¿Podría un ventilador Dyson ampliarse para usarse como un motor de avión sin aspas?

Dyson ha estado fabricando ventiladores sin aspas durante algunos años que aceleran un flujo constante de aire sin aspas expuestas.ingrese la descripción de la imagen aquí

Si este concepto se aplicara a los motores de las aeronaves, podría reducir potencialmente el número de colisiones con aves, la complejidad del motor/recuento de piezas, el peligro para el personal de tierra, etc. Dicho esto, no se ha hecho (¿o sí?). ¿Cuáles son los principales obstáculos que impiden a los ingenieros escalar esta tecnología a aplicaciones de aviones grandes?

La teoría es usar un flujo de alta presión para generar un chorro de alta velocidad, y el chorro induciría un flujo de menor velocidad a un volumen mayor (el número x15 anterior). Dado que el propósito de un motor es generar empuje en lugar de aire en movimiento, el núcleo de esta pregunta se convierte en "¿esta conversión de alta velocidad a alto volumen genera sustentación" o "es una boquilla de anillo mejor que una boquilla circular convencional". Supongo que las respuestas a ambos son "No".
El Dyson es solo una bomba eyectora que utiliza un compresor centrífugo accionado eléctricamente para crear el chorro y está dispuesta de manera ingeniosa. Parecería ser una forma muy ineficiente de hacer empuje, con todas las pérdidas por fricción y demás, pero sería interesante ver si el Dyson usa más o menos potencia por cfm de aire movido que un ventilador de aspas regular (porque es el aire que se mueve que es el empuje). El marketing de Dyson intenta presentar sus inventos, como el diseño del vacío del separador de partículas, como innovadores, pero esas cosas se han utilizado en procesos industriales durante décadas.
Con humor, el flujo de aire turbulento generalmente se percibe como más refrescante para la piel humana que los flujos suaves o laminares también.
@JohnK, el separador ciclónico de Dyson es impresionante a su manera. Los separadores ciclónicos industriales suelen ser bastante delicados en cuanto a las condiciones de funcionamiento, mientras que Dyson fabricó uno lo suficientemente robusto como para funcionar en una aspiradora doméstica.
En teoría, sí, pero te costaría £ 300 millones y solo los hipsters podrían volar en él.
@RomaH no es una impresión. La turbulencia aumenta la mezcla y, por lo tanto, el transporte de calor lejos de la superficie.
Si no lo sabe, el ventilador Dyson es esencialmente el diseño del flujo de aire de un motor a reacción, con el ventilador reposicionado con conductos en lugar de tener la turbina del ventilador en línea. Se podría argumentar que el desarrollo de lo que ha sugerido daría como resultado el diseño típico que ya se ha visto.
¿Alguna vez ha usado un ventilador Dyson y lo ha comparado con un ventilador convencional decente (en el mismo rango de precios)? Dyson es un truco que antepone la apariencia inusual a la función. Todavía hay entrada de ventilador, simplemente está colocada donde no la estás buscando. La seguridad es aún peor, porque en lugar de un ventilador grande de baja velocidad, hay uno pequeño de alta velocidad que succiona más violentamente. Los obstáculos son irrelevantes cuando la tecnología dada no ofrece beneficios ni resuelve ningún problema.
@Agent_L Su reclamo de seguridad está incompleto. El ventilador Dyson tiene un pequeño ventilador cerrado de alta velocidad: una mayor velocidad hace que las cosas sean más peligrosas, pero una mayor protección las hace más seguras (en general). Solo está considerando uno de los factores en competencia.
@DavidRicherby: Aparte de los ventiladores de techo, no he visto un ventilador que no estuviera cerrado de todos modos. Tienes razón en que está cerrado, pero son las aspas del ventilador "tradicionales". La única diferencia real es la velocidad a la que giran las cuchillas. Mayor velocidad = mayor estrés = mayor probabilidad de rotura (pero estoy de acuerdo en que la seguridad no es la palabra operativa aquí, sino la durabilidad ).
@JohnK No sé sobre la aerodinámica de Dyson, pero el diseño de sus pequeños motores de reluctancia y motores sin escobillas es bastante revolucionario para los productos de consumo.
@DavidRicherby Todos los ventiladores de escritorio están encerrados en una malla de alambre. El ventilador convencional succiona a baja presión a través de una gran área de malla, a través de muchas aberturas, Dyson succiona a alta presión a través de una pequeña área de malla, a través de pocas aberturas. Creo que mi reclamo está completo. Comparo los ventiladores Dyson con ventiladores de escritorio, no con motores de aviones turboventiladores.
@Agent_L La entrada es más pequeña y está en una posición oculta, lo que hace que sea más difícil clavar cosas en ella que a través de la malla ampliamente espaciada de un ventilador de escritorio convencional.
@DavidRicherby Sí, más pequeño y en una posición oculta, esos son exactamente los principales problemas. Una entrada es segura en el aire, cuando no hay ningún objeto, e insegura cuando está cerca de la superficie del escritorio donde se almacenan cosas pequeñas y se acumula polvo. En segundo lugar, cuanto más pequeña sea la entrada para un flujo de aire dado, más fuerte aspirará aire y es más probable que recoja e ingiera objetos extraños. Si se pregunta acerca de las personas que meten cosas deliberadamente en el ventilador, entonces, de hecho, Dyson tiene una ventaja psicológica porque el gran bucle principal desvía la atención de la entrada real. No técnico.
Después de haber tenido la desgracia de pasar 10 días (24 horas al día) en un edificio donde el único aire acondicionado eran los llamados "ventiladores" de Dyson, a excepción de una bestia solitaria sin marca hecha en China con aspas giratorias de metal (10 veces menos costosa , 10 veces más efectivo), sin rodeos, no sirven para nada, a menos que los considere esculturas modernas. Mi impresión personal de que el sector de mercado objetivo de Dyson es "personas con más dinero que sentido común que quieren apoyar a la ingeniería británica pero que no saben nada sobre ingeniería*" se reforzó fuertemente: son completamente inútiles para mover aire.
Aparentemente, alguien fundó una empresa para probar esta hipótesis. jetoptera.com/investigación-y-desarrollo

Respuestas (3)

No. No es un motor de propulsión útil.

El primer problema es el poder. La corriente de aire de los ventiladores de Dyson es más débil que la que puede obtener de un ventilador convencional del mismo tamaño, y los motores a reacción necesitan una corriente muy potente. Notarás que también son bastante pesados; Dyson AM-06 tiene una relación empuje-peso de solo 0,06, 100 veces menos que un motor a reacción.

La segunda razón es que son muy ineficientes a altas velocidades. Los ventiladores de Dyson usan el efecto Venturi, que también se usa en los toboganes de evacuación de aviones, para convertir una corriente estrecha de aire rápido en una corriente ancha de aire lento. Esto sucede a través de la fricción simplemente empujando el aire lento junto con la corriente rápida.

Los motores de los aviones actuales hacen lo mismo, pero mejor. Allí, el aire de alta energía hace girar una turbina, que luego hace girar un ventilador. La eficiencia de conversión de este proceso es 3x-5x mejor y produce una velocidad uniforme, algo importante cuando se está cerca de la velocidad del sonido. El enfoque del ventilador también da como resultado un motor más pequeño y liviano.

Los motores a reacción que imitan a los ventiladores de Dyson necesitarían núcleos y entradas de núcleo al menos del mismo tamaño que los actuales. La razón por la que Dyson elige proteger su entrada con una rejilla y Rolls-Royce o GE no lo hacen es que los ventiladores Dyson producen del orden de 50 W de potencia, motores a reacción de más de 50 MW. A nadie le importan unos pocos vatios, a ellos les importan unos pocos megavatios, lo que se traduce en un par de buques cisterna llenos de petróleo durante la vida útil de un avión.

Si lo desea, también puede proteger la entrada de un avión con una rejilla: vea F-15SE, Su-57 (PAK-FA) con bloqueadores de radar, las tomas superiores de "pista de tierra" de Mig-29. Esto no tiene nada que ver con usar un eyector o no. El diseño de Dyson elimina el ventilador lento, pero a costa de mucho peso y eficiencia, y el daño central es el peor escenario en los choques con aves.

La tercera razón es que los ventiladores de Dyson no escalarían. Para volar a Mach 0,8, la corriente eyectora tendría que ser altamente supersónica, lo cual es un problema en sí mismo. Para usarlos para flotar, donde son razonablemente eficientes, enfrentaría el problema del efecto Venturi que se desvanece con la distancia, lo que requiere una rejilla completa de eyectores, no un simple anillo. Las palas de los helicópteros hacen mejor lo mismo, a la vez que son mucho más livianas y fáciles de plegar.

¡+1 para una respuesta muy bien hecha y completa!
Recuerdo haber leído sobre alguien que usó esta técnica para hacer un platillo volador. La maniobrabilidad fue impresionante, pero como usted nota, la eficiencia fue abismal.
Entonces, en general, un "motor Dyson" pesaría mucho más y sería un medio de empuje mucho más ineficiente. Ambas son buenas razones para NO hacer uno. Si solo "lucir totalmente increíble" fuera un parámetro de diseño más significativo: D Gracias por la información @Therac
Encontré algunos datos sobre un ventilador Dyson frente a ventiladores normales para CFM por vatio, y el Dyson es considerablemente más eficiente que un ventilador normal, pero esto es a velocidades de ventilador suaves. La ventaja de la eficiencia disminuye a medida que aumenta la velocidad. Esto sugiere que un dispositivo de "propulsor eyector anular" que podría mover suficiente aire para ser útil para impulsar un avión sería mucho menos eficiente que impulsar el aire directamente. Supongo que el empuje estático de un dispositivo de este tipo no sería tan malo, pero disminuiría mucho a medida que aumenta la velocidad, más o menos lo contrario de un avión normal.
Esta revisión muestra que el ventilador Dyson alcanza un máximo de 120 CFM por vatio. Sería interesante ver las mismas cifras para un motor a reacción. ¿Puedes convertir libras de empuje a CFM o cómo funciona eso?
@JollyJoker Puedes multiplicar el volumen por la velocidad por la densidad. El ajuste 10 de Dyson da como resultado 1,83 N de empuje para 19 W, o ~96 N/kW. Pero este empuje solo se puede utilizar cuando está por debajo de 2,78 m/s (velocidad de flujo). N/kW generalmente escala inversamente con la velocidad, y escalarlo a 278 m/s daría 0,1 N/kW. Un TSFC=0,6 a 278 m/s, un motor a reacción con una eficiencia térmica del 46 % equivale a 3,1 N/kW.
@JollyJoker Otro punto de comparación podrían ser los helicópteros. El de Bothezat debía entregar al menos 120 N/kW, más que el ventilador de Dyson. Todo lo nuevo está más cerca de los 80 N/kW, pero a velocidades de empuje mucho más altas, incluso los juguetes empiezan a los 6 m/s. Entonces, con empuje estático, el ventilador de Dyson no es mejor que los helicópteros; solo resulta eficiente en comparación con los ventiladores de escritorio baratos.

En realidad, el principio explotado por el ventilador Dyson se usa en algunas turbinas de gas, pero no del modo que esperaba su pregunta.

Vea aquí la sección sobre “boquillas eyectoras”.

Aquí hay una foto del motor J58. Cuando las puertas terciarias están abiertas, el aire entra a través de ellas, agregando flujo másico al motor. En teoría, el flujo másico adicional proporciona un empuje adicional. Pero, el flujo de aire adicional fue arrastrado por el flujo de aire del núcleo, por lo que en realidad la conservación de la energía probablemente signifique que no se produce un empuje adicional, porque tiene un flujo másico más alto, pero parte de la velocidad del flujo del núcleo se ha transferido al terciario. caudal, por lo que la velocidad media será menor.

(@John K casi llegó allí cuando mencionó "propulsor eyector anular".)

El concepto que subyace en el ventilador Dyson puede considerarse similar al denominado: 'Trompe' (Ver Wikipedia), donde un chorro de agua arrastra un flujo de aire. Puede consultar en ESPACENET las Patentes FR935340: 'Potenciador de flujo para jets y compresores'; US2946540: 'Aeronave propulsada por chorro'; CA611861, para un 'Flying Disc', todos de Henri Coanda, y US2918233: 'Aerodyne', de Alexander Lippisch, todos en la misma línea, por lo que consideraría como mejor opción aceptar o rechazar el ventilador Dyson como alternativa a hélices, ventiladores con conductos o turboventiladores, realizando algunos experimentos, con el diseño adaptado a la propulsión, sin enfriar ni mover el aire, los datos del ventilador Dyson proporcionados en un enlace en respuesta por JollyJoker son prometedores. ¿No?

El concepto en el ventilador de Dyson estaba en algunos diseños de aeronaves, el Avro Canada Flying Disc nunca voló por el aire y era incontrolable, pero el disco P Moeller m200x -

- voló con múltiples fanáticos y se transpuso a un juguete llamado: 'Magic UFO', una variante de dron.
Ver patentes: US3065935, J Dubbury; GB383408, CE Johnson; US3022963, JCM Frost, mostrando el concepto en ventilador Dyson considerado en Aircraft, los cálculos y experimentos tienen la última palabra, pero si un arreglo mueve más aire, significa más masa, a similar velocidad, significa más empuje, y esto se hace con menos potencia Hombres, tienen una idea que vale la pena probar a escala de avión. saludo +

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