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Propulsion et la Poussée

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Systèmes de propulsion liquide sont omniprésents dans la conception mécanique et sont utilisées à tout moment une force relative doit être appliquée entre un liquide et un système mécanique. Toutes les embarcations d’eau et air emploient des systèmes de propulsion liquide pour fournir des forces de propulsion ou de coups nécessaires pour l’accélération et de direction à travers le liquide environnant. Leur utilisation n’est pas limitée aux véhicules bien. Systèmes fixes comme équipement de CVC également utilisent des systèmes de propulsion. Mais dans ces cas ils conduisent la circulation du fluide lui-même. Cette vidéo illustre comment Poussée est produite par les systèmes de propulsion liquide de fonctionnement ouvert, une catégorie qui inclut les hélices et les fans. Et de démontrer comment, Poussée et butée efficacité peut être estimée et mesurée en laboratoire.

La poussée des systèmes de propulsion fluide de fonctionnement ouvert, telles que les hélices de l’avion ou des accessoires de bateau, est produite en accélérant le fluide ambiant à une grande vitesse. Ces systèmes dans le liquide en tirer une grande surface en amont et en aval, il d’échappement dans un jet étroit. Avec un hors flux zone environ la même que la zone de la surface de l’hélice. Nous allons voir comment la Poussée est générée en adoptant une approche de volume de contrôle. Commencez par construire un volume de contrôle le long des lignes de flux autour de l’hélice, s’étendant de la zone d’apport à l’out flow zone. Le débit massique dans le volume de contrôle à l’entrée est le produit de la densité du fluide en amont, le domaine de la consommation et la vitesse du fluide en amont. De même, le débit-masse sur le volume de contrôle à l’échappement est le produit de la densité du fluide en aval, la zone de sortie et la vitesse du fluide en aval. Aucun débit massique se produira à travers la frontière simplifiée par définition. Au cours de l’opération stable, la masse à l’intérieur du volume de contrôle doit rester constante. Puis, par la conservation de la masse, le taux de masse sortant à travers la zone de sortie doit être égale le taux de masse entrant par le secteur des admissions. Maintenant, parce que les densités d’admission et de sortie sont approximativement égales, la vitesse de sortie sera égale à la vitesse d’absorption réduite par le rapport entre la prise de sortie de zone. Le secteur des admissions étant beaucoup plus grande que la zone de sortie, la vitesse d’écoulement sera beaucoup plus élevée que la vitesse d’absorption. De manière similaire, conservation du moment exige que toute différence dans les débits de momentum sur et dans le volume de contrôle se manifeste par une force sur l’hélice, la Poussée. Puisque les débits massiques et de sortie sont équilibrées et la vitesse d’écoulement est beaucoup plus élevée que la vitesse de l’apport, la contribution de la notion de vitesse d’admission est négligeable. Élargir la notion de taux de débit massique dans ce résultat montre que la Poussée est bien approximée par la zone de sortie et la vitesse. En propulsion système est alimenté par une source externe pour générer la Poussée. L’efficacité de la poussée du système, désigné ici par la lettre grecque êta, est définie comme le rapport entre la poussée à la puissance d’entrée. Par exemple, les hélices d’avion modèle et ventilateurs de PC sont conduits par un moteur électrique. Si la Poussée est connue, divisant par la puissance d’entrée électrique donnera l’efficacité de la Poussée. Dans les sections suivantes, nous allons mesurer la Poussée et l’efficacité de Poussée quelques petites des systèmes de propulsion à l’aide d’un banc d’essai statique. Et puis comparer la Poussée mesurée à une estimation basée sur la vitesse d’écoulement.

Assembler le banc d’essai tel que décrit dans le texte et mis en place sur le banc de travail. Le stand comporte une section de rigide « L » pris en charge par un pivot au niveau du joint. Positionner la balance de précision sous l’extrémité du bras horizontal court. Couple de la balance numérique sur le bras court équilibrera tout couple généré par la Poussée sur le bras long. Et la différence dans les longueurs amplifie la force mesurée par l’échelle pour donner une lecture plus précise. Avec le banc d’essai assemblé, monter l’hélice plus petite sur le bras long vertical et aligner l’axe de l’hélice afin qu’elle soit parallèle avec le bras court. Mesurer et noter le diamètre de l’hélice et le diamètre du moyeu. Maintenant, mesurer et enregistrer les longueurs des deux bras du moment. Le bras long doit être mesuré de l’axe de pivot à l’axe de l’hélice. Et le bras court doit être mesuré de l’axe de pivot au point de contact à l’échelle. Connecter le moteur à une variable alimentation CC et activez-le pour vérifier l’orientation de l’air, qui doit être adressée afin qu’il y a une force vers le bas sur l’échelle. Coupez l’alimentation et si nécessaire corriger le flux d’air en inversant le branchement électrique. Lorsque le moteur est complètement encore tarer la balance. Ouvrir l’alimentation et augmenter la tension de l’absence de toute tension, par incréments de 4 volts point, jusqu'à mais n’excédant ne pas la tension d’alimentation maximale de moteurs. Pour chaque étape en attente de tension pour le moteur se stabiliser et ensuite enregistrer la tension actuelle, moyenne échelle de lecture et l’échelle de mesure. S’il existe un anémomètre thermique, mesurer la vitesse d’air de sortie pour une tension d’entrée basse et haute tension d’entrée. Notez que la vitesse d’écoulement varie en position, donc c’est seulement une mesure de l’ordre de grandeur. Répétez ce processus pour le plus grand moteur et le ventilateur de PC. Une fois que les mesures sont faites, vous êtes prêt à analyser les données.

Regardez les données recueillies pour la petite hélice. Pour chaque tension d’alimentation, il y a aussi un courant d’alimentation et les lectures de l’échelle. Vous devez également avoir quelques mesures de la vitesse de l’air sortant. Effectuer les calculs suivants pour chaque valeur de tension d’alimentation. Calculer la poussée de l’échelle de lecture. La force sur l’échelle est la lecture fois l’accélération due à la pesanteur. Et l’idée maîtresse est cette force amplifiée par le ratio du moment bras mesurée précédemment. Maintenant calculer la puissance du moteur, qui est simplement le produit de la tension et de courant d’entrée. Calculons ensuite l’efficacité de la poussée en prenant le rapport entre la Poussée et la puissance d’entrée. Si la vitesse d’écoulement a été mesurée, vous pouvez l’utiliser pour prédire la Poussée. Tout d’abord calculer la zone de sortie approximative en faisant la différence entre les zones prop et moyeu. Puis combinez ce résultat avec la vitesse mesurée pour estimer la poussée en utilisant l’équation de la poussée d’avant. Propager vos incertitudes de mesure, comme indiqué dans le texte pour déterminer l’incertitude dans vos résultats finaux. Répétez ces calculs pour la grande hélice et ventilateur.

Commencez par tracer l’orientation en fonction de la puissance d’entrée pour tous les trois appareils. Le ventilateur de PC produit la plus forte poussée des trois et a puissance d’entrée maximum beaucoup plus élevé. La petite hélice produit un peu plus poussée que celle importante à la toute puissance d’entrée donnée, mais le gros ventilateur est capable de fonctionner à des grossissements plus importants. Maintenant, comparer l’efficacité de Poussée en fonction de la puissance d’entrée. L’efficacité de la poussée de l’hélice grande demeure relativement constante, mais l’efficacité diminue avec l’augmentation de puissance pour les deux autres appareils. Si vous avez pris toutes les mesures de la vitesse d’air de sortie comparer l’autonomie estimée des axes basé sur ceux-ci à la Poussée mesurée entre le banc d’essai. Vous devriez trouver le bon accord entre la prédiction et la mesure. Mais en raison de la mesure approximative de la vitesse d’écoulement, cette analyse devrait seulement être interprétée comme qualitatifs.

Systèmes de propulsion liquide sont omniprésentes dans une variété de systèmes mécaniques et naturels. La mobilité est essentielle pour de nombreuses créatures sous-marines pour la survie, et une grande variété de systèmes de propulsion naturelle ont évolué en conséquence. Palmes de propulsion par réaction de céphalopodes, poissons, et les flagelles sur amibe sont que quelques exemples. Apprendre comment fonctionnent ces systèmes est importante pour comprendre comment ces animaux vivre et interagissent avec leur environnement. Moulins à vent et les éoliennes fonctionnent sur les mêmes principes abordés dans cette vidéo, mais appliqué à l’envers. Au lieu d’utiliser l’énergie emmagasinée pour produire la Poussée, ces systèmes extraire élan et l’énergie de l’air. L’axe de rotation du moulin à vent peut piloter un procédé mécanique ou bien être reliée à un générateur pour produire de l’électricité.

Vous avez juste regardé introduction de Jove à propulsion et la Poussée. Vous devez maintenant comprendre les principes de base de générer la Poussée avec un système de propulsion liquide de fonctionnement ouvert. Vous avez également appris comment effectuer des essais de poussée statique à petite échelle et de déterminer l’efficacité de la Poussée. Merci de regarder.

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