リム

Dec 29, 2023

レクサム・グリンドル大学博士ロブ・ボラムCEng FRAeS および博士研究助手ジョン・ポール・ロック芸術科学技術学部の特許取得済みプロトタイプのリム駆動「FAST-Fan」電気ジェット エンジンについての洞察を提供します。

レクサム グリンドル大学 (WGU) の芸術科学技術学部 (FAST) では、工学部の学生とスタッフがネット ゼロ ウェールズの実現に全力を注いでいます。

ウェールズ政府の SMARTExpertise プログラムの一環である FAST-Fan は、欧州地域開発基金を通じて資金提供された最後のプロジェクトの 1 つです。 WGU は、英国を拠点とする中小企業 6 社 (Ad-Manum UAS Technologies Ltd、Invertek Drives Ltd、Motor Design Ltd、Drone-Flight Ltd、Geola Technologies Ltd、Tirius Ltd) と協力して、特許取得済みのプロトタイプ リムの分析、設計、製造を提供しています。 -駆動の「FAST-Fan」電気ジェット航空機エンジン。 結果として得られる推進ユニットは、現在のファン構成よりも前面領域あたりにより多くの推力と高い排出速度を提供することができます。

リム駆動ファン (RDF) は、ファンブレードの先端に取り付けられた連続的なローターリムを備えたダクトファンの一種で、ダクト内に配置された電磁モーター回路によって駆動されます。 (WGU) 機内での電気エネルギーの生成と貯蔵が航空機の電気推進に対する主な障害であると考えられていますが、電力の分配とその推進推力への変換には依然として大きな課題があります。 その1つは、高速飛行のための推進力をいかに効率的に実現するかです。

従来の民間航空機は、地域運用ではプロペラを使用して最高マッハ 0.6 の速度と最高 30,000 フィートの高度を達成しますが、より高い速度と高度 (最高マッハ 0.9 および 45,000 フィート) を必要とする長距離の飛行には、ダクトバイパスファンが使用されます。 どちらの技術もハブ駆動で、主な推進空気流が中央の通電ユニット、つまりガスタービンエンジン上を通過し、推進駆動力が回転シャフトを介して伝達されます。

したがって、ハブ駆動技術が航空機の電気推進ソリューションとして自動的に考慮されるのは非常に論理的です。ハブ駆動技術は馴染みのある技術であり、開発リスクが低いように見えます。 しかし、ハブドライブが常に航空機の電気推進のニーズを満たす理想的な構成を提供するかどうかは疑問が残ります。

FAST-Fan プロジェクトの目的は、この状況におけるリム駆動テクノロジーの可能性を探ることです。 目的は、技術を研究、分析、開発し、利用可能な最新のラピッドプロトタイピング技術を利用して、小型無人試験航空機に動力を供給するのに適したスケールプロトタイプデバイスの構築を通じて設計コンセプトを実現することでした。

ブレード ローター (または「ブロッター」) 有限要素ソフトウェア解析。 (WGU) リム駆動ファン (RDF) は、ファン ブレードの先端に取り付けられた連続的なローター リムを備えたダクト ファンの一種で、ダクト内に配置された電磁モーター回路によって駆動されます。 RDF には、従来のハブ駆動ファンと比較した場合、いくつかの重要な利点があります。 ハブに取り付けられたモーターによって引き起こされる流量制限の除去による前方面積あたりの推力の増加など。 ファンアセンブリの全長が短くなります。 ラジアルモーメントアームの増加により、トルクを生成するために必要なモーターの接線力が減少します。 ファン先端損失の省略によりファンの空気力学が改善されました。 モーター巻線に空冷を提供し、2 つの二重反転 RDF をタンデムに簡単に取り付けることができます。 この後者の利点は、流れの渦の除去により効率も向上し、ファン圧力比の増加を促進し、より速い流出速度と飛行速度を可能にします。 RDF 構成の欠点は、電磁回路が最適化されていない場合、その重量になる可能性があります。

RDF テクノロジーの歴史は、1960 年代初頭の Ryan Vertifan にまで遡ります。 (NASA) 航空宇宙用途のリム駆動ファン技術に関する最も初期の記録の 1 つは、1961 年に Ryan Aircraft Corporation が XV-5A Vertifan 航空機を開発したときに行われました。 XV-5A ファンは、航空機の揚力を生み出すファンの周囲に配置されたタービン ブレードに作用するジェット エンジンの排気ガスによって空気圧で駆動されました。 ファン技術は成功したとみなされましたが、リム駆動要素は中止され、ファン設計はゼネラル・エレクトリック CF6 ハイバイパスエンジン設計用に開発が続けられました。