Antrieb und Schubkraft

Fluid Antriebssysteme werden sind allgegenwärtig in der mechanischen Konstruktion und jedes Mal, wenn eine relative Kraft zwischen einem mechanischen System und einer Flüssigkeit aufgetragen werden muss. Alle Luft und Wasser Handwerk beschäftigen Fluid Antriebssysteme Antrieb zwingt oder stößt für Beschleunigung und Lenkung durch die umgebenden Flüssigkeit zur Verfügung stellen. Ihre Verwendung ist jedoch nicht auf Fahrzeuge beschränkt. Stationäre Systeme wie HVAC Ausrüstung verwenden auch Antriebssysteme. Aber in diesen Fällen fahren sie Zirkulation der Flüssigkeit selbst. Dieses Video soll veranschaulichen, wie Schub durch offene Operation Fluid Antriebssysteme, eine Kategorie erzeugt wird, der Propeller und Fans enthält. Und zeigen, wie Schub und Schub Effizienz geschätzt und im Labor gemessen werden kann.

Der Schub von Öffnungsvorgang Fluid Antriebssysteme, wie Propeller Flugzeug oder Boot Requisiten, entsteht durch das umgebende Flüssigkeit auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Diese Systeme zeichnen in Flüssigkeit aus vorgelagerten großflächig und Auspuff es flussabwärts in einem schmalen Strahl. Mit einem flow Bereich ungefähr das gleiche wie der Bereich des Gesichtes Propeller. Mal sehen, wie Schub erzeugt wird, indem ein Steuerelement Volumen Ansatz. Beginnen mit dem Bau einer Steuervolumen entlang die Stromlinien rund um den Propeller erstreckt sich von der Ansaugbereich out Bereich fließen. Der Massenstrom in die Lautstärke bei der Aufnahme ist das Produkt der vorgelagerten Flüssigkeitsdichte, Ansaugbereich und der vorgelagerten Fluidgeschwindigkeit. Ebenso ist der Massenstrom aus die Lautstärke am Auspuff das Produkt aus der nachgelagerten Flüssigkeitsdichte, Bereich Abfluss und der nachgeschalteten Fluidgeschwindigkeit. Kein Massenstrom wird über die Stromlinie Grenze per definitionem auftreten. Im stetigen Betrieb muss die Masse in die Lautstärke konstant bleiben. Dann muss die Rate der Masse durch den Abfluss-Bereich von Erhaltung der Masse, die Rate der Masse durch den Ansaugbereich entsprechen. Nun da die Zufuhr und Abfluss Dichte ungefähr gleich sind, wird die Abfluss-Geschwindigkeit entspricht der Aufnahme Geschwindigkeit durch das Verhältnis der Aufnahme zu Bereich Abfluss skaliert. Da der Ansaugbereich viel größer als der Abfluss-Bereich ist, werden die Abfluss-Geschwindigkeit wesentlich höher als die Geschwindigkeit der Aufnahme. In ähnlicher Weise erfordert Impulserhaltung, dass jeder möglicher Unterschied bezüglich der Dynamik Flussraten von und in der Lautstärke als eine Kraft auf den Propeller, der Schub manifestiert. Da die Massenströme in die und aus ausgeglichen werden und die Abfluss-Geschwindigkeit viel höher als die Geschwindigkeit der Aufnahme ist, ist der Beitrag aus dem Aufnahme-Geschwindigkeit-Begriff vernachlässigbar. Ausbau des Massenstrom Rate Begriffs in dieses Ergebnis zeigt, dass der Schub durch den Abfluss Fläche und Geschwindigkeit gut angenähert ist. In jedem Antrieb ist System Stromversorgung über eine externe Quelle um den Schub zu erzeugen. Der Schub-Effizienz des Systems, hier durch den griechischen Buchstaben Eta bezeichnet ist definiert als das Verhältnis der Schub erzeugt, um die Eingangsleistung. Modell Flugzeug Propeller und PC-Fans werden zum Beispiel durch einen Elektromotor angetrieben. Wenn der Schub bekannt ist, wird durch die elektrische Eingangsleistung dividiert die Schub-Leistungsfähigkeit führen. In den folgenden Abschnitten werden wir den Schub und Schub Effizienz von einigen kleinen Antriebssystemen mit einer statischen Prüfstand messen. Und dann vergleichen Sie die gemessene Schub einer Schätzung anhand der Abfluss-Geschwindigkeit.

Montieren Sie der Prüfstand, wie im Text beschrieben, und setzen Sie ihn auf der Werkbank. Der Ständer hat einen starren “L” Abschnitt unterstützt durch einen Drehpunkt an der Verbindungsstelle. Positionieren Sie die Präzisionswaage unter dem Ende der kurzen horizontalen Arm. Drehmoment aus die digitale Waage auf dem kurzen Arm wird kein Drehmoment erzeugte Schub auf dem langen Arm ausgleichen. Und der Unterschied in den Längen verstärkt die Kraft gemessen, die Skala um genauere Messungen zu erzielen. Mit dem Prüfstand montiert den kleinste Propeller an den langen vertikalen Arm montieren und Ausrichten der Propeller-Achse, so dass es parallel mit dem kurzen Arm. Messung und Aufzeichnung der Prop-Durchmesser und der Nabendurchmesser. Jetzt messen und Aufzeichnen der Längen der beiden Arme Moment. Der lange Arm sollte von der Schwenkachse der Propeller-Achse gemessen werden. Und der kurze Arm von der Schwenkachse an die Kontaktstelle auf der Skala gemessen werden soll. Schließen Sie den Motor auf eine Variable Gleichstromversorgung und aktivieren Sie es um die Überprüfung der Richtung des Luftstroms, die weitergeleitet werden sollen, so dass es eine nach unten gerichtete Kraft auf die Waage. Schalten Sie die Stromversorgung, und korrigieren Sie ggf. die Richtung des Luftstroms durch die Umkehrung des elektrischen Anschluss. Wenn der Motor komplett still Tara der Skala ist. Schalten Sie die Stromversorgung und erhöhen Sie die Spannung von Null Volt, in Punkt vier Volt Schritten bis zu, aber nicht mehr als die maximale Versorgungsspannung Motoren. Für jeden Schritt im Spannung warten, bis der Motor zu stabilisieren und notieren Sie die Spannung, aktuellen, durchschnittlichen Maßstab Lesung und den Maßstabsbereich. Wenn eine thermische Anemometer verfügbar ist, Messen Sie die Luftgeschwindigkeit Abfluss für eine niedrige Eingangsspannung und hohe Eingangsspannung. Beachten Sie, dass die Abfluss-Geschwindigkeit mit Position variiert, so ist dies nur eine Größenordnung Messung. Wiederholen Sie diesen Vorgang für den größeren Motor und der PC-Lüfter. Nach Abschluss der Messungen sind Sie bereit, die Daten zu analysieren.

Schauen Sie sich die Daten für die kleinen Propeller. Außerdem gibt es für jede Versorgungsspannung Stromaufnahme und Maßstab Lesungen. Sie sollten auch ein paar Messungen von der Luftgeschwindigkeit Abfluss haben. Berechnungen Sie die folgenden für jeden Wert der Versorgungsspannung. Berechnen Sie den Schub aus der Skala-Lesung. Die Kraft auf der Skala ist die Lesung Mal der Erdbeschleunigung. Und der Schub ist diese Kraft durch das Verhältnis des Augenblicks vergrößert Arme früher gemessen. Berechnen Sie jetzt die Eingangsleistung des Motors, die einfach das Produkt von Spannung und Strom ist. Als Nächstes berechnen Sie die Schub-Leistungsfähigkeit indem man das Verhältnis zwischen den Schub und die Eingangsleistung. Wenn die Abfluss-Geschwindigkeit gemessen wurde können es Sie Vorhersagen, den Schub. Zuerst berechnen Sie die ungefähren Abfluss Fläche durch die Differenz zwischen den Prop und Hub. Dann kombinieren Sie dieses Ergebnis mit der gemessenen Geschwindigkeit einzuschätzen, den Schub der Schub Gleichung aus vor. Verbreiten Sie Ihre Messunsicherheiten, wie im Text dargestellt, um die Unsicherheit in Ihrer endgültigen Ergebnisse bestimmen. Wiederholen Sie diese Berechnungen für den großen Propeller und Lüfter.

Plotten den Schub als Funktion der Eingangsleistung für alle drei Geräte beginnen. Der PC-Lüfter erzeugt die höchste Schub der drei, und hat eine viel höhere maximale Eingangsleistung. Der kleine Propeller erzeugt etwas mehr Schub als das große bei jeder gegebenen Eingangsleistung, aber der große Lüfter ist in der Lage, bei Betrieb mit höheren Mächten. Vergleichen Sie nun die Schub-Effizienz in Abhängigkeit von der Eingangsleistung. Die Schub-Effizienz des großen Propellers bleibt ziemlich konstant, aber der Wirkungsgrad sinkt mit zunehmender Kraft für die anderen beiden Geräte. Wenn Sie keine Messungen der Abfluss-Luftgeschwindigkeit nahm vergleichen Sie die geschätzte Schüben basierend auf diesen, den Schub aus dem Prüfstand gemessen. Finden Sie gute Übereinstimmung zwischen der Vorhersage und Messung. Sondern durch die ungefähre Messung der Abfluss-Geschwindigkeit, diese Analyse nur auszulegen als qualitative.

Fluid Antriebssysteme sind in einer Vielzahl von mechanischen und natürlich vorkommenden Systeme allgegenwärtig. Mobilität ist entscheidend für viele Unterwasser-Kreaturen überleben, und eine Vielzahl von natürlichen Antriebssysteme sind dadurch entstanden. Jet Propulsion von Kopffüßern, Flossen auf Fisch und Flagellen auf Amöben sind nur einige Beispiele. Lernen, wie diese Systeme funktionieren ist wichtig für das Verständnis, wie diese Tiere leben und interagieren mit ihrer Umwelt. Windräder und Turbinen arbeiten nach den gleichen Prinzipien in diesem Video behandelt, aber in umgekehrter Reihenfolge angewendet. Anstelle von gespeicherte Energie, um Schub zu erzeugen, extrahieren diese Systeme Impuls und Energie aus der Luft. Die rotierende Welle der Windmühle kann ein mechanisches Verfahren fahren oder sonst an einen Generator zur Stromerzeugung angeschlossen werden.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Vortrieb und Schub beobachtet. Sie sollten nun die grundlegenden Prinzipien der Erzeugung Schub mit eine offene Operation Fluid Antriebssystem verstehen. Sie haben auch gelernt, zu kleinen Standschub Tests durchführen und die Schub-Leistungsfähigkeit zu bestimmen. Danke fürs Zuschauen.