В аэронавтике канальный вентилятор — это механический вентилятор или пропеллер, создающий тягу и установленный в цилиндрическом канале или кожухе. Другие термины включают канальный пропеллер или кожухированный пропеллер . [1] При использовании в вертикальных взлетно-посадочных приложениях ( VTOL ) он также известен как кожухированный ротор . [2]
Канальные вентиляторы используются для движения или прямого подъема во многих типах транспортных средств, включая самолеты , дирижабли , суда на воздушной подушке и самолеты вертикального взлета и посадки с силовым подъемом . Турбореактивные двухконтурные двигатели, используемые на многих современных авиалайнерах, являются примером очень успешного и популярного использования конструкции канального вентилятора.
Воздуховод увеличивает эффективность тяги до 90% в большинстве случаев по сравнению с винтом аналогичного размера в свободном воздухе. Воздуховодные вентиляторы тише и предлагают хорошие возможности для управления вектором тяги. Кожух обеспечивает хорошую защиту наземного персонала от случайного контакта с вращающимися лопастями, а также защищает сами лопасти от внешнего мусора или предметов. Изменяя поперечное сечение воздуховода, конструктор может выгодно влиять на скорость и давление воздушного потока в соответствии с принципом Бернулли .
Недостатки включают в себя увеличенный вес из-за дополнительной структуры кожуха, необходимость точности допусков зазора между кончиком лопасти и кожухом, необходимость лучшего контроля вибрации по сравнению с винтами свободного воздуха и сложные требования к конструкции воздуховода. Наконец, при больших углах атаки кожух может сваливаться и создавать высокое сопротивление.
Канальный вентилятор состоит из трех основных компонентов: вентилятор или пропеллер, который обеспечивает тягу или подъемную силу, воздуховод или кожух, который окружает вентилятор, и двигатель или мотор, который приводит вентилятор в действие.
Как и любой другой вентилятор, пропеллер или ротор, канальный вентилятор характеризуется количеством лопастей. У Rhein Flugzeugbau (RFB) SG 85 было три лопасти, а у Dowty Rotol Ducted Propulsor — семь. [3] [4] Лопасти могут быть фиксированного или переменного шага.
Воздуховод или кожух представляет собой аэродинамическое кольцо, которое окружает вентилятор и плотно прилегает к концам лопастей. Он должен быть достаточно жестким, чтобы не деформироваться под полетными нагрузками и не касаться лопастей при их вращении. Воздуховод выполняет несколько функций:
В основном он уменьшает вихри, создаваемые потоком воздуха вокруг концов лопастей. Это уменьшает аэродинамические потери или сопротивление, тем самым увеличивая общую эффективность вентилятора. Благодаря этому вентилятор может либо использоваться для обеспечения повышенной тяги и производительности самолета, либо может быть сделан меньше, чем эквивалентный свободный пропеллер.
Он обеспечивает акустическую защиту, которая в сочетании с уменьшением потерь энергии значительно снижает уровень шума от винта. [4]
Он действует как защитное устройство, защищая объекты, например, наземный персонал, от удара вращающимися лопастями, а также защищая сами лопасти от повреждений во время такого удара.
Уменьшенные концевые вихри также означают, что след вентилятора менее турбулентный. При тщательном проектировании нагретый выброс из системы охлаждения двигателя может быть введен в след вентилятора с низкой турбулентностью для увеличения тяги. [4]
Канальный вентилятор может приводиться в действие любым типом двигателя, способным вращать вентилятор. Примерами служат поршневые, роторные (Ванкеля) и турбовальные двигатели внутреннего сгорания, а также электродвигатели.
Вентилятор может быть установлен непосредственно на выходном валу силовой установки или приводиться в действие дистанционно через удлиненный приводной вал и зубчатую передачу. В дистанционном исполнении несколько вентиляторов могут приводиться в действие одной силовой установкой.
Сборка, полностью спроектированная как единый интегрированный блок, называется вентиляторным блоком или канальным движителем. [3] [4]
Преимущество подхода pod заключается в том, что конструкция каждого компонента может быть согласована с другими, что помогает максимизировать производительность и минимизировать вес. Это также облегчает задачу конструктора транспортного средства по интеграции с транспортным средством и его системами.
В самолетах рабочая скорость открытого пропеллера ограничена, поскольку скорости концов лопастей приближаются к звуковому барьеру на более низких скоростях, чем у эквивалентного канального вентилятора. Наиболее распространенной схемой канального вентилятора, используемой в полноразмерных самолетах, является турбовентиляторный двигатель, в котором мощность для вращения вентилятора обеспечивается газовой турбиной . Турбореактивные двухконтурные двигатели используются почти на всех гражданских авиалайнерах , в то время как военные истребители обычно используют лучшие высокоскоростные характеристики турбовентиляторного двигателя с низкой степенью двухконтурности и меньшим диаметром вентилятора. Однако канальный вентилятор может работать от любого источника мощности на валу, такого как поршневой двигатель , двигатель Ванкеля или электродвигатель . Разновидность канального вентилятора, известная как вентиляторный хвост или под торговой маркой Fenestron , также используется для замены хвостовых винтов на вертолетах .
_stationed_at_Little_Creek_Amphibious_Base,_Va.,_checks_the_propeller_of_a_Landing_Craft_Air_Cushion_(LCAC).jpg/1280px-thumbnail.jpg)
Канальные вентиляторы предпочитают использовать в самолетах вертикального взлета и посадки , таких как Lockheed Martin F-35 Lightning II , а также в других низкоскоростных конструкциях, таких как суда на воздушной подушке, из-за их более высокого отношения тяги к весу.
В некоторых случаях ротор с кожухом может быть на 94% эффективнее открытого ротора. Улучшение производительности в основном обусловлено тем, что выходящий поток менее сжат и, таким образом, несет больше кинетической энергии. [6]
Среди любителей авиамоделизма канальный вентилятор популярен среди создателей высокопроизводительных радиоуправляемых моделей самолетов . Двигатели со свечами накаливания в сочетании с блоками канального вентилятора были первыми достижимыми средствами моделирования масштабного реактивного самолета. Несмотря на внедрение турбореактивных двигателей модельного масштаба, электрические канальные вентиляторы остаются популярными на меньших, недорогих моделях самолетов. Некоторые электрические самолеты с канальным вентилятором могут развивать скорость более 320 км/ч (200 миль в час).
Большинство охлаждающих вентиляторов, используемых в компьютерах, содержат воздуховод, встроенный в узел вентилятора; воздуховод также используется для механического крепления вентилятора к другим компонентам.
.jpg/1280px-Martin_Jetpack_Unveiling,_Liftoff!_(2714934801).jpg)