あなたがドローン愛好家なら、ほとんどのドローンは、ヘリコプターの動作と同じように、プロペラを使用して揚力を達成し、空中に浮かび上がるという意味で、かなり類似した設計になっていることをおそらくご存知でしょう。そうは言っても、なぜほとんどのドローンがこのように設計されており、ダクテッドファンなどの設計など、別の方法で推進するのではないのか疑問に思われるかもしれません。では、なぜドローンはダクテッドファンを使用しないのですか？
ダクテッドファンは、静的揚力のプロペラほど効率的ではありません。ブレードの直径が小さく、モーターのトルクが低く、RPMが高く、ファンブレードが多いため、必要な推力を提供できますが、これは、ドローンで使用した場合、プロペラブレードほど効率的ではないことを意味します。
ダクテッドファンがさまざまな飛行物体や空飛ぶ乗り物で使用されているのを見たことがあるかもしれません。ただし、これらのオブジェクトや車両とドローンには違いがあることも理解する必要があります。ドローンは、小型で軽量であるため、はるかに効率的に動作する必要があります。それでは、ドローンがダクテッドファンを使用しない理由についてもっと理解してみましょう。
ダクテッドファンはどの程度効果的ですか？
空中に上がるために一定レベルの推力を必要とするさまざまな飛行物体を見ているとき、それらを上に、そして彼らが行きたい方向に向かって推進するエンジンが必要であるという事実を考慮しなければなりません。これを行うための基本的な方法の1つは、高速で回転する従来のプロペラファンを使用して、航空機または車両を上向きに推進できるようにすることです。古典的なプロペラは、最初の飛行機を飛ばすために使用されたものでした。
ただし、航空機や飛行物体をプロペラする最も一般的な方法の1つは、ダクテッドファンです。ダクテッドファンは従来のプロペラファンのように見えますが、今では一連のより短く、より多くのファンブレードを収納するダクトがあります。基本的に、ダクテッドファンは、航空機が飛行するために必要なトルクと揚力を生成するために回転しますが、より高い回転速度で動作します。
したがって、基本的に、ダクテッドファンは、ブレードが短くて多く、ダクトがあることを除けば、通常のプロペラファンとよく似ていますが、実際には、ダクトレスプロペラブレードと比較してある程度有利です。 。
これは、ダクトがブレードによって生成される推力の損失を減らすことができるためです。一方、ダクトの断面を変更して、ベルヌーイの原理に従って気流の速度と圧力を変更および変更できるようにすることもできます。これが、ダクテッドファンが通常の飛行船やホバークラフトなどの最新バージョンの航空機でより一般的に使用されている理由です。
飛行物体にダクテッドファンを使用している場合に得られるその他の利点のいくつかを次に示します。
- プロペラブレードからのチップ損失は、ダクトによって減らすことができます。その場合、ダクテッドファンは、直径とサイズが類似しているプロペラでは不可能な推力を生成できるため、より効率的なレベルで動作できます。これは、航空機または物体が低速で高い静的推力レベルで飛行しているときに最もよく見られます。
- ダクトのサイズを正しい方法で変更できる場合は、ファンのサイズを調整して、プロペラよりも高い対気速度でより効率的なレベルで動作できるようにすることができます。 >
- もちろん、ダクテッドファンはプロペラよりも静かに動作します。これは、ダクトがブレードから発生する騒音を遮断すると同時に、先端速度を低下させるため、騒音の増加につながる可能性があるためです。
- 同じ推力レベルでは、ダクテッドファンはプロペラよりも小さくすることができます。これにより、同じ推力レベルを維持しながら、飛行中の航空機や物体でより小さなエンジンを使用できます。
- ダクテッドファンは、ダクトがプロペラブレードをシールドおよびカバーする方法により、ブレードが誰かまたは何かにぶつかる可能性が大幅に減少するため、地上での操作時に安全です。
したがって、ご覧のとおり、ダクテッドファンを使用する場合には特定の利点があります。言い換えれば、これらのプロペラはあらゆる種類の異なる飛行物体に対して非常に効果的であり、それがホバークラフトや航空機がプロペラファンよりもダクテッドファンを使用することを好む理由です。また、ターボジェットエンジンが導入された後も、より小型で低コストの飛行機は、より手頃な価格であるため、ダクテッドファンを使用しています。現在、ダクテッドファンを使用してさまざまなリモートコントロールモデルの航空機が推進されています。
ドローンがダクテッドファンを使用しないのはなぜですか？
今日、さまざまな愛好家によって使用されている最も人気のある最新モデルの航空機のいくつかは、ドローンです。
ほとんどのドローンがどのように構築されているかに気付くと、すぐにわかることの1つは、ドローンがダクテッドファンの代わりにプロペラブレードを使用していることです。そしてこの時点で、航空機や模型飛行機を推進するときにダクテッドファンがどれほど効果的であるかをすでに知っています。それで、これはなぜドローンがダクテッドファンさえ使用しておらず、従来のプロペラを使用しているのか不思議に思うかもしれませんか？
これを理解するために、ダクテッドファンの欠点を見てみましょう：
- 飛行物体が巡航レベルにある場合、または低推力レベルで動作している場合、これらは効率的に機能しません。
- ダクテッドファンを効率的に機能させるには、ブレードの先端とダクト自体の間に非常に小さな隙間を空ける必要があります。
- より高いRPMで動作し、必要な振動はごくわずかになる傾向があります。
- ダクトが軽い複合材料でできている場合でも、ダクトは飛行車両全体または物体全体に重量を加える可能性があります。
したがって、それを見ると、ほとんどのドローンがダクテッドファンを使用していない理由と、実際にダクテッドファンを使用しているドローンが少ない理由を非常に簡単に理解できます。 ドローンは低推力レベルで動作します。ドローンが飛行を維持するには、エンジンが常に低レベルの静的推力を提供できる必要があります。これにより、ダクテッドファンは低推力レベルではうまく機能しないため、非効率性が明らかになります。
もちろん、軽量で持ち運びが簡単なドローンでダクテッドファンを使用するのがどれほど難しいかについても考慮する必要があります。ダクト自体がドローンに重量を追加します。これにより、ドローンに必要な揚力と推力を提供するためだけに、プロペラがより強力に動作する必要があります。これにより、ドローンメーカーは、ダクテッドファンをプロペラとして使用するときに十分に軽量なドローンを設計することが難しくなります。
一方、ミニドローンやライトドローンは、基本的に折りたたんでバッグに入れることができるため、ダクテッドファン付きのドローンを持ち運びするのは非常に困難です。ダクト自体は1トンのスペースを占める必要があり、簡単に折りたためる設計にはなりません。また、従来のプロペラブレードは通常、ダクテッドファンのブレードよりも長いですが、ほとんどのドローンのプロペラブレードは折りたたむことができるため、持ち運びが簡単です。これは、ダクトがあるため、ダクテッドファンではおそらくできないことです。
全体として、従来のプロペラブレードは、ドローンでの使用を検討している場合、ダクテッドファンと比較すると、パフォーマンスと設計の点ではるかに効率的です。
ダクテッドファンはどのくらいの推力を生み出しますか？
ダクテッドファンが生成できる推力は、ダクトの設計やダクテッドファン自体のサイズなど、さまざまな要因に大きく依存します。そのため、ダクテッドファンが生成できる推力に関しては、製造方法と設計方法に完全に依存する可能性があるため、実際には特定の数値はありません。
例として、直径15 cmのダクテッドファンを見て、大きいまたは小さいダクテッドファンがどれだけの推力を生み出すことができるかを理解することができます。 5.9インチ（15 cm）のダクテッドファンは、おそらく約8.8ポンド（4 kg）の質量を持ち上げることができます。 ただし、ローターの堅牢性を高めることで、推力能力を高めることができます。その場合、ダクテッドファンは6kg近くまで持ち上げることができる可能性があります。ただし、10キログラム以上を運ぶことができるようにするには、同じサイズのダクテッドファンがもっと必要になります。
もう1つの良い例は、おそらく直径約80cmに近い2つのダクテッドファンを使用するMartinJetpackです。このジェットパックは、人を地面から持ち上げるのに十分ですが、実際に十分な垂直性を提供できるほどではありません。マーティンジェットパックは、それがどれだけの推力を生み出すかについては述べていませんが、平均的なサイズの男性を地面から持ち上げることができるので、かなり良いかもしれません。