題:
為什麼支撐葉片的形狀不像家用風扇葉片?
schadjo
2019-07-31 23:45:17 UTC
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我現在的兩個項目是學習飛行和對古董風扇的替換葉片進行3D建模,我想到了一個問題:

為什麼飛機螺旋槳葉片的形狀不像家用風扇葉片?

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它們都設計為以某種效率推動相同的流體,但是家用風扇葉片看起來更像是船用螺絲/船用螺旋槳葉片。是體重問題嗎?可見度問題?

編輯-這不是該問題的重複項,因為建議的內容回答了有關航空的迎角和俯仰角的問題術語,對新手而言可能毫無意義。節距和迎角也與家用風扇或螺旋槳葉片的正視圖形狀無關,這可能是在沒有航空工程學學位的人眼中兩種葉片之間最明顯的差異。 >

可能是[固定角度螺距的攻角如何從螺旋槳的根部到尖端變化?](https://aviation.stackexchange.com/questions/61496/how-does-the-angle-攻擊根源到螺旋槳尖端的變化)
-1
我不會去辯論,這不是地方。詢問meta。根據我過去從經驗豐富的用戶那裡獲得的反饋,主要的決定因素似乎是基於問題的答案,而不是實際問題本身。
@RyanMortensen,我同意Tanner的觀點。您提出的問題無法回答我的問題,即使回答了,也沒有以相對的新人會問過的方式來表達。我的措辭與我一樣,因為這正是我想問的問題。
您可能還希望將其發佈到工程上,因為這裡的答案不會以任何連貫的方式解決潛在的問題。流體動力學當然存在差異。它們的特徵在於兩者之間的雷諾數,推力係數和功率係數不同。風扇通常會在某種程度上導風。但是真正的區別是獲得可接受性能的成本。
八 答案:
Therac
2019-08-01 00:01:04 UTC
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1)空速,2)向前運動,3)尺寸限制。只是開始。

家用風扇葉片非常慢,因此它們需要更多的弦才能推動有意義的空氣。飛機螺旋槳一目了然地達到聲速,低阻力至關重要。萬物平等,跨度更大,和弦更少,效率更高。降低道具的空速會降低收益,因為飛機本身會在空中向前移動,因此無論速度多麼慢,非常大的螺旋槳都會增加飛機的阻力。

在家用風扇中,尺寸限制比效率更為關鍵。大跨度,低弦的(窄)葉片在家用風扇中也會更有效-實際上,您可以找到帶有這種葉片的家用風扇。但是對於相同的氣流,它們必須旋轉得更快,這會增加噪音,或者直徑更大。與台式或落地式風扇相比,吊扇可能更大,葉片更窄。

船用螺旋槳在極為稠密的粘性介質中運動,這會使情況發生更大變化。在水中移動的阻力非常大,並且與V³的功率成正比。它們產生的推力最多與V²成比例,並且在高速空化時可能會丟失。因此,它們的速度必須保持盡可能低。在水中增加更多的弦的阻力成本也相對較小。

在大型船上,螺旋槳已經足夠製造,可以在低吃水(商船)或水下不伸出水的情況下製造出減少可容納的軸數(在戰鬥人員身上)。這樣一來,他們的旋轉速度就會變慢,而拖動時損失的功率也會更少。

風扇葉片的旋轉速度與螺旋槳一樣快也有安全隱患,並且振動可能還會帶來額外麻煩。到處都是個壞主意:D
這樣做的主要原因是效率損失主要發生在葉片的尖端(高壓空氣會洩漏到低壓側)。胖刀片比窄刀片的刀尖更多,因此效率較低。
潛艇沒有“伸出水面”的問題,可以擁有難以置信的大型道具。
@CarlWitthoft潛水艇必須在一定程度上發揮作用。從水中伸出來的螺絲是一個可以給人拍照的照片……如果船從乾船塢中出來,螺絲就會被籠罩住。說潛艇的船體非常狹窄,可能更準確。
@Luaan實際上,某些家用風扇葉片的轉速確實與輕型飛機螺旋槳的轉速相似。它們只是較小的風扇,通常在它們周圍有罩以防止任何危險。而且它們的長度也不太長,因此對於相同的RPM,刀片尖端的移動速度幾乎沒有那麼快。同樣,每個刀片的質量也沒有那麼多。計算機冷卻風扇是一個常見的例子。它們在1,500-2,000 RPM的範圍內並不少見,與我駕駛的PA-28差不多。
@reirab: Nitpicking ...我的電腦風扇(Lenovo筆記本電腦)目前以3061 RPM(每個Conky)旋轉。我的PA-28的巡航速度約為2700 RPM。
@reirab, RPM和吸頭速度之間存在差異。只需從我的零件盒中抓住一個隨機的冷卻風扇,它的速度就達到5500 RPM-尖端速度為11 m / s(41 km / h,22節)。
@Mark是的,這就是為什麼我提到尖端速度的差異。此外,除非風扇安裝在1U服務器中,否則就不要使用40毫米冷卻風扇的風扇。 :)這些東西必須旋轉得太快以至於不能移動足夠的空氣。我更喜歡120或更好的是220左右。
@ChrisStratton颱風SSBN實際上確實具有在浮出水面時會破壞表面的道具。這是一艘肯定設計為盡可能淹沒的船隻,只有水面才能進入港口。另外,許多商船在卸載時都暴露了道具。
@Chromatix您是否經常引用颱風螺絲,以平時的平整度最多暴露得最多?從已發布的圖紙來看,這似乎不太可能,但是它也是一種可以追溯到螺絲設計處於落後地位的時代,因此有可能保留較少的細節來保密,而且是一個更加封閉的社會更有能力限制時代的設計。進港期間“休閒”划船和飛機的接近程度。
@ChrisStratton在https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9e/Satelite_image_of_a_Typhoon_Class_Submarine_Severodvinsk.jpg中,您可以在舵的兩側看到很多支撐罩。在航行中的照片中,它們常常被未針對水面航行進行優化的相當大的船體遮蓋力以及由於道具本身運行而引起的攪動所掩蓋。在某些照片中,似乎也沒有護罩。
Koyovis
2019-08-01 02:44:53 UTC
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From our local warehouse

一些家用風扇的形狀像飛機螺旋槳,需要以最高速度移動大量空氣。對於給定的電動機​​,它們具有最高的效率,但是尖端效應使它們嘈雜。它們最適合工業應用。

對於家庭住宅,還有其他注意事項:

  • 靜音。最好,如果我們根本聽不到風扇運轉。
  • 低風速。我們只想感受空氣流動帶來的冷卻效果,而不希望頭髮變形。
  • 購買成本。這是我們直接看到的。使用成本隱藏在每月的電費帳單中。

因此,為此,最好使用帶有許多寬葉片的緩慢移動的筆尖。

讓我們嘗試直升機與吊扇:直升機-對稱機翼。吊扇-平。請注意,長而薄的風扇葉片將有助於減少高速工業風扇的葉片間湍流問題,但產生最低“升力”和“最低阻力”的最佳空氣流動形狀可能是一塊薄板。
@RobertDiGiovanni吊扇趨向於扁平葉片,因為它們的生產成本較低,並且因為它們通常旨在以一定效率反向運行,而不是因為翼型不好。我也擁有幾架帶有翼型葉片的立式風扇。
“使用成本隱藏在每月電費中。”也許每月約0.5-2 $ USD?
每月2美元的@chux加起來,相當於一年內購買廉價台式風扇的價格。當然,如果您願意的話,您可以*花10倍的錢購買性能完全相同的風扇:)
slebetman
2019-08-01 16:20:27 UTC
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我認為顯而易見的是,風扇葉片基本上是一圈繞行的機翼。那麼問題是什麼使機翼成為好的機翼呢?

在理論上和實踐中(風洞測量或真實飛機的油耗測量),細長的機翼比短的寬機翼要有效得多。對於給定的機翼,最有效的機翼實際上是翼展無限的機翼。但是由於宇宙中只有有限數量的電子,所以不可能建立這種完美的機翼。取而代之的是,工程師在考慮到材料限制的情況下嘗試使翼/螺旋槳/風扇葉片的長度盡可能長,而且盡可能地細長。

您甚至會在家用風扇葉片中看到這種效果:在跨度不受限制的情況下,例如吊扇,風扇葉片往往又長又細,而不是像船用螺旋槳那樣短而又寬。那麼為什麼又短又寬呢?空間限制。

當風扇必須放在桌面上時,您的葉片不能超過1米。但是,一旦解除限制,您就會看到設計師轉向細長的葉片,就像您在工業落地式風扇或壁掛式風扇中可以找到的那樣。

允許的是,落地式風扇具有完全相同的葉片作為桌面風扇,但這更多地與重複使用零件和規模經濟有關,而不是與空氣動力學有關。

現在,從理論上講,您還可以在台式風扇上安裝一個高效而纖細的短風扇:僅查看無人機/遙控飛機螺旋槳-它們通常比台式風扇的葉片短。但是您將需要非常快速地移動刀片以移動給定量的空氣。這非常嘈雜(您見過無人駕駛飛機嗎?)。因此,第二個考慮因素是噪音。為了減少噪音,請緩慢移動刀片。速度較慢的葉片不會移動太多空氣,因此您增大和弦以使其變寬。這樣會導致風扇效率非常低下,但效率不是您的主要關注點:您要設計一個靜止的機器,該機器坐在桌子上,從牆上的插座中汲取能量。降噪和尺寸更重要。

+1例如,我過去曾經經過VLC機場,它的天花板上有巨大的風扇,葉片又長又薄,與滑翔機的機翼不一樣,機翼也類似。建築維護經常使它們向後旋轉這一事實可以通過漢隆的剃刀來解釋。編輯:看到這個問題https://aviation.stackexchange.com/questions/61833/what-s-this-vortex-generator-like-thing-below-the-wing
Robert DiGiovanni
2019-08-01 00:32:10 UTC
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學習飛行並為風扇葉片建模時,它們都在空中旋轉,但螺旋槳試圖使飛機運動,而風扇試圖使空氣運動。

在設計中如何考慮這一因素?螺旋槳位於風扇上方並與風扇分開,它們不僅使空氣偏轉(底部升力),而且還通過它們在空中的運動(頂部升力)產生升力。通過查看從0到45度的翼型的升力曲線與AOA的關係可以最好地解釋這一點。升力將增加直至失速,然後減少,然後再次增加至45度。這意味著您必須移動較少的空氣來獲得相同的升力,並使機翼升到失速狀態。風扇葉片設計用於定期移動空氣。明智的設計可以使其緊湊,而弦寬較寬的薄型扁平刀片就可以了,因為人們只是從產品中尋找冷卻風。將風扇的原始樣式保留在“古董”上可能會使其更有價值。

您有一個很好的觀點,但是不需要涉及“頂部”和“底部”提升的可疑概念。簡而言之,對螺旋槳進行了優化,以在產生升力(推力)的同時盡可能少地干擾空氣。首先,這有利於大直徑,以盡可能低的速度移動更多的空氣。風扇幾乎相反:它需要一定的直徑,並以適當的速度移動空氣。 (即冷卻風扇;換氣扇的要求可能有所不同)。
“冷卻風扇,換句話說,通風風扇的要求可能有所不同”,這可能與噴氣風扇有所不同!看看那些機翼的形狀!
@Zeus坦納·斯威特(Tanner Swett)公佈了機翼Clift與AOA的關係圖,該圖顯示了(較低阻力)較低AOA的“頂部升力”貢獻為升力最大值,在AOA約30度時下降至最小值,然後升至最大值(負載為拖動)在45度。這是適用於許多應用的Rosetta Stone。但是,您的觀點是,動翼“擾動的空氣越少越好”是描述它的絕佳方法(因此,對於給定的升力,阻力較小!)。謝謝。
@RobertDiGiovanni Friendly nitpick:考慮在適當時使用最小和最大單數形式。
Dermot McDermot
2019-08-01 08:09:55 UTC
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價格是主要原因。吊扇只會攪動周圍的空氣,平槳是最便宜的方式。

更昂貴的風扇葉片可能具有一些翼型形狀,甚至在頂端還有小翼,但這主要是為了展示,因為這些葉片沒有扭曲。

但是,機翼形狀更窄的葉片會不會使用更少的材料並更便宜?
Zak
2019-08-04 07:50:59 UTC
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大多數其他答案已經正確。還有一個方面:葉片弦長。

旋轉速度與飛機螺旋槳一樣快,葉片需要盡可能輕,以最大程度地減少離心載荷。因此,最好給它們一個短的弦長和高的面積載荷(它們在葉片的每個表面積上產生多少力),這意味著弦長小並且使氣流相對急劇地轉向,這需要在壓力和壓力之間存在較大的壓差。風扇葉片的吸入側。對於台式風扇而言,任何舊塑料都將足夠堅固,因此這些葉片可以在非常低的表面負荷(較長的弦長)下工作,並以較小的壓差緩慢地使氣流轉向,從而使噪音降低。

同樣適用於船舶螺旋槳:由於水是如此稠密,因此這些葉片上的結構載荷很高。如果您嘗試從短弦(相等半徑)的螺旋槳上獲得相同的推力,則葉片將難以承受彎曲載荷,並且急轉彎還會更快地導致氣蝕[1]。

[1]:當水下螺旋槳吸入側的壓力降得太低以至於水蒸發時,就會發生氣穴現象。這樣可以有效地將水流分開,從而減少吸入,因此新鮮蒸發的水再次凝結,水又衝回到蒸汽泡所在的位置...這會非常迅速地破壞螺旋槳。

J...
2019-08-13 00:56:37 UTC
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一些罕見的設計確實更像是風扇葉片。 Antonov AN-70就是一個很好的例子,其D-27螺旋槳風扇上裝有巨大的風扇葉片。 彎刀道具確實可以提供相當高效的設計,但是它們非常嘈雜,這限制了它們在許多商業機場的可用性。

enter image description here

圖片來源:通過Tangopaso-自己的作品,CC BY-SA 3.0


可以在此問題中找到一些其他討論:

四個以上的螺旋槳葉片有什麼優勢?

那些道具很瘋狂。
Carsogrin
2020-03-25 20:54:44 UTC
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[如果無法解釋為什麼應使用機翼製造風力渦輪機,請有意識或體面地不要編輯此答案。]

風扇葉片推動空氣。

機翼是一種特殊的裝置。它通過空氣,並在其後留下部分真空。尾部的設計使這種真空而不是向後拉東西,而是垂直拉動東西。這是一個巧妙的裝置。它不會推動空氣。如果他們想要它推動空氣,他們會像扇葉一樣將其製成。它不像風扇葉片。它不會推動空氣。

實際上,發生的不是抽真空,而是推動空氣壓力。所不同的是,事物(否則)幾乎總是在各個方向上具有相等的氣壓。

再次…。機翼不會因層流而升起。機翼不會被真空升起。機翼被氣壓從下方推上。這之所以起作用是因為機翼的巧妙設計,使得機翼在空氣中穿過時會形成(部分)真空……而這種部分真空的作用是提起機翼,而不是將其向後拖動,因為機翼的巧妙和特殊設計。

螺旋槳驅動的飛機不能以超過400公里/小時的速度行駛的原因是氣壓不能更快地推動它。

機翼在大迎角下運作不佳的原因不是層流,也不是湍流。關於以下事實:(a)被向上推動的水平區域較小,並且(b)被推動的表面呈一定角度,這損害了向上推動的概念。再次,層流和湍流的管理不會改變以上兩個事實。 (還請注意,處於較大迎角的機翼(可以說)向後拖動(更多)。)

請注意,推進器存在系統性問題,即推進器正在通過空氣,以至於聰明的真空側朝著{常壓空氣}移動。 (我不知道那是不是免費贈品,但沒有太大區別。)

如果您現在了解翼型,並且之前沒有人正確解釋過,請打勾或正面評論或其他內容。對於那些以滑稽或生氣的方式看著我的人來說,這將是一個令人愉快的變化,我將非常感激。

我不想在這裡是刻薄的,但是我不明白這是如何嘗試回答操作員提出的問題。該問題詢問為何螺旋槳的形狀與家用風扇的形狀不同。
根本沒有嘗試回答我能看到的問題,只是長而脫節的(和無趣的)咆哮。
“他們倆都設計為以某種程度的效率推動相同的流體”是錯誤的……正如我所說的大約12倍。我對有人向我解釋說我不懂機翼很開放。在這一點上,我仍然有信心解決OP未能理解機翼不能通過推風起作用的問題。
@Ralph J:絲毫沒有討厭的意思,但是...您是否對我為什麼認為風力渦輪機應該具有機翼葉片有任何看法?
@ daleam:在我的另一篇文章中,[從內存中刪除],我對機翼的工作原理進行了更長,更深入的描述……這沒有什麼區別。從理論上講,我可以嘗試找出如何包含翼型上氣流的圖片,但是99.999%的讀者已經看到了。真空!您是否建議我花四個段落來說明機翼真空[嚴重問題]?
請注意,如果您可以清晰地表達自己的觀點,那麼第一句話是沒有用的(最好)。此外,無論您回答什麼,都必須回答問題。有關更多信息,請參見[幫助中心](https://aviation.stackexchange.com/help/how-to-answer)。
如果您可以添加一些有關所謂的“推桿”(請參閱S-97 Raider等其他飛機),則可以稍微清除一下推拉圖。
問題很明確。 “為什麼飛機螺旋槳葉片的形狀不像家用風扇葉片?”我相信,區別在於家用風扇葉片會推動空氣,而機翼會產生真空-以巧妙,特殊的方式進行調整。懷著真誠,崇高的敬意……如果你們中沒有一個訓練有素,經驗豐富的航空工程師能夠解釋這是錯誤的,我將繼續相信這一點。未能做到這一點,我的反對意見必須是我的答案與推動空氣和以巧妙的方式產生真空之間的區別無關。如果這是我的措辭,語氣或其他內容,請這樣說。
…或者[問題的引文]可以接受解釋?相反,關於推動流體的評論……對我來說很清楚。
@KorvinStarmast:精采的東西。我猜想主旋翼不能*相對*相對加速,以使直升機扭轉……暗示/暗示尾槳可以轉向。我還推斷它可以向後羽化以實現向前傾斜懸停。關於這個話題:如果它(尾槳)沒有翼型葉片(像其他任何由螺旋槳驅動的飛機一樣),我會感到驚訝。
在我對該問題的第五或第十(?)閱讀時,我認為其他所有人都認為該問題是關於機翼螺旋槳葉片是直的,而風扇葉片則是向尾拖的事實。那正確嗎?那是問題嗎?
我可能不應該這樣說,但是對我來說,非常重要的是,你們準備好討論這個問題,而不僅僅是刪除問題並走開。非常感謝大家!!!!


該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 4.0許可。
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