнее, чем устройство на законцовке крыла, но это должно быть так, потому что канальные вентиляторы обычно относительно малы, поэтому в противном случае сопротивление было бы огромным.
Вы абсолютно правы, пропеллер страдает от индуктивного сопротивления точно так же, как и крыло, и есть способы минимизировать это индуктивное сопротивление. Проще говоря, вы должны распределять тягу эллиптически по размаху лопасти винта и ускорять весь воздух, проходящий через диск винта, на равную величину. Это было впервые обнаружено А. Бетцем в 1919 году, а затем уточнено Лараби .
Однако добавление воздуховода не изменит основную причину возникновения индуктивного сопротивления . Мы уже обсуждали это здесь и здесь . Воздуховод помогает выравнивать и замедлять поток и используется в вентиляторных двигателях, поскольку они предпочитают работать в воздушном потоке со скоростью около 0,5 Маха . Но это не поможет уменьшить индуктивное сопротивление.
Фред Ларсон