質問:
このウォータージェット推進システムの設計は、前方への推力を生み出しますか?
user18610
2018-12-29 11:41:42 UTC
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おもちゃのボート用の非常に基本的なウォータージェット推進システムの構築に興味があります。構築する前に、このウォータージェット推進システムの設計が実際に前方推力を生成するかどうかを概念的な観点から知りたいと思います。

このウォータージェット設計の以下の概念図を参照してください。この図は、おもちゃのボートを上から見た図です。

埋め込まれたモータープロペラは、おもちゃのボートの船尾から来るパイプセクションに水を引き込み、同時に水を押し出します。おもちゃのボートの船尾に戻るパイプセクションの。おもちゃのボートを前方に推進する力は、パイプの2つの90度のエルボーセクションの内壁を押す急いでいる水の動圧から来る必要があります。ウォータージェットのこの特定の設計は、期待どおりに前方推力を生成しますか?

従来のインラインウォータージェットシステムを構築するのがより理想的であることはわかっていますが、ボートかどうかを調べることに非常に興味があります。パイプ内で生成された動圧のみを使用して推進できます。

enter image description here

ボートの右後方への偏心した外向きの力により、ボートはおそらく左に円を描く方向に移動します。
@フレッド、それは面白いです。おもちゃの船の舵が右舷に固定されていたのではないかと思いますが、その結果、おもちゃの船は前方/直線方向に移動するのでしょうか。
設計を変更し、出口として3番目の中央パイプを使用します。2つの既存のパイプを入口として使用すると、吸気速度が低下します。
@PhilSweet 2つの答えのどちらを参照していますか?
@PhilSweetあなたはそれを整理するでしょう、あなたは答えとしてあなたの他のコメントを書き直す必要があります。
三 答え:
kamran
2018-12-29 14:24:58 UTC
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いいえ、トルクカップルを作成してボートを反時計回りに回転させるだけです。

小さなプロペラの出力量はqグラム/秒で、入口パイプと出口の間の距離は5cmだとします。 。

パイプの両端の推力と吸引力。 $$ F =ρq(v2-v1)$$ span>水の密度は= 1であり、V1は、どちらの方法でも結果に影響を与えない場合でも、簡単にするために最初はゼロです。

$ F = qV2 \ and \ V2 = q / a \:a \ is \ pipe's \ area $ span>

そして、トルクがあります。 $ T = 5 * q ^ 2 / a 。 $ span>、

反時計回り\方向

これにより、ボートが所定の位置に回転します。

編集

いくつかのコメントの後、もう少し詳細を追加しました。

OPのスケッチには、計算する6つのノードまたはベンドがあります。スケッチをそのまま分析し、変更や推奨事項を導入しないことに注意してください。

入口と出口の運動量と推力は上で行われ、それらが引き起こすトルクを含めて同じままです。

左から右への4つのベンドをc1、c2、c3、c4と呼びましょう。これらのコーナーはそれぞれ反力を経験します $ \ F =ρq(v2-v1)=ρq(v1sin(45)-v1)+ρq(v1 cos(45)-v1) $ span>

そして、これら2つのベクトル成分をC1のx軸とy軸に投影すると、 $$ \ F_ {c1} = q ^になります。 2 / a $$ span>

その方向はc1で135度です。そして、その反応はボートを135度で押し戻します。

c2ではFc1と同じ反応、同じ135度になります。

c3では同じ反応がありますが、船を45度で押します。

c4で、同じ反応が再びボートを45度で押し出します。

これらのベクトルの水平成分は相殺され、垂直成分は追加されます。最大 $$ q ^ 2 / a * 4 * \ sqrt {2} / 2 = 4 * 0.707 = 2.82 q ^ 2 / a $$ span>

これは、ボートを前方に押す前方推力です。

ただし、ボートはトルクと推力の組み合わせで回転しています。

これは、実際には、限られたスペースの港でクルーズ船がドッキング操作として使用する方法の1つです。

>
@ kamran、これがどうなるかがわかります。引き込まれている水中の運動エネルギーが、パイプのその部分の低い静圧の影響を打ち消すだろうと私は考えていました。
違う。内部の船体チューブを含む船体表面への圧力が推進力の原因であり、これらのチューブの圧力と形状を変化させて、圧力に正味の影響を与えることができます。 KE入力もKE出力とは異なります。流入する流れを横方向に曲げると正味の推力が発生し、再び船尾方向に曲げると正味の推力が発生します。ボート後部の圧力低下はこれらの推力と直接関連していませんが、船体の形状によって関係していることに注意してください。いじる。これは、ターボジェットの逆推力バケットです。
Phil Sweet
2018-12-30 00:02:09 UTC
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水は静止した状態から始まります。船尾から噴射されてしまいます。うん、それは推力になります。船の船体全体に圧力の相互作用があります。それはジオメトリに依存します。船尾から入口を集めることによる寄生抗力を最小限に抑えるように設計することができます。

これは基本的に逆推力装置です。

アムリカン航空のジェット機パワーバックビデオ- https://www.youtube.com/watch?v=-Zkxh903s_w

なぜ反対票を投じてください。
かっこいい動画は「+1」、覚えてるよ!
user18610
2018-12-30 17:24:18 UTC
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この質問に対する他の回答に基づいて、この単純なウォータージェット設計は前方推力を生成するはずです。しかし、おもちゃのボートが直進するためには、追加の部品が必要です。推力とトルクの組み合わせによる反時計回りの回転を打ち消すために、インレットパイプ部に小さな舵を入れることで、時計回りのトルクを発生させて反時計回りのトルクを打ち消すことができると思います。以下の変更された画像を参照してください。おもちゃのボートを直進させるのに理想的な位置が見つかるまで、舵を左舷に向けて再調整し、所定の位置に固定し続ける必要があるでしょう。次に、おもちゃのボートのメインラダーを使用してボートを操縦します。

enter image description here

入口パイプに舵を追加すると、入口ダクト内の水の流線型の流れが変わるだけです。最終結果には影響しません。出口ダクトによって生成される推力に対抗するために、舵をボートの外側に取り付ける必要があります。
@フレッド、これを指摘してくれてありがとう、なぜこれが時計回りのトルクを提供しないのかを理解するのに少し時間がかかりました。おもちゃのボートの舵は、ボートを直線で移動させる最も簡単な方法です。別の方法は、パイプ全体を90度回転させて、入口パイプを喫水線の下に沈め、出口パイプを喫水線の上に置き、従来のウォータージェットのように水を噴出させることだと思います。
@フレッド、また、一般的な前方方向に移動する別の方法があります。それは、プロペラの回転を交互に続けて、パイプを通る水の流れを、たとえば30秒刻みで交互にすることです。ボートの進路は正弦波に似ています。
@HRIATEXP,おもちゃのボートの船首を指すようにインレットパイプを変更できる場合、それは最も効率的にまっすぐ進み、方向を修正する必要はありません。
@ kamran、その提案をありがとう、私はおもちゃのボートの私の最終的なデザインでこの新しいパイプのレイアウトを使用します。


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