miniatura|Campana X-22 En aeronàutica, un ventilador amb conductes és un ventilador mecànic o hèlix generadora d'empenta muntada dins d'un conducte o carcassa cilíndrica. Altres termes inclouen hèlix amb conductes o hèlix amb carcassa. Quan s'utilitza en aplicacions d'enlairament i aterratge vertical (VTOL), també es coneix com a rotor amb carcassa.Kotwani, Kailash; "Ducted Fan or Shrouded Rotor Aerodynamics and its Application in Miniature VTOL Aerial Vehicles ", 2009. (retrieved 22 March 2022). miniatura|Dirigible amb ventiladors canalitzats Els ventiladors conductats s'utilitzen per a la propulsió o l'elevació directa en molts tipus de vehicles, com ara avions, dirigibles, aerolliscadors i avions VTOL de sustentació motoritzada. Els motors turbofan d'alta derivació que s'utilitzen en molts avions de passatgers moderns són un exemple d'un ús molt reeixit i popular del disseny de ventiladors conductats. miniatura|Autogir aviari amb hèlix d'empenta canalitzada (però sense braç de cua) El conducte augmenta l'empenta, en comparació amb una hèlix de mida similar a l'aire lliure. Els ventiladors amb conductes són més silenciosos i ofereixen bones oportunitats per a la vectorització de l'empenta. La coberta ofereix una bona protecció al personal de terra contra el contacte accidental amb les pales que giren, així com protegeix les pales de residus o objectes externs. Variant la secció transversal del conducte, el dissenyador pot ajustar la velocitat i la pressió del flux d'aire segons el principi de Bernoulli. miniatura|Ventilador conductat en una llanxa de desembarcament amb coixí d'aire Els inconvenients inclouen l'augment de pes a causa de l'estructura afegida de la coberta, la necessitat de precisió en les toleràncies de la separació entre la punta de la pala i la coberta, la necessitat d'un millor control de les vibracions en comparació amb les hèlixs d'aire lliure i els requisits complexos de disseny dels conductes. Finalment, quan hi ha angles d'atac elevats, la coberta es pot estancar i produir una alta resistència. miniatura|L'avió personal Martin Jetpack amb ventiladors canalitzats

Disseny Un ventilador amb conductes té tres components principals: el ventilador o hèlix que proporciona l'empenta o la sustentació, el conducte o la coberta que envolta el ventilador i el motor o motor elèctric que alimenta el ventilador.

Ventilador Com qualsevol altre ventilador, hèlix o rotor, un ventilador canalitzat es caracteritza pel nombre de pales. El Rhein Flugzeugbau (RFB) SG 85 tenia tres pales, mentre que el Dowty Rotol Ducted Propulsor en tenia set.Jane's All the World's Aircraft 1980-81, Jane's, 1980. p.704.Jane's All the World's Aircraft 1980-81, Jane's, 1980. p.725. Les pales poden ser de pas fix o variable. Vegeu: Ventilador (màquina)

Conducte El conducte o la coberta és un anell aerodinàmic que envolta el ventilador i s'adapta perfectament a les puntes de les pales. Ha de ser prou rígid per no deformar-se sota les càrregues de vol ni tocar les pales mentre giren. El conducte realitza diverses funcions:

Principalment, redueix els vòrtexs creats per l'aire que flueix al voltant dels extrems de les pales. Això redueix les pèrdues aerodinàmiques o la resistència, augmentant així l'eficiència general del ventilador. Per això, el ventilador es pot utilitzar per proporcionar un major empenyiment i rendiment de l'avió, o bé es pot fer més petit que l'hèlix lliure equivalent.

Proporciona blindatge acústic que, juntament amb la reducció del malbaratament d'energia, redueix significativament les emissions de soroll de l'hèlix.Jane's All the World's Aircraft 1980-81, Jane's, 1980. p.725.

Actua com a dispositiu de protecció per protegir objectes com el personal de terra de ser colpejats per les pales giratòries, per protegir les pales de danys durant aquest impacte i per protegir el fuselatge i el contingut de l'avió (inclosa la tripulació, els passatgers, els dipòsits de combustible, els sistemes hidràulics, etc.) de danys per impacte en cas de fallada de l'hèlix.

La reducció dels vòrtexs de la punta també significa que l'estela del ventilador és menys turbulenta. Amb un disseny acurat, la descàrrega escalfada del sistema de refrigeració del motor es pot injectar a l'estela del ventilador de baixa turbulència per augmentar l'empenta.Jane's All the World's Aircraft 1980-81, Jane's, 1980. p.725.

Central elèctrica Un ventilador de conductes pot ser alimentat per qualsevol tipus de motor capaç de fer-lo girar. Alguns exemples són els motors de pistó, rotatius (Wankel) i de combustió amb turboeix, així com els motors elèctrics.

El ventilador pot estar muntat directament a l'eix de sortida del motor o accionat remotament mitjançant un eix d'accionament i engranatges estesos. En la disposició remota, diversos ventiladors poden ser accionats per un sol motor.

Propulsió conductiva Un conjunt dissenyat com una sola unitat integrada es coneix com a càpsula de ventilador o propulsor canalitzat.Jane's All the World's Aircraft 1980-81, Jane's, 1980. p.704.Jane's All the World's Aircraft 1980-81, Jane's, 1980. p.725.

Un avantatge de l'enfocament de pod és que el disseny de cada component es pot adaptar als altres, cosa que ajuda a maximitzar el rendiment i minimitzar el pes. També facilita la tasca del dissenyador del vehicle d'integració amb el vehicle i els seus sistemes.

Limitacions Una bona eficiència requereix espais molt petits entre les puntes de les àleps i el conducte. Els avantatges d'eficiència es redueixen, i fins i tot es poden invertir, a velocitats de rotació, nivells d'empenta i velocitats de l'aire més baixos. Requereix nivells de vibració reduïts en comparació amb una hèlix o rotor lliure. Disseny complex de conductes i augment de pes fins i tot si es construeixen amb materials compostos avançats. A un angle d'atac elevat, algunes parts del conducte es bloquejaran i produiran resistència aerodinàmica.

Aplicacions La disposició de ventilador conductat més comuna que s'utilitza en els avions és un motor turbofan, on la potència per fer girar el ventilador la proporciona una turbina de gas . Els turbofans d'alta relació de derivació s'utilitzen en avions civils, mentre que els caces militars necessiten el millor rendiment d'alta velocitat d'un turbofan de baixa relació de derivació amb un diàmetre de ventilador més petit. Tanmateix, un ventilador conductat pot ser alimentat per qualsevol font de potència d'eix, com ara un motor alternatiu, un motor wankel o un motor elèctric. Un tipus de ventilador conductat, conegut com a cua de fantail o amb el nom comercial Fenestron, també s'utilitza per substituir els rotors de cua dels helicòpters.

Els ventiladors amb conductes són els preferits en avions VTOL com el Lockheed Martin F-35 Lightning II, i altres dissenys de baixa velocitat com els aerolliscadors per la seva major relació empenyiment-pes.

En alguns casos, un rotor protegit pot ser un 94% més eficient que un rotor obert. El rendiment millorat es deu principalment al fet que el flux cap a l'exterior es contrau menys i, per tant, transporta més energia cinètica.Pereira, Jason L. Hover and wind-tunnel testing of shrouded rotors for improved micro air vehicle design p147+p11. University of Maryland, 2008. Accessed: 28 August 2015.

Entre els aficionats als avions modelistes, el ventilador amb conductes és popular entre els constructors d'avions modelistes d'alt rendiment controlats per ràdio. Els motors de bugies incandescents combinats amb unitats de ventilador amb conductes van ser el primer mitjà assolible per modelar un avió de reacció a escala. Malgrat la introducció de motors turboreactors a escala modelística, els ventiladors amb conductes elèctrics continuen sent populars en avions modelistes més petits i de baix cost. Alguns avions amb ventilador amb conductes elèctrics poden assolir velocitats de més de 200 320 mph (410 km/h) km/h) .

La majoria dels ventiladors de refrigeració que s'utilitzen en els ordinadors contenen un conducte integrat al conjunt del ventilador; el conducte també s'utilitza per muntar mecànicament el ventilador a altres components.

Referències

Categoria:Aerodinàmica