Propulsione e spinta

1. Fabbricazione del sistema di prova di spinta statica (vedi schemi e fotografia, Fig. 2)

1. Formare due boccole cilindriche su un tornio con diametro esterno 42,16 mm, lunghezza ~ 10 mm e foro attraverso l'asse centrale di 9,50 mm.
2. Premere un cuscinetto a sfere flangiato nel foro su ciascuna boccola. Inserire le boccole a filo nelle due porte parallele del tee fitting a 4 vie, con i cuscinetti all'esterno. Le boccole dovrebbero adattarsi perfettamente al tee fitting. (Vedere lo schema dell'assieme pivot in Fig. 2b.
3. Tagliare due lunghezze lunghe 100 mm dell'estrusione ad angolo retto dell'alluminio. Praticare un foro di 3,2 mm nel mezzo del lato più lungo delle estrusioni, ~ 45 mm dalla base. Praticare due fori di montaggio vicino alle estremità dei lati più corti dell'estrusione.\
4. Inserire l'albero attraverso i due cuscinetti nel raccordo a T a 4 vie. Anche le lunghezze dovrebbero essere esposte su ciascuna estremità. Far scorrere gli estrusi ad angolo retto sulle estremità dell'albero esposte. Avvitare l'estrusione ad angolo retto sul piano di lavoro attraverso i fori di montaggio. Installare i collari dell'albero sulle estremità esposte dell'albero per mantenere l'assieme centrato tra le staffe ad angolo retto.
5. Taglio di lunghezze corte (~ 18 mm) e lunghe (~ 36 cm) di tubi in PVC di diametro esterno 42,16 mm. Inserire la lunghezza corta nella porta orizzontale sul raccordo a T a 4 vie e la lunghezza lunga nella porta verticale. Inserire un cappuccio di tubo all'estremità della lunghezza orizzontale.
6. Posizionare una bilancia digitale di precisione (±0,1 o ±0,01 g consigliati) sotto il cappuccio orizzontale del braccio del tubo.
7. Montare i motori dell'elica e la ventola sui tappi dei tubi. Le eliche devono essere sfalsate in modo che i tappi non blocchino il flusso d'aria. Si raccomanda che i motori dell'elica siano incollati alle teste di viti sottili installate sui tappi dei tubi (Fig. 2c).

2. Esecuzione di esperimenti

1. Montare l'elica più piccola e il tappo del tubo del motore sul braccio verticale del tubo.
2. Registrare le distanze (bracci momentanei) dall'asse del perno all'asse del motore dell'elica (L_prop) e dall'asse del perno al punto di contatto del braccio orizzontale sulla scala.
3. Collegare il motore dell'elica a un alimentatore CC a tensione variabile (spento).
4. Accendi la bilancia e tara (zero) la lettura.
5. Accendere l'alimentatore e variare la tensione in incrementi di ~ 0,4 V fino a 3,8 V. Per ogni caso, registrare la tensione, la corrente fornita, la lettura della scala (in grammi) e l'intervallo di scala durante il funzionamento costante (in genere oscilla di ~ 0,3 - 5,0 g). Potrebbe essere necessario toccare la pala dell'elica per iniziare a girare. Assicurarsi che il flusso d'aria sia nella giusta direzione (fluendo verso la parte posteriore del motore). In caso contrario, invertire i cavi positivi e negativi sull'alimentatore.
6. Se disponibile, utilizzare un anemometro termico per misurare la velocità dell'aria appena dietro (a valle) l'elica in alcune condizioni. La velocità varia sull'area della faccia dell'elica, quindi questa è solo una misurazione dell'ordine di grandezza.
7. Ripetere i passaggi 2.1 - 2.6 per l'altro motore ed elica e la ventola di raffreddamento del PC. La ventola può funzionare fino a 12 V.

3. Analisi

1. Utilizzando Eqn. 4, calcolare le spinte dell'elica e della ventola (T) per ogni caso misurato. La principale fonte di incertezza è la variazione/oscillazione nella lettura della scala durante il funzionamento. Sostituire questo intervallo (Passo 2.5) con m in Eqn. 4 per determinare l'incertezza di spinta.
2. Per ogni caso, calcolare la potenza in ingresso . L'incertezza può essere stimata come , dove ΔI e ΔV sono le incertezze di misura di corrente e tensione (0,005 A e 0,005 V qui).
3. Per ogni caso calcolare l'efficienza di spinta . L'incertezza per l'efficienza di spinta sarebbe .
4. Confrontare le spinte misurate con i valori teorici stimati utilizzando le velocità dell'anemometro (Eqn. 3). Qui l'area di uscita può essere stimata come l'area di fronte dell'elica / ventola, meno l'area del mozzo o del motore: . Come si confrontano questi con i valori misurati?