Введение

Вентилятор в канале – это механический вентилятор или винт, создающий тягу, установленный внутри цилиндрического канала или кожуха. Другие термины включают в себя пропеллер в обтекателе или обтекаемый пропеллер. При использовании в системах вертикального взлёта и посадки (VTOL) он также известен как ротор в обтекателе. Вентиляторы в каналах используются для создания тяги или непосредственного подъёма во многих типах транспортных средств, включая самолёты, дирижабли, аэроглиссеры и самолёты VTOL с двигательной подъёмной силой. Высокопоточные турбовентиляторные двигатели, применяемые во многих современных авиалайнерах, являются примером очень успешного и распространённого применения конструкции вентилятора в канале. В большинстве случаев канал повышает эффективность тяги до 90% по сравнению с пропеллером аналогичного размера в открытом воздухе. Вентиляторы в каналах работают тише и предоставляют хорошие возможности для управления вектором тяги. Кожух обеспечивает надёжную защиту наземного персонала от случайного контакта с вращающимися лопастями, а также защищает сами лопасти от внешних предметов и мусора. Изменяя поперечное сечение канала, конструктор может эффективно влиять на скорость и давление воздушного потока в соответствии с принципом Бернулли. К недостаткам относятся увеличение веса из-за дополнительной конструкции кожуха, необходимость высокой точности зазоров между кончиками лопастей и обшивкой, повышенные требования к контролю вибрации по сравнению с пропеллерами в открытом воздухе и сложные требования к конструкции канала. Наконец, при больших углах атаки кожух может сваливаться в поток и создавать высокое сопротивление.

Дизайн

Вентилятор в кольце имеет три основных компонента: вентилятор или пропеллер, создающий тягу или подъемную силу, кольцевой воздуховод или обтекатель, окружающий вентилятор, и двигатель или мотор, приводящий вентилятор в движение.

Вентилятор

Как и любой другой вентилятор, пропеллер или ротор, воздухозаборный винт характеризуется числом лопастей. Rhein Flugzeugbau (RFB) SG 85 имел три лопасти, а Dowty Rotol Ducted Propulsor – семь. Лопасти могут быть фиксированного или изменяемого шага.

Дуб

Дукт или обтекатель — это аэродинамическое кольцо, которое окружает вентилятор и плотно прилегает к концам лопастей. Он должен быть достаточно жестким, чтобы не деформироваться под нагрузками в полете и не касаться лопастей во время вращения. Дукт выполняет несколько функций:

Главным образом, он уменьшает вихри, образующиеся при обтекании воздуха концами лопастей. Это снижает аэродинамические потери или сопротивление, тем самым повышая общую эффективность вентилятора. Благодаря этому вентилятор может быть использован для обеспечения большей тяги и улучшения характеристик самолета, либо быть меньше, чем эквивалентный открытый винт. Он обеспечивает звукоизоляцию, которая, в сочетании с уменьшением потерь энергии, значительно снижает уровень шума от винта.

Приложения

В авиации рабочая скорость незащищенного пропеллера ограничена, поскольку скорости на концах лопастей приближаются к звуковому барьеру на меньших скоростях, чем у эквивалентного вентилятора в кольце. Наиболее распространенной конструкцией вентилятора, используемой в полноразмерных самолетах, является турбовентиляторный двигатель, в котором газотурбина обеспечивает энергию для вращения вентилятора. Турбовентиляторные двигатели с высокой степенью двухконтурности используются почти во 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 вентилятор в кольце может приводиться в действие любым источником мощности на валу, таким как поршневой двигатель, двигатель Ванкеля или электродвигатель. Разновидность вентилятора в кольце, известная как фантейл или под торговой маркой Fenestron, также используется для замены хвостовых винтов на вертолетах. Вентиляторы в кольце предпочтительны в самолетах вертикального взлета и посадки (VTOL), таких как Lockheed Martin F-35 Lightning II, и в других низкоскоростных конструкциях, таких как аэроглиссеры, благодаря их более высокому отношению тяги к весу. В некоторых случаях закрытый ротор может быть на 94% эффективнее открытого. Улучшение производительности в основном связано с тем, что исходящий поток менее сжат и, следовательно, несет больше кинетической энергии. Среди моделистов-авиаконструкторов вентилятор в кольце популярен у создателей высокопроизводительных радиоуправляемых моделей самолетов. Двигатели с воспламенением от свечи в сочетании с вентиляторами в кольце были первым достижимым способом моделирования реактивного самолета в масштабе. Несмотря на появление турбореактивных двигателей для моделей, электроприводные вентиляторы в кольце остаются популярными на небольших и более доступных моделях самолетов. Некоторые электроприводные самолеты с вентилятором в кольце могут развивать скорость более 320 км/ч. Большинство вентиляторов охлаждения, используемых в компьютерах, имеют воздуховод, интегрированный в конструкцию вентилятора; воздуховод также используется для механического крепления вентилятора к другим компонентам.