Se sei un appassionato di droni, probabilmente sai che la maggior parte dei droni ha un design abbastanza simile, nel senso che usano le eliche per ottenere la portanza per alzarsi in aria in modo simile a come funzionano gli elicotteri. Detto questo, ti starai chiedendo perché la maggior parte dei droni sono progettati in questo modo e non utilizzano un modo diverso per spingersi, ad esempio un design come una ventola intubata. Allora perché i droni non usano ventole intubate?
Le ventole intubate semplicemente non sono efficienti come le eliche per il sollevamento statico. Hanno diametri delle pale più piccoli e motori a coppia inferiore e possono compensare con un numero di giri più elevato e più pale della ventola per fornire la spinta necessaria, ma ciò significa che non sono efficienti come le pale dell'elica quando vengono utilizzate sui droni.
Potresti aver visto ventilatori intubati utilizzati in molti oggetti volanti diversi o persino veicoli volanti. Tuttavia, devi anche capire che c'è una differenza tra quegli oggetti e veicoli e un drone. I droni, per quanto piccoli e leggeri, devono funzionare in modo molto più efficiente. Quindi, cerchiamo di capire di più sul perché i droni non utilizzano ventole intubate.
Quanto sono efficaci le ventole canalizzate?
Quando guardi diversi oggetti volanti che necessitano di un certo livello di spinta per alzarsi in aria, devi considerare il fatto che questi hanno bisogno di motori che li spingano verso l'alto e verso la direzione in cui vogliono andare. Uno dei modi di base per farlo è utilizzare una classica ventola dell'elica che gira ad alta velocità in modo da poter spingere l'aereo o il veicolo verso l'alto. L'elica classica è stata quella usata per pilotare il primo aeroplano.
Tuttavia, un altro dei modi più popolari per azionare un aereo o un oggetto volante è la ventola intubata. La ventola intubata sembra la tua classica ventola ad elica, ma ora ha un condotto che racchiude una serie di pale della ventola più corte e più numerose. Fondamentalmente, la ventola intubata girerà comunque per produrre la coppia e la portanza di cui l'aereo ha bisogno per volare, ma funziona a velocità di rotazione più elevate.
Quindi, in pratica, anche se le ventole intubate assomigliano ancora molto alle tue solite ventole dell'elica tranne per il fatto che ci sono pale più corte e più e che hanno un condotto, in realtà sono in una certa misura vantaggiose rispetto alle pale dell'elica senza condotto .
Questo perché il condotto è in grado di ridurre le perdite di spinta prodotte dalle pale. Nel frattempo, puoi anche modificare la sezione trasversale del condotto in modo da poter cambiare e variare la velocità e la pressione del flusso d'aria secondo il principio di Bernoulli a tuo vantaggio. Questo è il motivo per cui le ventole intubate sono più comunemente utilizzate nella versione moderna di velivoli come i soliti dirigibili e hovercraft.
Ecco alcuni degli altri vantaggi che puoi avere quando utilizzi ventilatori intubati su un oggetto volante:
- Le perdite di punta delle pale dell'elica possono essere ridotte dal condotto. Quando ciò accade, la ventola intubata può funzionare a un livello più efficiente in quanto può produrre una spinta che le eliche di diametro e dimensioni simili non possono. Questo si vede meglio quando l'aereo o l'oggetto vola a basse velocità e alti livelli di spinta statica.
- Se sei in grado di variare le dimensioni del condotto nel modo giusto, puoi regolare le dimensioni della ventola per consentirle di funzionare a un livello più efficiente a velocità dell'aria più elevate rispetto a quanto può fare un'elica.
- Ovviamente, le ventole intubate funzionano in modo molto più silenzioso rispetto alle eliche perché i condotti schermano il rumore prodotto dalle pale riducendo al contempo la velocità di punta che potrebbe benissimo contribuire a una maggiore rumorosità.
- Allo stesso livello di spinta, una ventola intubata può essere più piccola di un'elica. Ciò ti consente di utilizzare motori più piccoli su un aereo o un oggetto in volo mantenendo lo stesso livello di spinta.
- I ventilatori intubati, grazie al modo in cui i condotti schermano e coprono le pale dell'elica, sono più sicuri quando si opera a terra perché le possibilità che le pale colpiscano qualcuno o qualcosa sono notevolmente ridotte.
Quindi, come puoi vedere, ci sono alcuni vantaggi quando si utilizzano ventilatori intubati. In altre parole, queste eliche sono praticamente efficaci per tutti i tipi di oggetti volanti, ed è per questo che gli hovercraft e gli aerei preferiscono l'uso di ventole intubate rispetto alle ventole dell'elica. E anche dopo l'introduzione del motore a turbogetto, gli aeroplani più piccoli ed economici fanno ancora uso di ventole intubate perché sono più convenienti. Al giorno d'oggi, moltissimi modellini di aeromodelli telecomandati vengono azionati utilizzando ventilatori intubati.
Perché i droni non utilizzano ventole canalizzate?
Alcuni dei più popolari aeromodelli moderni che vengono utilizzati da diversi hobbisti al giorno d'oggi sono i droni.
Quando noti come è costruita la maggior parte dei droni, una delle cose che vedrai per la prima volta è che i droni utilizzano le pale dell'elica invece delle ventole canalizzate. E a questo punto, sai già quanto sono efficaci i ventilatori intubati quando si spingono aerei e modellini di aeroplani. Quindi, questo potrebbe farti chiedere perché i droni non usano nemmeno ventole intubate e usano eliche tradizionali?
Per capirlo, diamo un'occhiata agli svantaggi dei ventilatori intubati:
- Non funzionano in modo altrettanto efficiente quando l'oggetto volante è a livello di crociera o sta operando a un livello di spinta basso.
- Affinché le ventole intubate funzionino in modo efficiente, è necessario disporre di spazi molto ridotti tra le punte delle pale e il condotto stesso.
- Funziona a regimi più elevati e le vibrazioni di cui ha bisogno tendono ad essere piuttosto minime.
- Il condotto può aggiungere peso all'intero veicolo o oggetto volante anche quando il condotto è realizzato con materiali compositi leggeri.
Quindi, se lo guardi, diventa abbastanza facile capire perché la maggior parte dei droni non utilizza ventole intubate e perché ci sono solo pochi di questi droni che li utilizzano effettivamente. I droni funzionano a un livello di spinta basso e i loro motori devono essere in grado di fornire sempre una spinta statica di basso livello affinché i droni mantengano il volo. Ciò rende evidente l'inefficienza delle ventole intubate poiché non funzionano molto bene a bassi livelli di spinta.
Ovviamente, dovresti anche considerare quanto sarebbe difficile per te utilizzare le ventole canalizzate sui droni che dovrebbero essere leggeri e facili da trasportare. I condotti stessi aggiungono peso ai droni, che ora richiederebbero alle eliche di lavorare di più solo per fornire il sollevamento e la spinta di cui i droni hanno bisogno. Ciò rende più difficile per i produttori di droni progettare droni che possano essere sufficientemente leggeri quando utilizzano ventole intubate come eliche.
Nel frattempo, poiché sempre più droni mini e leggeri stanno diventando popolari perché puoi praticamente piegarli e le loro pale dell'elica per metterli all'interno della tua borsa, sarebbe abbastanza difficile per i droni con ventole canalizzate essere portatili. I condotti stessi dovrebbero occupare un sacco di spazio e non avrebbero un design facilmente pieghevole. E mentre le pale dell'elica tradizionali sono solitamente più lunghe delle pale di una ventola intubata, il fatto è che le pale dell'elica sulla maggior parte dei droni possono essere piegate in modo da poterle trasportare più facilmente. Questo è qualcosa che probabilmente non puoi fare con i ventilatori intubati a causa dei condotti.
Tutto sommato, le pale dell'elica tradizionali sono semplicemente molto più efficienti in termini di prestazioni e design rispetto alle ventole canalizzate quando si considera il loro utilizzo nei droni.
Quanta spinta produce una ventola canalizzata?
La spinta che un ventilatore intubato può produrre dipende fortemente da molti fattori diversi come il design dei condotti e la dimensione del ventilatore intubato stesso. In quanto tale, non esiste un numero specifico quando si tratta della spinta che un ventilatore intubato può produrre perché può dipendere interamente da come è stato realizzato e progettato.
Ad esempio, possiamo guardare un ventilatore canalizzato di 15 cm di diametro in modo da poter capire quanta spinta può produrre un ventilatore canalizzato più grande o più piccolo. Una ventola intubata da 15 cm (5,9 pollici) può probabilmente sollevare circa 4 kg (8,8 libbre) di massa. Ma puoi aumentare la sua capacità di spinta aumentando la solidità del rotore. In tal caso, la ventola intubata potrebbe essere in grado di sollevare da qualche parte vicino a 6 kg. Tuttavia, avresti bisogno di più ventole intubate di dimensioni simili se vuoi essere in grado di trasportare 10 o più chilogrammi.
Un altro buon esempio è il Martin Jetpack, che utilizza due ventole canalizzate che probabilmente hanno un diametro prossimo a circa 80 cm. Questo jetpack è sufficiente per sollevare una persona da terra ma non al punto da fornire effettivamente una verticalità sufficiente. Il Martin Jetpack non dice quanta spinta produce, ma potrebbe essere abbastanza buono perché può sollevare da terra un uomo di taglia media.