Wie viel Schubkraftverlusst?

[pilot]

Hallo zusammen,

ich wollte mal die erfahrenden Bastler etwas zum Thema Impeller-Auslass fragen.
Im Moment überlege ich eine B737 (90er Impeller) zu bauen und sie soll dem Original ähneln, nun hat das originale Triebwerk eine Nozzle die am Turbinenende herausragt und ebenfalls am Flügel (Pylon) befestigt ist.
Nun kam mir die Idee diese Nozzle ebenfalls zu erstellen und anzubringen, allerdings wird sie ebenfalls hohl sein so dass die Luft frei durchströmen kann.

Ohne Nozzle:

Mit Nozzle

Nun würde ich gerne von euch wissen wollen, was ihr schätzt wie viel Prozent Leistung/Schub verloren geht, wenn ich mir so einen Kegel dazu baue? Es ist ja an sich nur der Optik wegen.

 

[Heinz234]

Mach den Kegel einfach kleiner und länger und befestige ihn hinter dem Motor. Dann liegt er ohnehin im „windschatten“ vom Motor und erzeugt keine (geringe) Verluste.

 

[WeMoTec]

Ich weiß jetzt nicht, welchen Impeller Du verwenden willst, aber mal grob zur ersten Annäherung:

Errechne die Ringfläche des Impellers (offene Fläche zwischen Außenkante Innenrohr und Innenkante Außenrohr), falls nicht bereits bekannt.

Die Auslaßfläche sollte nun ca. 90% dieser Ringfläche betragen.

Die Auslaßfläche setzt sich zusammen aus der offenen Ringfläche am Gondelnde und der Öffnung des Kegels.
Die Flächen müssen passen, das heißt, sie müssen in Addition 90% der Ringfläche aufweisen, nicht mehr, nicht weniger.

Darüber hinaus wirst Du auch ein paar Verluste haben, aber die sind dann vernachläßigbar...

Oliver

 

[Tinpusher]

Zur Ergänzung von Oliver’s Ausführungen: Ich habe in einer A-10 eine ähnliche Konstruktion verbaut, damit es mehr nach Turbofan aussieht. Einen spürbaren Unterschied zur Originaldüse konnte ich nicht feststellen.

FREEWING TWIN 80MM A-10 THUNDERBOLT II - SCALE THRUST TUBES

Replacement of the stock thrust tube to a more scale appearance. Added upthrust to help reduce down pitching with throttle applied.

cults3d.com

Frank

 

[pilot]

@Tinpusher : Danke Frank, es ist exakt dass was ich machen möchte! Gut zu hören das du fast keinen Unterschied merkst.

@WeMoTec : Oliver ich kann deine Erklärung leider nicht nachvollziehen. Blöderweise macht mein CAE Programm gerade Probleme aber ich habe auf die Schnelle zwei Zeichnungen gemacht vielleicht kannst du es daran erklären. Die Materialstärke wird ca. bei 2 mm liegen. Über die Motorisierung bin ich mir noch nicht sicher was ich nehmen werde. ALle Angaben beziehen sich auf den Innendurchmesser.

 

[WeMoTec]

In der A-A Skizze ist ein Fehler, aerodynamisch wirksam bezüglich der Ringfläche ist hier die Außenseite des Kegels, also wären das 64 mm.

Dann rechnen wir mal...

Ein 90er Impeller hat ca. (je nach Typ) ca. 50 qcm Ringfläche. Ziehen wir für eine leichte Düsenwirkung 10% ab (schnüren also auf 90% ein), dann brauchen wir eine Auslaßfläche von ca. 45 qcm (bei WeMoTec/Ejets/Stumax) geht auch etwas weniger).

(pi = ca. 3,14)

Die Ringfläche A-A ist (4,5 cm x 4,5 cm x 3,14) - (3,2 cm x 3,2 cm x 3,14) = 63,59 qcm - 32,15 qcm = 31,44qcm

Die Öffnungsfläche B-B hat eine Fläche von 1,7 cm x 1,7 cm x 3,14 = 9,07qcm

Gesamtaustrittsfläche demnach: 31,44 + 9,07 = 40,51 qcm

Das ist zu klein, es ist damit zu rechnen, daß die Strömung am Impeller abreißt. Ich schätze den Schubverlust mal auf 30-40%!

Irgendwoher brauchst Du also noch ein wenig Querschnitt, je nach Impeller, also 3-5 qcm zusätzlich.
Du könntest entweder den Kegel hinten auf 42 mm Ø aufweiten (unter Beibehaltung der 60/64 mm am Anfang),

oder

alternativ den Kegelauslaß wie dargestellt (34 mm Ø) lassen, und dafür den Kegel in Ebene A-A verkleinern von 64 mm Ø auf

59 mm Ø auf der Außenseite.

Ich würde ganz klar den zweiten Weg gehen. Dann ist die Strömung gesund, und die Schubverluste bewegen sich vielleicht im Bereich 10%, wie von Frank beschrieben.

Über die Motorisierung bin ich mir noch nicht sicher was ich nehmen werde.

Mir ging es nicht um die Motorisierung, sondern um den verwendeten Impeller. Denn jeder Impellertyp hat abhängig von seiner Auslegung eine spezifische Anforderung an die Austrittsfläche. Man kann also nicht pauschal sagen, 90er Impeller => Austrittsfläche X.
Der erste Schritt sollte also sein, den Impeller festzulegen und damit die benötigte Austrittsfläche zu definieren. Die Fläche ist eher nicht abhängig von der durchgesetzten Leistung.

Für WeMoTec/Ejets passt die obige Auslegung gut,

für Schübeler/Freewing/FMS würde ich eher mit einer 2-3 qcm größeren Düse arbeiten.

Oliver

 

[pilot]

Hallo,

danke Oliver für die Berechnung, jetzt weiß ich auch was du gemeint hast.
Kann ich sowas eigentlich auch auf einem Teststand in der Praxis ausprobieren? So das man den Impeller mit entsprechender Düse an einen Schlitten montiert und über eine Waage oder Kraftmessgerät die Schubkraft anzeigen lässt. Auch wenn es nur der statischer Schub ist, sollte es dennoch eine gescheite Aussagekraft liefern.

 

[WeMoTec]

Klar, kannst machen. :-)

Wobei Airliner ja ohnehin für den statischen Fall ausgelegt werden, sprich für den Start. In der Luft fliegt man die meisten airliner eh mit vielleicht 20-50% der Leistung.

Oliver