¿Cómo se maximiza el empuje de un motor eléctrico?

Recientemente estuve buscando respuestas a esta pregunta en Internet, pero la jungla de hélices, ventiladores y motores eléctricos no me dio una respuesta. ¿Cómo tendría que diseñar un motor eléctrico para producir el mayor empuje posible en un área lo más pequeña posible, por lo que la relación empuje/área debería ser alta? Además, suponga que hay suficiente energía disponible. ¿Usaría hélice y, de ser así, cuántas palas? ¿Usaría un ventilador como el turboventilador de un motor a reacción?

Con la solución óptima, ¿qué empuje cree que podría producir una hélice/ventilador de 500 mm?

La relación de empuje a área es una cifra extraña: ¿por qué desea optimizar para eso? Si la energía no es un problema, uno probablemente haría una serie extremadamente larga de compresores cada vez más complejos para acelerar casi indefinidamente, por lo que tal vez también desee agregar algunas restricciones más a su pregunta (lo más probable: compresor/ventilador de una o dos etapas /hélice)
¿Por qué usar hélice? Use un compresor, por ejemplo, accionando las etapas del compresor usando un motor eléctrico, y dispare la corriente de alta presión.
@Simon Henn, sería de gran ayuda especificar la velocidad de vuelo objetivo. A menos que sea mayor que alrededor de 450 mph, encuentre una manera de colocar un accesorio allí. Las hélices o ventiladores multipala agotaron la batería mucho más rápido para una determinada cantidad de empuje. Los conductos son más eficientes que los puntales abiertos solo a velocidades más bajas, perdiendo eficiencia en comparación con velocidades más altas debido al arrastre.

Respuestas (1)

En general, si desea optimizar el área/diámetro (sin la complejidad y el peso de la opción de muchas/múltiples etapas mencionada en los comentarios a la pregunta), querrá usar un ventilador con conductos (más o menos similar al ventilador de un turboventilador). ). No solo evita pérdidas de punta debido al efecto de la placa final del conducto (si el espacio libre no es excesivo), sino que también puede hacer funcionar el ventilador a una velocidad arbitrariamente alta, incluso con puntas supersónicas, sin la producción extrema de arrastre y ruido de un ventilador. hélice abierta en tal régimen.

Observe el diseño de los motores EDF (Electric Ducted Fan) utilizados para simular jets en pequeños modelos de control por radio; algunos de estos pueden producir un empuje comparable al de los ventiladores impulsados ​​por motores incandescentes de metanol/nitrometano de alto rendimiento (cilindrada de 15-25 kW/L, con motores de 10 cc, 1,5 kW que impulsan ventiladores de 15 cm de diámetro), con una duración de vuelo de 10-20 minutos en un cargar con baterías lo suficientemente ligeras para volar bien. Escalar estos hasta 500 mm de diámetro generalmente requerirá acortar la cuerda de la hoja en relación con el diámetro, y deberá optimizar el paso para la combinación de velocidad de rotación y par disponible.

Ruido, sí, pero la resistencia de la ola seguirá estando allí si ejecutas supersónico. Todavía nunca es recomendable tener puntas supersónicas.
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