Basierend auf umfangreichen Messungen an unserem früheren DS-51-FAN 3-ph im Flug und theoretischen Grundlagen sowie Windkanalmessungen am DS-51-DIA 3-ph möchten wir hier einmal die Vorgehensweise zur Gestaltung von Ein- und Auslasskanal beschreiben.

Wichtigstes Merkmal bei der Kanalgestaltung ist eine sinnvolle Querschnittsflächenverteilung, die anderen Parameter wie z.B. Kanallänge und Querschnittsform sind meistens schon durch das Vorbild festgelegt. Dem Einlauf sollte man dabei die größte Aufmerksamkeit widmen, denn er sorgt für eine bedarfsgerechte Versorgung des Impellers mit Luft.

Beginnen wir mit der kurzen Airlinergondel: Hier wollen wir den optimalen Betriebspunkt der Impeller – Gondel Einheit in die Start- bzw. Steigflugphase legen. Hohe Fluggeschwindigkeiten kommen so gut wie nie vor und sind außerdem unerwünscht.

Die Einlauffläche sollte in diesem Fall der Kreisfläche (z. B. bei einem 90 mm Impeller einer 90 mm Kreisfläche ohne Abzug der Nabenfläche) des Impellers entsprechen und kann bei Bedarf (Scale-Optik) um bis zu 10 Prozent verkleinert werden, der Einlauflippenradius sollte mindestens 6 % des Impellerdurchmessers D oder mehr betragen.

Wählt man z.B. bei den etwas schnelleren Business-Jets (Lear-Jet o.ä.) einen eher kleinen Einlaufdurchmesser von z. B. 85 mm bei einem 90 mm Impeller, ist darauf zu achten, dass der sich zum Impeller auf 90 mm erweiternde Diffusor einen Öffnungswinkel von höchstens 4° pro Seite hat (sonst Ablösegefahr).

gondel gross

Bei etwas längeren Gondeln für schnellere Jets sollte die Einlauffläche gleich der Impellerfläche gewählt werden (also beim DS-51-AXI HDS = 51cm² = 80,5 mm Einlaufdurchmesser), größere Einläufe sorgen bereits im Geradeausflug für einen Überlastbetrieb des Impellers (Überlastbetrieb liegt dann vor, wenn der Volumenstrom größer ist, als der optimale Volumenstrom; Teillastbetrieb, wenn der Volumenstrom kleiner ist als der optimale Volumenstrom).

Kleinere Einläufe verschieben den optimalen Betriebspunkt zum Speedflug, im übrigen Flugbereich ist mit mehr oder weniger hohen Reibungsverlusten in den Kanälen und Stoßverlusten an den Impellerschaufeln zu rechnen. Auch der Auslass sollte gleich der Impellerfläche (beim DS-51-AXI HDS = 51 cm² und 80,5 mm Durchmesser, wenn der Abströmkörper nicht in der Auslassebene liegt) gewählt werden. Kleinere Einläufe korrespondieren immer mit einem kleiner gewählten Auslass.

Kommen wir nun zu einem etwas komplexeren Fall, den in der Regel recht langen Kanälen für einen schnellen einstrahligen Jet und einem Speedjet. Bei diesen Modellen, die im mittleren bis hohen Geschwindigkeitsbereich operieren, sollte die Einlauffläche ebenfalls gleich der Impellerfläche gewählt werden. Bei sehr schnellen Jets kann der Einlauf auf bis zu 90% der Impellerfläche verkleinert werden, um bei den hohen Fluggeschwindigkeiten keinen Überlastbetrieb des Impellers durch Aufstau vor dem Einlauf hervorzurufen.

Die Auslassfläche sollte bei den schnellen Jets gleich der Impellerfläche sein, beim Speedjet kann der Auslass (auf 80-90 Prozent der Impellerfläche) verkleinert werden, um den äußeren Wirkungsgrad des Strahlantriebs zu heben. Nun stellt sich bei diesen, in der Regel recht langen Kanälen, noch die Frage, wie der Übergang vom Einlauf zum Impeller und anschließend die Düse gestaltet wird.

Um unseren Kanal von dem kleinen Einlaufdurchmesser auf den wegen der Nabenfläche zwangsläufig größeren Impellerdurchmesser zu erweitern, müssen wir im Einlauf einen Diffusor einbauen. Ein Diffusor ist dabei nichts anderes als ein sich in Strömungsrichtung erweiterndes Rohr, in dem Strömungsgeschwindigkeit in Druck umgewandelt wird.

Dieser Diffusor sollte sich direkt hinter der Einlauffläche befinden und mit maximal möglichem Öffnungswinkel versehen sein. Der maximale Öffnungswinkel beträgt ca. 4° pro Seite. Hinter dem Diffusor schließt sich anschließend ein längerer Kanal mit großem Durchmesser und somit niedriger Durchströmgeschwindigkeit an, so dass aufgrund der niedrigen Geschwindigkeit im Kanal die Verluste klein gehalten werden. Je nach Länge des Kanals hinter dem Impeller kann man hier ähnlich verfahren; wenn der Kanal lang ist, wird die Düse nicht sofort verengt, sondern auf Impellerdurchmesser belassen, um dann kurz vor dem Auslass auf Impellerdurchsatzfläche (oder 90 % der Impellerfläche beim Hochgeschwindigkeitsjet) verkleinert zu werden. Ist der verbleibende Kanal hinter dem Impeller sehr kurz, sollte man die Düse mit einer konstanten Verjüngung auf die gewünschte Fläche verkleinern.

Generell bleibt noch zu sagen, dass bei zweigeteilten Einläufen die Krümmungsverläufe mit möglichst großen Radien versehen sein sollten und beim gleichzeitigen Einbau des Diffusors wegen der Ablösegefahr der Strömung nirgends zu große Wandwinkel auftreten sollten. Die Einlauflippenradien sollten auch bei sehr schnellen Modellen 0,03*D nicht unterschreiten. Müssen aus Gründen der Scale-Optik scharfkantige Einläufe verwendet werden, so sollte man die Einlauffläche um maximal 10 Prozent vergrößern. Die hier gemachten Aussagen hängen außerdem noch von dem verwendeten Impeller ab; je mehr Schaufeln ein Impeller hat und je schneller man damit fliegen will, um so mehr müssen die Kanalquerschnitte verkleinert werden, um den Impeller nicht ständig im Überlastbereich zu betreiben. Eine hohe Schaufelzahl, verbunden mit kleinen Kanalquerschnitten führt jedoch zu stark erhöhten Laufradreibungs- und Rohrreibungsverlusten und ist nicht sinnvoll.

kanaele gross

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