¿Cuál es el mayor empuje posible generado por un ventilador canalizado de 15 cm?

Un ventilador de 15 cm de diámetro podría levantar 4 kg de masa con una velocidad máxima de 0,6 M.

Al aumentar la potencia y la longitud de la cuerda de las palas (en otras palabras, aumentar la solidez del rotor), esto puede incrementarse a quizás 6 kg o más, pero un solo ventilador probablemente nunca levantaría más de 10 kg de masa.

El empuje de un rotor es$C_T \cdot \rho \cdot \text{Area} \cdot \text{tip speed}^2$.

• $\rho$= densidad del aire ($1.225~\mathrm{kg~m^{-3}}$al nivel del mar).
• $\text{Area}$= área del disco del rotor ($\mathrm{m^2}$)
• $\text{tip speed}$= la velocidad lineal en la punta del rotor = velocidad radial * radio.
• $C_T$= coeficiente de empuje. (normalmente es del orden de 0,02 a 0,05 para rotores pequeños)

Asumiendo$C_T$de$0.03$, el cálculo muestra$40~\mathrm{N}$($=4~\mathrm{kg}$) empuje.

El área del disco es uno de los parámetros más importantes, incluso un disco de 30 cm generaría 4 veces el empuje. 60 cm harían casi 65 kg.

Aparentemente, un disco de 50 cm de diámetro puede generar un empuje de 45 kg por sí solo. Así que dos de ellos podrían llevar e incluso levantar a una persona equipada con esta mochila (la persona + el sistema deben pesar menos de 90 kg).

Cálculo del empuje

Un diseño requería dieciséis hélices de 20 pulgadas (~50 cm) para levantar a una persona.

Estos no tenían conductos, pero dudo que cualquier ventilador con conductos de 15 cm produzca más empuje que ocho hélices de 50 cm.

Consulte Transporte humano autónomo para obtener detalles sobre cómo el diseñador calculó el empuje.

Usó Empuje (libras) = ​​R ² D ⁴ T _c donde T _c es una constante medida empíricamente para la cual tenía un valor de 2.7734 x 10 ^-12 . R es RPM, D es diámetro (pulgadas).

Me imagino que las RPM máximas pueden estar limitadas por la necesidad de mantener las puntas de los ventiladores subsónicas (por ejemplo, < M0.5).

Tenga en cuenta que el empuje se muestra en función de la cuarta potencia del diámetro, por lo que dieciséis hélices de 50 cm producirán aproximadamente 1000 veces el empuje de dos hélices de 15 cm del mismo diseño a las mismas RPM.

Canalizado vs Libre

Parece que debe tener cuidado al comparar ventiladores con conductos con hélices. El uso de RPM más altas para compensar los diámetros más pequeños da como resultado una eficiencia más baja (se necesitan motores más grandes).

Los ventiladores canalizados de diámetro pequeño y alta carga de disco a menudo se conciben para permitir el uso de un motor de altas revoluciones que funciona con una hélice de transmisión directa. Si bien estos ventiladores altamente cargados (si están diseñados correctamente) serán más eficientes que una hélice libre del mismo diámetro, por lo general no igualarán la eficiencia de una hélice libre más grande (con una carga de disco mucho menor)

De Duct Myths, Duct Physics

Mochila con doble ventilador

El Martin Jetpack de $150 000 usa dos ventiladores con conductos alimentados por un motor de dos tiempos de 2 litros de 200 hp (¿~150 000 vatios?). El diámetro del ventilador parece mucho más grande que tus 15 cm. El ancho de la máquina se da en más de 2 metros, por lo que estimaría que el diámetro del ventilador es cercano a los 80 cm.

El sitio web de la compañía no dice cómo calcularon el empuje. Por el uso de ventiladores de mayor diámetro, supongo que hay razones por las que los ventiladores de 15 cm no son adecuados.

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Un Apache AH-64 tiene un rotor que tiene aproximadamente 100 veces el diámetro, por lo que el área de barrido es 10000 veces más grande. Puede levantar alrededor de 10000 kg, lo que significa que su ventilador canalizado levantaría alrededor de 1 kg. Necesitarías 2 ventiladores de aproximadamente un metro de diámetro.

Aquí están los datos técnicos para EDF de 15 cm existentes de Schübeler Technologies GmbH https://www.schuebeler-jets.de/en/products/hst-en Datos técnicos DS-130-DIA HST® con DSM 7857-470:

Diámetro de la cubierta interior: 152 mm Área de barrido del ventilador: 130 cm² Peso incl. motor, cables, conectores y Secure Fan Fix: 1750 g Rango de empuje estático: 135 – 175 N Rango de empuje: 92 – 105 m/s Rango de velocidad de escape: 17.500 – 20.000 rpm Potencia de entrada: 8,0 – 12,0 kW Batería permitida : 12 – 14S 14000 mAh Eficiencia general: 76 – 74 %

Saludos azul

Empuje (en libras) = ​​9,35 (caballos de fuerza x diámetro del ventilador canalizado en pies) 2/3 [potencia de 2/3]

Esta es la fórmula que recuerdo del libro.

Suponiendo que diseñe su ventilador para un alto empuje estático:

para que un diámetro de 6 pulgadas produzca, digamos, 300 libras de empuje (hombre levantando y máquina de 100 libras), necesitará un motor de 360 ​​hp.