덕트 팬

Ducted fan
벨 X-22

항공학에서 덕트 팬은 원통형 덕트 또는 장막 안에 장착된 추력 발생 기계 팬 또는 프로펠러입니다.다른 용어로는 덕트 프로펠러 또는 쉬라우드 [1]프로펠러가 있습니다.수직이착륙(VTOL) 용도로 사용되는 경우 쉬라우드 [2]로터라고도 합니다.

덕트 팬은 항공기, 비행선, 호버크래프트 및 동력 리프트 VTOL 항공기를 포함한 많은 유형의 차량에서 추진 또는 직접 리프트에 사용된다.많은 현대 여객기에 사용되는 하이바이패스 터보팬 엔진은 덕트 팬 설계의 매우 성공적이고 인기 있는 예입니다.

덕트는 자유 공기 중의 유사한 크기의 프로펠러에 비해 경우에 따라 최대 90%까지 스러스트 효율을 높입니다.덕트 팬은 소음이 적고 스러스트 벡터링의 좋은 기회를 제공합니다.에어플로 커버는 회전하는 블레이드에 실수로 접촉하는 것을 방지하고 외부 이물질이나 물체로부터 블레이드를 보호합니다.덕트의 단면을 바꿈으로써 설계자는 베르누이의 원리에 따라 기류의 속도와 압력에 유리하게 영향을 미칠 수 있습니다.

단점으로는 에어플로 커버 구조의 추가로 인한 중량 증가, 에어플로 커버 간극에 대한 블레이드 팁의 정밀도 필요, 자유 공기 프로펠러에 비해 더 나은 진동 제어 필요, 복잡한 덕트 설계 요건 등이 있습니다.마지막으로, 공격 각도가 높으면 쉬라우드가 정지하여 높은 드래그를 발생시킬 수 있습니다.

설계.

덕트 팬은 스러스트 또는 리프트를 제공하는 팬 또는 프로펠러, 팬을 둘러싼 덕트 또는 쉬라우드, 팬을 구동하는 엔진 또는 모터의 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.

선풍기

다른 팬, 프로펠러 또는 로터와 마찬가지로 덕트 팬은 날개의 개수로 특징지어집니다.라인 플루그조그바우(RFB) SG 85는 3개의 블레이드를 가지고 있었고 다우티 로톨 덕트 추진기는 [3][4]7개의 블레이드를 가지고 있었다.블레이드는 고정 피치 또는 가변 피치일 수 있습니다.

덕트

덕트 또는 에어플로 커버는 팬을 감싸는 공기역학적 링으로 블레이드 끝에 딱 맞습니다.비행 하중 시 왜곡되거나 회전할 때 블레이드에 닿지 않을 정도로 견고해야 합니다.덕트는 몇 가지 기능을 수행합니다.

기본적으로 블레이드 끝 주변을 흐르는 공기로 인해 발생하는 소용돌이를 줄입니다.이는 공기역학적 손실이나 항력을 줄여 팬의 전체적인 효율을 높입니다.이 때문에 팬은 추력 및 항공기 성능을 높이기 위해 사용하거나 동등한 자유 프로펠러보다 작게 만들 수 있습니다.

에너지 낭비 감소와 함께 [4]프로펠러에서 발생하는 소음 방출을 크게 줄여주는 음향 차폐 기능을 제공합니다.

지상 직원 등의 물체가 회전하는 블레이드에 부딪히지 않도록 보호하고, 그러한 충격 시 블레이드가 손상되지 않도록 보호하는 보호 장치 역할을 합니다.

팁의 소용돌이 감소는 팬 웨이크가 난류가 적다는 의미이기도 합니다.신중한 설계를 통해 엔진 냉각 시스템의 가열된 방전을 저진동 팬 웨이크에 주입하여 [4]추력을 높일 수 있습니다.

동력 플랜트

덕트 팬은 팬을 회전시킬 수 있는 모든 종류의 모터로 구동할 수 있습니다.예를 들어 피스톤, 로터리(Wankel), 터보샤프트 연소 엔진 및 전기 모터 등이 있습니다.

팬은 발전소 출력축에 직접 장착하거나 확장 구동축 및 기어를 통해 원격으로 구동할 수 있습니다.리모트 어레인지에서는, 복수의 팬이 1개의 동력 플랜트로 구동되는 경우가 있습니다.

덕트 추진기

전체적으로 단일 통합 장치로 설계된 어셈블리를 팬 포드 또는 덕트 추진기라고 [3][4]합니다.

포드 접근 방식의 장점은 각 구성 요소의 설계를 다른 구성 요소와 일치시킬 수 있어 성능을 극대화하고 무게를 최소화할 수 있다는 것입니다.또한 차량 및 시스템과의 통합을 위한 차량 설계자의 작업도 쉬워집니다.

제한 사항

  • 효율을 높이려면 블레이드 팁과 덕트 사이의 간격이 매우 작아야 합니다.
  • 낮은 회전 속도, 추력 수준 및 공기 속도에서는 효율상의 이점이 감소하거나 역전될 수 있습니다.
  • 프리 프로펠러 또는 로터에 비해 낮은 진동 레벨이 필요합니다.
  • 복잡한 덕트 설계와 고급 컴포지트로 구성해도 무게가 증가합니다.
  • 높은 각도의 공격에서는 덕트의 일부가 정지하여 공기역학적 [5]항력을 발생시킵니다.

적용들

비행선 또는 비행선의 덕트 팬

항공기 애플리케이션에서 팁 속도는 동등한 덕트 팬보다 낮은 속도로 방음벽에 접근하기 때문에 수축되지 않은 프로펠러의 작동 속도는 제한된다.대형 항공기에 사용되는 가장 일반적인 덕트 팬 배치는 터보 팬 엔진으로, 팬을 회전시키는 동력은 가스터빈에 의해 공급된다.거의 모든 민간 여객기에 높은 우회비 터보팬 엔진이 사용되는 반면, 군 전투기는 낮은 우회비 터보팬의 더 나은 고속 성능을 팬 직경이 더 작습니다.그러나 덕트 팬은 왕복 엔진, 방켈 엔진 또는 전기 모터와 같은 모든 축 동력원에 의해 구동될 수 있습니다.환타일 또는 상표명 파인스트론으로 알려진 덕트 팬의 일종도 헬리콥터의 꼬리 로터를 대체하기 위해 사용된다.

한 선원이 착륙선 공기 쿠션(LCAC) 호버크래프트의 덕트 프로펠러를 점검한다.

덕트 팬은 록히드 마틴 F-35 라이트닝 II와 같은 VTOL 항공기와 더 높은 추력 대 중량비로 호버크래프트와 같은 다른 저속 설계에서 선호된다.

경우에 따라서는 쉬라우드 로터가 오픈 로터보다 94% 더 효율적일 수 있습니다.성능 향상은 주로 외부 흐름이 덜 수축되어 더 많은 운동 [6]에너지를 전달하기 때문입니다.

모형 항공기 애호가들 사이에서 덕트 팬은 고성능 무선 조종 모형 항공기 제작자들에게 인기가 있다.덕트 팬 장치와 결합된 내연 예열 엔진은 규모 제트 항공기를 모델링하는 첫 번째 수단이었다.모델급 터보젯 엔진의 도입에도 불구하고, 전기 동력 덕트 팬은 더 작고 저렴한 모델 항공기에서 여전히 인기가 있습니다.일부 전동식 덕트 팬 비행기는 320km/h(200mph) 이상의 속도에 도달할 수 있습니다.

컴퓨터에서 사용되는 대부분의 팬에는 팬어셈블리에 내장된 덕트가 포함되어 있습니다.덕트는 팬을 다른 컴포넌트에 기계적으로 장착하기 위해서도 사용됩니다.

Martin Jetpack은 덕트 팬으로 움직이는 개인용 항공기입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 아니타 1세Abrego와 Robert W. Bulaga; "덕트 팬 시스템의 성능 연구", NASA, 2002.
  2. ^ Kotwani, Kailash; "덕트 팬 또는 쉬라우드 로터 공기역학 및 미니어처 VTOL 항공기의 적용" (2022년 3월 22일 퇴역).
  3. ^ a b Jane's All the World's Aircraft 1980-81, Jane's, 1980. 페이지 704.
  4. ^ a b c d Jane's All the World's Aircraft 1980-81, Jane's, 1980.725쪽
  5. ^ Jon Longbottom - 기계항공학, PDF 형식의 논문
  6. ^ 페레이라, 제이슨 L.에어플로 커버 로터의 호버링 및 풍동 테스트로 개선된 마이크로 에어 비클 설계 p147+p11.2008년 메릴랜드 대학교접속일 : 2015년 8월 28일