การออกแบบและทดสอบประสิทธิภาพใบพัดประเภท Toroidal

บทคัดย่อ

การศึกษาและออกแบบใบพัดประเภท Toroidal สาหรับอากาศยานไร้คนขับมีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่ม ประสิทธิภาพในการสร้างแรงขับและลดเสียงรบกวนที่เกิดจากการใช้งาน โดยการศึกษาได้ทาการวิเคราะห์ ลักษณะรูปร่างของใบพัดและช่องว่างระหว่างใบพัดที่มีขนาด 50, 55, 60, 65, 70, 75 และ 80 มิลลิเมตร โดย ใช้วิธีการพลศาสตร์เชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics: CFD) ผ่านโปรแกรม Ansys เพื่อทาการ วิเคราะห์ผลการออกแบบ หลังจากนั้นทาการขึ้นรูปชิ้นงานด้วยการพิมพ์ 3 มิติ โดยใช้วัสดุ Standard resin และดาเนินการทดสอบแรงขับของใบพัด พร้อมทั้งวัดระดับความดังของเสียงที่เกิดขึ้นระหว่างการทางานของ ใบพัด เพื่อประเมินประสิทธิภาพในการลดเสียงรบกวนจากการใช้งานจริง โดยผลลัพธ์จากการศึกษาและ ออกแบบใบพัดประเภท Toroidal จากการออกแบบและทดสอบใบพัดใน 7 กรณี พบว่า ระยะห่างช่องว่าง ระหว่างใบพัดขนาด 80 มิลลิเมตร ให้แรงขับสูงสุดที่ 0.324 นิวตัน และมีระดับเสียงจากการใช้งานอยู่ที่ 61.1 เดซิเบล ซึ่งเป็นระดับเสียงที่ต่าที่สุดเมื่อเทียบกับกรณีอื่น ๆ ทั้ง 7 กรณี นอกจากนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับใบพัด แบบปกติ พบว่า ใบพัดประเภท Toroidal มีระดับเสียงจากการใช้งานที่ต่ากว่า เมื่อเปรียบเทียบผลจากการ วิเคราะห์ด้วยวิธีการพลศาสตร์เชิงคานวณ มีผลที่ค่อนข้างใกล้เคียงกันกับผลการทดสอบ ซึ่งสามารถนาไป คาดคะเนประสิทธิภาพแรงขับของใบพัดประเภท Toroidal ได้ คาสาคัญ: ใบพัดประเภท Toroidal / วิธีการพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ / แรงขับ / ระดับเสียงรบกวน ก Name Miss Rawisara Chansuk Miss Rattiyakorn Suwanthong Mr. Vachiravit Boonmee Mr. Chanakan Chaisawat Thesis Title Design and Performance Test of Toroidal Propellers Department Mechanical and Aerospace Engineering Advisor Asst.Prof. Boonchai Watjatrakul, Ph.D. Academic year 2024 Abstract The study and design of toroidal propellers for unmanned aerial vehicles aim to enhance thrust efficiency and reduce operational noise. This study analyzed the geometric characteristics of the propeller and the gaps between the blades, with gap sizes of 50, 55, 60, 6 5 , 7 0 , 7 5 , and 8 0 millimeters. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations were conducted using Ansys software to evaluate the design performance. Subsequently, the propeller’s was tested and the noise levels generated during operation were measured to assess its effectiveness in noise reduction. The findings from the study and design of the toroidal propeller, based on testing across seven different configurations, indicate that a blade gap of 8 0 millimeters provides the highest thrust at 0 . 3 2 4 Newtons. Furthermore, this configuration exhibits the lowest operational noise level at 6 1 . 1 decibels, making it the quietest among all tested cases. Additionally, when compared to conventional propellers, the toroidal propeller demonstrates a lower noise level during operation. The results obtained from Computational Fluid Dynamics closely align with the experimental results, confirming that CFD simulations can serve as a reliable tool for predicting the thrust efficiency of toroidal propellers. Keywords: Toroidal propellers / Computational Fluid Dynamics / Thrust / Noise level ข กิตติกรรมประกาศ ผลงานปริญญานิพนธ์สาเร็จลุล่วงไปได้ด้วยดีด้วยต้องขอกราบขอบพระคุณความอนุเคราะห์จาก ผศ. ดร.บุญชัย วัจจะตรากุล อาจารย์ที่ปรึกษาปริญญานิพนธ์ที่ได้ให้คาแนะนา และแนวทางการดาเนินงาน ตลอดจนแก้ไขข้อบกพร่องต่างๆมาตลอดจนปริญญานิพนธ์เล่มนี้เสร็จสมบูรณ์ ขอกราบขอบพระคุณท่านอาจารย์ที่กรุณาสละเวลามาเป็นกรรมการสอบปริญญานิพนธ์ทุกท่าน และ ให้คาแนะนาเพื่อให้ปริญญานิพนธ์เล่มนี้สมบูรณ์ยิ่งขึ้น ขอกราบขอบพระคุณ ผศ.ทศพร สุนทรเภสัช ที่ให้คาปรึกษาในเรื่องการจาลองด้วยวิธีพลศาสตร์ ของ ไหลเชิงคานวณโดยการใช้โปรแกรม Ansys ขอกราบพระคุณ ผศ.ดร.ภาคิน จาปาศักดิ์ ที่ให้ความอนุเคราะห์ในการให้ยืมเครื่องทดสอบ Thrust stand ในการทดสอบแรงขับของใบพัด ขอกราบขอบพระคุณ ผศ.ดร.ต้นคิด จันทรัศมี ที่ให้คาแนะนาในการเริ่มต้นการศึกษาการออกแบบ ใบพัดประเภท Toroidal ขอกราบขอบพระคุณ ผศ.ดร.กิตติชัย โศจิพันธุ์ ที่ให้ความอนุเคราะห์ในการใช้งานเครื่องพิมพ์สามมิติ สาหรับการขึ้นรูปชิ้นงานใบพัดประเภท Toroidal สุดท้ายนี้ คณะผู้จัดทาหวังว่าปริญญานิพนธ์เล่มนี้ จะเป็นประโยชน์แก่หน่วยงานที่เกี่ยวข้อง และผู้ที่ สนใจศึกษาต่อไป คณะผู้จัดทา รวิสรา จันทร์สุข รัตติยากร สุวรรณทอง วชิรวิชญ์ บุญมี ชนกันต์ ชัยสวัสดิ์ ค สารบัญ บทที่ 1 บทที่ 2 บทที่ 3 บทนำ 1 1.1 ที่มำและควำมสำคัญ 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงำน 1.3 ขอบเขต 1.4 ประโยชน์และผลที่คำดว่ำจะได้รับ 1.5 แผนกำรดำเนินงำนและงบประมำณ 1.5.1 หน้ำที่รับผิดชอบ 1.5.2 งบประมำณในกำรดำเนินงำน ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 2.1 บทความวิจัยที่เกี่ยวข้อง 2.2 ทฤษฎีและหลักกำรทำงำนของใบพัดแบบปกติ 2.2.1 ทฤษฎีเบื้องต้นและหลักกำรทำงำน 2.2.2 ข้อดีและข้อเสียของใบพัดแบบปกติ 2.3 ทฤษฎีและหลักกำรทำงำนของใบพัดประเภท Toroidal 2.3.1 ทฤษฎีเบื้องต้นและหลักกำรทำงำน 2.3.2 แรงขับที่เกิดขึ้นจำกใบพัดประเภท Toroidal 2.3.3 ข้อดีและข้อเสียของใบพัดประเภท Toroidal 2.4 อุปกรณ์สำหรับชุดทดสอบ 2.4.1 ตัวควบคุมควำมเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์ (ESC) 2.4.2 Load Cell 2 Kg และ Weight Sensor Amplifier Module (HX711) 2.4.3 เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (Temperature Sensor) 2.4.4 Magnetic Encoder sensors 2.4.5 Arduino Nano/ESP32 2.4.6 Motor 2.5 กำรวิเครำะห์ พลศำสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (Computational Fluid Dynamics:CFD) กำรออกแบบงำนวิจัยและวิธีกำรดำเนินงำน 3.1 ข้อกำหนดและข้อจำกัดในกำรออกแบบ 1 2 2 2 2 2 3 4 4 5 5 7 8 8 9 10 11 11 12 12 13 13 13 14 ง 15 15 สารบัญ(ต่อ) บทที่ 4 บทที่ 5 3.2 กำรออกแบบใบพัดประเภท Toroidal 15 3.2.1 วิธีดำเนินกำรออกแบบใบพัด Toroidal 3.2.2 กำรเลือก airfoil โดยพิจำรณำจำกข้อมูล 3.2.3 ขั้นตอนกำรออกแบบใบพัดประเภท Toroidal ในโปรแกรม SolidWorks 3.3 กำรวิเครำะห์กำรไหลของอำกำศด้วยวิธีพลศำสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) 3.3.1 ขั้นตอนกำรวิเครำะห์กำรไหลด้วยโปรแกรม Ansys 3.3.2 ตัวอย่ำงผลกำรวิเครำะห์ Simulation 3.4 อุปกรณ์และขัน้ ตอนกำรสร้ำงชุดวัดแรงขับ ผลกำรดำเนินงำนและผลกำรวิเครำะห์กำรทดสอบ กำรวิเครำะห์และทดสอบประสิทธิภำพใบพัด 4.1 กำรวิเครำะห์กำรไหลด้วยวิธีพลศำสตร์ของไหลเชิงคำนวณของใบพัด Toroidal 4.1.1 ควำมเร็วรอบ 1,000 รอบ/นำที 4.1.2 ควำมเร็วรอบ 2,000 รอบ/นำที 4.1.3 ควำมเร็วรอบ 3,000 รอบ/นำที 4.2 กำรวิเครำะห์ประสิทธิภำพของใบพัดประเภท Toroidal 4.3 กำรทดสอบและเปรียบเทียบผลกำรวิเครำะห์จำกใบพัดต้นแบบ 4.3.1 กำรสแกนใบพัดเพื่อสร้ำงแบบจำลอง 3 มิติ 4.3.2 กำรวิเครำะห์ผลของใบพัดต้นแบบด้วยวิธีพลศำสตร์ของไหลเชิงคำนวณ (CFD) 4.4 กำรขึ้นรูปชิ้นงำนใบพัดประเภท Toroidal ในแต่ละรูปแบบด้วยเครื่อง 3D Resin Printer 4.5 กำรทดสอบแรงขับโดยใช้เครื่อง Thrust stand 4.5.1 เปรียบเทียบผลกำรทดสอบและกำรทำ Simulation 4.6 กำรวัดระดับเสียง 4.6.1 อุปกรณ์กำรวัดระดับเสียง 4.6.2 ผลกำรวัดระดับเสียง 4.6.3 เปรียบเทียบระดับเสียงของใบพัดประเภท Toroidal กับใบพัดแบบปกติ สรุปผลกำรดำเนินงำน และข้อเสนอแนะ 5.1 สรุปผลกำรดำเนินงำน 5.2 ข้อเสนอแนะ 16 16 16 29 29 43 48 53 53 53 54 55 56 60 65 65 66 69 จ 73 74 76 76 76 77 79 79 80 สารบัญ(ต่อ) ภำคผนวก ก ภำคผนวก ข ผลกำรวิเครำะห์กำรไหลของอำกำศด้วยวิธีพลศำสตร์ของไหลเชิงคำนวณควำมเร็วรอบ ในช่วง 3000 RPM แรงขับและแรงบิดจำกกำรคำนวณในช่วงควำมเร็วรอบ 1,000-3,000 RPM สำหรับ ใบพัดประเภทToroidal จำนวน 2 และ 3 ใบพัด เอกสำรอ้ำงอิง 81 102 117 ฉ สารบัญตาราง ตำรำงที่ 1.1 ตำรำงที่ 1.2 ตำรำงที่ 1.3 ตำรำงที่ 1.4 ตำรำงที่ 1.5 ตำรำงที่ 3.2.1 ตำรำงที่ 4.1.1 ตำรำงที่ 4.1.2 ตำรำงที่ 4.1.3 ตำรำงที่ 4.1.4 ตำรำงที่ 4.1.5 ตำรำงที่ 4.1.6 ตำรำงที่ 4.1.7 ตำรำงที่ 4.1.8 ตำรำงที่ 4.1.9 ตำรำงที่ 4.1.10 ตำรำงที่ 4.1.11 ตำรำงที่ 4.1.12 ตำรำงที่ 4.3.1 ตำรำงที่ ก.1 ตำรำงที่ ก.2 ตำรำงที่ ก.3 ตำรำงที่ ก.4 ตำรำงที่ ก.5 ตำรำงที่ ก.6 ตำรำงที่ ก.7 แผนกำรดำเนินงำน แผนกำรดำเนินงำน Progress I แผนกำรดำเนินงำน Progress II แผนกำรดำเนินงำน Final รำยละเอียดงบประมำณ ตำรำงแสดงควำมยำว Chord และ Pitch Angle ณ ตำแหน่งนั้น ๆ ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm เปรียบเทียบผลกำรวิเครำะห์ CFD และกำรทดสอบจริง ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ช 3 3 3 3 3 17 54 54 55 55 56 56 57 57 58 58 59 59 68 84 87 89 92 95 98 101 สารบัญตาราง(ต่อ) ตำรำงที่ ข.1 ตำรำงที่ ข.2 ตำรำงที่ ข.3 ตำรำงที่ ข.4 ตำรำงที่ ข.5 ตำรำงที่ ข.6 ตำรำงที่ ข.7 ตำรำงที่ ข.8 ตำรำงที่ ข.9 ตำรำงที่ ข.10 ตำรำงที่ ข.11 ตำรำงที่ ข.12 ตำรำงที่ ข.13 ตำรำงที่ ข.14 ตำรำงที่ ข.15 ตำรำงที่ ข.16 ตำรำงที่ ข.17 ตำรำงที่ ข.18 ตำรำงที่ ข.19 ตำรำงที่ ข.20 ตำรำงที่ ข.21 ตำรำงที่ ข.22 ตำรำงที่ ข.23 ตำรำงที่ ข.24 ตำรำงที่ ข.25 ตำรำงที่ ข.26 ตำรำงที่ ข.27 ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 50 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 50 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 60 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 75 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 80 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 50 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 55 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 60 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 75 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 80 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 50 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 55 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 60 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 75 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 80 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 65 mm. ผลลัพธ์กำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่ำง 70 mm. ซ 103 103 104 104 105 105 106 106 107 107 108 108 109 109 110 110 111 111 112 112 113 114 114 115 115 116 116 สารบัญรูปภาพ ภำพที่ 2.1.1 ภำพที่ 2.1.2 ภำพที่ 2.2.1 ภำพที่ 2.2.2 ภำพที่ 2.3.1 ภำพที่ 2.3.2 ใบพัดประเภท Toroidal ที่ติดตั้งกับโดรนเพื่อทดสอบ ควำมต่ำงของใบพัดประเภท Toroidal แต่ละแบบ องค์ประกอบแต่ละส่วนของใบพัดแบบปกติ กำรสร้ำงแรงขับของใบพัด ลักษณะของใบพัดประเภท Toroidal กำรไหลวนของอำกำศบริเวณส่วนปลำยใบพัดแบบปกติ(ซ้ำย) เปรียบเทียบ กับใบพัดประเภท Toroidal(ขวำ) ภำพที่ 2.3.3 ตำแหน่งของ Airfoils ที่ใช้ในแบบจำลองของใบพัดประเภท Toroidal ภำพที่ 2.3.4 ตัวอย่ำง Airfoil e193-il ที่ใช้ในกำรขึ้นรูปใบพัด ภำพที่ 2.3.5 กำรสร้ำงแรงขับของใบพัด ภำพที่ 2.4.1 ชุดกำรทดสอบ ภำพที่ 2.4.2 แผงวงจร ESC ภำพที่ 2.4.3 แผงวงจร Load Cell และ HX711 ภำพที่ 2.4.4 แผงวงจร Temperature Sensor ภำพที่ 2.4.5 แผงวงจร Magnetic Encoder sensors ภำพที่ 2.4.6 Arduino Nano/ESP32 ภำพที่ 2.4.7 Motor ภำพที่ 2.5.1 แสดงผลของ Vorticity surfaces, (a) Flat cross-section, and (b) Airfoil cross-section. ภำพที่ 3.2.1 ขั้นตอนกำรออกแบบใบพัดประเภท Toroidal ภำพที่ 3.2.2 ภำพแสดงระยะ Chord, Pitch angle, ระยะช่องว่ำงระหว่ำงใบพัด ภำพที่ 3.2.3 Airfoil e193-il ภำพที่ 3.2.4 Pitch และมุมพลศำสตร์ของใบพัด ภำพที่ 3.2.5 รูปทรง Airfoil e193-il ภำพที่ 3.2.6 กำรนำ Airfoil เข้ำโปรแกรม Solidworks ภำพที่ 3.2.7 กำรนำ Airfoil เข้ำ Curve File ภำพที่ 3.2.8 ทำกำรสร้ำง Hub ภำพที่ 3.2.9 กำหนดค่ำ Extrude hub ภำพที่ 3.2.10 ระยะในกำรออกแบบ ภำพที่ 3.2.11 กำรสร้ำงเส้น Arc ฌ 4 5 5 6 8 9 9 9 10 11 12 12 12 13 13 13 14 15 16 16 17 18 18 19 19 19 20 20 สารบัญรูปภาพ(ต่อ) ภำพที่ 3.2.12 ภำพที่ 3.2.13 ภำพที่ 3.2.14 ภำพที่ 3.2.15 ภำพที่ 3.2.16 ภำพที่ 3.2.17 ภำพที่ 3.2.18 ภำพที่ 3.2.19 ภำพที่ 3.2.20 ภำพที่ 3.2.21 ภำพที่ 3.2.22 ภำพที่ 3.2.23 ภำพที่ 3.2.24 ภำพที่ 3.2.25 ภำพที่ 3.2.26 ภำพที่ 3.2.27 ภำพที่ 3.2.28 ภำพที่ 3.2.29 ภำพที่ 3.2.30 ภำพที่ 3.2.31 ภำพที่ 3.2.32 ภำพที่ 3.2.33 ภำพที่ 3.3.1 ภำพที่ 3.3.2 ภำพที่ 3.3.3 ภำพที่ 3.3.4 ภำพที่ 3.3.5 ภำพที่ 3.3.6 ภำพที่ 3.3.7 กำรกด Vertical ณ จุดบริเวณด้ำนใน Hub กำรกด Symmetric บริเวณเส้นโค้งรอบนอกของใบพัด กำรใส่ fillet ที่บริเวณปลำยใบพัด กำรใส่ Dimension ที่ทำกำรออกแบบ ณ ตำแหน่งนั้นๆ การสร้าง Plane กำร Convert Airfoil กำร Move Entities ของ Airfoil กำร Rotate Airfoil กำรสร้ำง Plane 2 กำรสร้ำง Airfoil ที่ Plane 2 การสร้าง Plane 3 การสร้าง Airfoil ที่ Plane 3 การสร้างวงรีที่บริเวณ Front plane ที่บริเวณปลายของใบพัด กำรสร้ำง Plane 4 กำรสร้ำง Airfoil ที่ Plane 4 กำรสร้ำง Plane 5 กำรสร้ำง Airfoil ที่ Plane 5 รูปการกด Boundary Boss/Base เพื่อขึ้นรูปใบพัด การสร้างใบพัดประเภท Toroidal ใบพัดประเภท Toroidal กำรปรับขนำดช่องว่ำงตรงกลำงของใบพัดประเภท Toroidal ขนำด 65 มม. กำรปรับขนำดช่องว่ำงตรงกลำงของใบพัดประเภท Toroidal ขนำด 80 มม. หน้าต่างการวิเคราะห์ Fluid Flow (Fluent) หน้าต่างเมนูการใช้งาน Geometry การตั้งค่า Encloser สำหรับ Moving reference frame การตั้งค่า Encloser สำหรับ Environment การตั้งค่า Boolean สำหรับ Rotate การตั้งค่า Boolean สำหรับ Environment หน้ำต่ำง Ansys Workbench ญ 20 21 21 21 22 22 22 23 23 23 24 24 24 25 25 26 26 27 27 27 28 28 29 29 30 30 31 32 32 สารบัญรูปภาพ(ต่อ) ภำพที่ 3.3.8 ภำพที่ 3.3.9 ภำพที่ 3.3.10 ภำพที่ 3.3.11 ภำพที่ 3.3.12 ภำพที่ 3.3.13 ภำพที่ 3.3.14 ภำพที่ 3.3.15 ภำพที่ 3.3.16 ภำพที่ 3.3.17 ภำพที่ 3.3.18 ภำพที่ 3.3.19 ภำพที่ 3.3.20 ภำพที่ 3.3.21 ภำพที่ 3.3.22 ภำพที่ 3.3.23 ภำพที่ 3.3.24 ภำพที่ 3.3.25 ภำพที่ 3.3.26 ภำพที่ 3.3.27 ภำพที่ 3.3.28 กำร Create Name Selection ของส่วนต่ำง ๆ กำรตั้งค่ำ Details of Mesh กำรตั้งค่ำ Mesh “Sizing” กำรตั้งค่ำ Mesh “Inflation” กำรตั้งค่ำ Mesh “Sizing” section view ภำยใน Moving Reference Fame Mesh independent ของ Airfoil ผลกำร Mesh ของ Environment หน้ำต่ำง Ansys Workbench กำรตั้งค่ำ General กำรตั้งค่ำ Model กำรตั้งค่ำคุณสมบัติของวัสดุ การตั้งค่า Cell-Zone Condition กำรตั้งค่ำ Boundary Condition ส่วนของ inlet กำรตั้งค่ำ Boundary Condition ส่วนของ wall กำรตั้งค่ำ Boundary Condition ส่วนของ propeller กำรตั้งค่ำ Boundary Condition ส่วนของ outlet กำรตั้งค่ำ Solution Method กำรตั้งค่ำ Initialization กำรตั้งค่ำ Run Calculation แสดงผลควำมละเอียดของผิวและ Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal 2 ใบพัด ระยะช่องว่ำงระหว่ำงใบพัด 65 mm และ 70 mm ตำมลำดับ ภำพที่ 3.3.29 แสดงผลควำมละเอียดของผิวและ Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal 2 ใบพัด ระยะช่องว่ำงระหว่ำงใบพัด 65 mm และ 70 mm ตำมลำดับ ภำพที่ 3.3.30 แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal ภำพที่ 3.3.31 แสดงผล Path line-Particle ฎ 33 33 34 34 35 35 36 36 36 37 37 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 43 44 44 สารบัญรูปภาพ(ต่อ) ภำพที่ 3.3.32 ภำพที่ 3.3.33 ภำพที่ 3.3.34 ภำพที่ 3.3.35 ภำพที่ 3.3.36 ภำพที่ 3.3.37 ภำพที่ 3.3.38 ภำพที่ 3.3.39 ภำพที่ 3.4.1 ภำพที่ 3.4.2 ภำพที่ 3.4.3 ภำพที่ 3.4.4 ภำพที่ 3.4.5 ภำพที่ 3.4.6 ภำพที่ 3. 4.7 ภำพที่ 3.4.8 ภำพที่ 3.4.9 ภำพที่ 3.4.10 ภำพที่ 3.4.11 ภำพที่ 3.4.12 ภำพที่ 3.4.13 ภำพที่ 4.1.1 ภำพที่ 4.1.2 ภำพที่ 4.1.3 ภำพที่ 4.1.4 ภำพที่ 4.1.5 ภำพที่ 4.1.6 ภำพที่ 4.1.7 ภำพที่ 4.1.8 แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal แสดงผล Path line-Particle แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal แสดงผล Path line-Particle แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal แสดงผล Path line-Particle ผลกำรคำนวณค่ำของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 และ 3 ใบพัด กรำฟวิเครำะห์ประสิทธิภำพของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 และ 3 ใบพัด โครงฉำกที่ใช้รับแรง motor Peak 2212-1400KV รีโมทควบคุม Flysky FS-i6X ตัวรับสัญญำณ (receiver) Battery Enrich Power 3S ตัวควบคุมควำมเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์ (ESC 30A) เครื่องชั่งดิจิตอล เครื่องวัดควำมเร็วรอบ ฐำนของ Test stand กำรยึดมอเตอร์เข้ำกับฐำนมอเตอร์ ติดตั้งเครื่องชั่งน้ำหนักดิจิตอล กำรเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมควำมเร็วรอบ เชื่อมต่อแบตเตอรีสำหรับกำรใช้งำน กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ฏ 45 45 45 46 46 46 48 48 49 49 49 50 50 50 50 51 51 51 52 52 52 54 54 55 55 56 56 57 57 สารบัญรูปภาพ(ต่อ) ภำพที่ 4.1.9 ภำพที่ 4.1.10 ภำพที่ 4.1.11 ภำพที่ 4.1.12 ภำพที่ 4.2.1 กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ผลกำรคำนวณค่ำของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 และ 3 ใบพัด ที่ควำมเร็วรอบ 1,000, 2,000 และ 3,000 RPM ภำพที่ 4.2.2 กรำฟกำรวิเครำะห์ประสิทธิภำพของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 และ 3 ใบพัดที่ควำมเร็วรอบ 1,000, 2,000 และ 3,000 RPM ภำพที่ 4.3.1 ใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ภำพที่ 4.3.2 แบบจำลอง 3 มิติ จำกเครื่อง 3D Scan ภำพที่ 4.3.3 แบบจำลอง 3 มิติที่ทำกำรปูพื้นผิวใหม่ ภำพที่ 4.3.4 กรำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ภำพที่ 4.3.5 กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ภำพที่ 4.3.6 กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ภำพที่ 4.3.7 แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ภำพที่ 4.3.8 Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ภำพที่ 4.3.9 Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ภำพที่ 4.3.10 Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ภำพที่ 4.4.1 แบบจำลองภำยในโปรแกรม Photon WorkShop ภำพที่ 4.4.2 กำรเชื่อมต่อกับเครื่อง 3D Resin Printer Photon mono X ภำพที่ 4.4.3 กำรผสมวัดุ Resin ภำพที่ 4.4.4 กำรขึ้นรูปชิ้นงำนโดยเครื่อง 3D Resin Printer Photon mono X ภำพที่ 4.4.5 กำรทำควำมสะอำดใบพัด ภำพที่ 4.4.6 กำรอบชิ้นงำนด้วยรังสี UV ภำพที่ 4.4.7 ใบพัดจริงหลังจำกกำรขัดผิว ภำพที่ 4.4.8 ใบพัดประเภท Toroidal รูปแบบ 2 ใบพัดที่จัดสร้ำงขึ้น ภำพที่ 4.4.9 ใบพัดประเภท Toroidal รูปแบบ 3 ใบพัดที่จัดสร้ำงขึ้น ภำพที่ 4.5.1 ผลกำรคำนวนค่ำ Thrust coefficient จำกกำรทดสอบ ฐ 58 58 59 59 61 62 65 65 66 66 66 67 67 67 68 68 69 69 70 70 70 71 71 72 72 73 สารบัญรูปภาพ(ต่อ) ภำพที่ 4.5.2 ภำพที่ 4.5.3 ภำพที่ 4.5.4 ภำพที่ 4.6.1 ภำพที่ 4.6.2 ภำพที่ 4.6.3 ภำพที่ 4.6.4 ภำพที่ ก.1 ภำพที่ ก.2 ภำพที่ ก.3 ภำพที่ ก.4 ภำพที่ ก.5 ภำพที่ ก.6 ภำพที่ ก.7 ภำพที่ ก.8 ภำพที่ ก.9 ภำพที่ ก.10 ภำพที่ ก.11 ภำพที่ ก.12 ภำพที่ ก.13 ภำพที่ ก.14 ภำพที่ ก.15 ผลกำรเปรียบเทียบที่ควำมเร็ว 1,000 รอบ/นำที ผลกำรเปรียบเทียบที่ควำมเร็ว 2,000 รอบ/นำที ผลกำรเปรียบเทียบที่ควำมเร็ว 3,000 รอบ/นำที แอปพลิเคชัน Phyphox ฟังก์ชันที่ใช้วัดผล กำรวัดระดับเสียงใบพัดประเภท Toroidal จำกกำรใช้ Audio Amplitude กำรเปรียบเทียบระดับเสียงของใบพัดประเภท Toroidal กับใบแบบ ปกติ กรำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพั Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด รำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด ฑ 74 75 75 76 76 77 77 82 82 83 83 83 84 84 85 85 85 86 86 86 87 87 สารบัญรูปภาพ(ต่อ) ภำพที่ ก.16 ภำพที่ ก.17 ภำพที่ ก.18 ภำพที่ ก.19 ภำพที่ ก.20 ภำพที่ ก.21 ภำพที่ ก.22 ภำพที่ ก.23 ภำพที่ ก.24 ภำพที่ ก.25 ภำพที่ ก.26 ภำพที่ ก.27 ภำพที่ ก.28 กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ก) กรำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) กรำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด (ก) กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด (ก) Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) Contour ของ Static Pressure ของใบพัด ประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด (ก) Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด (ก) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด ฒ 88 88 88 89 89 89 90 90 90 91 91 92 92 สารบัญรูปภาพ(ต่อ) ภำพที่ ก.29 ภำพที่ ก.30 ภำพที่ ก.31 ภำพที่ ก.32 ภำพที่ ก.33 ภำพที่ ก.34 ภำพที่ ก.35 ภำพที่ ก.36 ภำพที่ ก.37 ภำพที่ ก.38 ภำพที่ ก.39 ภำพที่ ก.40 ภำพที่ ก.41 ภำพที่ ก.42 ภำพที่ ก.43 (ก) กรำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) กรำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด (ก) กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด (ก) กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด (ก) Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) Contour ของ Static Pressure ของใบพัด ประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด (ก) Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด (ก) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด กรำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด ณ 93 93 93 94 94 95 95 96 96 96 97 97 97 98 98 สารบัญรูปภาพ(ต่อ) ภำพที่ ก.44 ภำพที่ ก.45 ภำพที่ ก.46 ภำพที่ ก.47 ภำพที่ ก.48 ภำพที่ ก.49 ภำพที่ ข.1 ภำพที่ ข.2 ภำพที่ ข.3 ภำพที่ ข.4 ภำพที่ ข.5 ภำพที่ ข.6 ภำพที่ ข.7 ภำพที่ ข.8 ภำพที่ ข.9 ภำพที่ ข.10 ภำพที่ ข.11 ภำพที่ ข.12 ภำพที่ ข.13 ภำพที่ ข.14 ภำพที่ ข.15 ภำพที่ ข.16 ภำพที่ ข.17 ภำพที่ ข.18 ภำพที่ ข.19 ภำพที่ ข.20 กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด (ข) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 3 ใบพัด Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จำนวน 2 ใบพัด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ด 99 99 99 100 100 100 103 103 104 104 105 105 106 106 107 107 108 108 109 109 110 110 111 111 112 112 สารบัญรูปภาพ(ต่อ) ภำพที่ ข.21 ภำพที่ ข.22 ภำพที่ ข.23 ภำพที่ ข.24 ภำพที่ ข.25 ภำพที่ ข.26 ภำพที่ ข.27 กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด กรำฟแสดงผลกำรวิเครำะห์แรงขับและแรงบิด ต 113 113 114 114 115 115 116 บทที่ 1 บทนา 1.1 ที่มาและความสาคัญของโครงงานวิศวกรรม เนื่ อ งจากใบพั ด เป็ น องค์ป ระกอบสาคั ญ ด้า นการบิน โดยใบพั ด แบบปกติ มี การใช้อ ย่าง แพร่หลายมานานหลายปี ในปัจจุบันมีการพัฒนาประสิทธิภาพของใบพัดให้สูงมากขึ้น โดยใบพัด ประเภท Toroidal แสดงถึงการออกแบบที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งได้รับความสนใจมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปี ที่ผ่านมา ออกแบบขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพแรงขับและลดเสียงที่มากขึ้น จึงเริ่มได้รับความนิยมในการ ใช้กับอากาศยานแบบไร้คนขับอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน การออกแบบใบพัดประเภท Toroidal มี ลักษณะที่แตกต่างกับใบพัดแบบปกติ โดยการออกแบบใบพัดประเภทนี้เน้นส่วนสาคัญในการลดเสียง จากการใช้งานและเพิ่มประสิทธิภาพแรงขับ ถูกเสนอโดยนักวิจัยจาก MIT Lincoln Laboratory [1] โดยการออกแบบจะมีลักษณะเป็นใบพัดสองใบเชื่อมต่อกันในโครงสร้างคล้ายห่วง ซึ่งนักวิจัยมีแนวคิด ว่าใบพัดในลักษณะนี้สามารถช่วยลดเสียงรบกวนได้อย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกับใบพัดแบบ ปกติ เนื่องด้วยใบพัดประเภท Toroidal มีรูปลักษณ์ของใบพัดที่เป็นเอกลักษณ์ซึ่งส่งเสริมให้พลศาสตร์ของ ไหลดีขึ้น และลดค่าการสูญเสียที่เกิดจากการไหลวนของอากาศและการเกิดกึ่งสูญญากาศที่ส่วนปลาย ใบพัดประเภทนี้มีข้อโดดเด่นทางอากาศพลศาสตร์แต่มีข้อด้อยในเรื่องของน้าหนักที่เพิ่มมากขึ้น เนื่องจากมีรูปทรงที่ซับซ้อนและปริมาณวัสดุที่เพิ่มขึ้น การพัฒนาและการใช้งานอากาศยานไร้คนขับ จะพบว่าเสียงจากใบพัดเป็นปัญหาที่สาคัญ คณะผู้จัดทาจึงมีแนวคิดในการศึกษาออกแบบและทดสอบใบพัดประเภท Toroidal รูปแบบต่าง ๆ ที่ สามารถลดเสียงได้แต่ยังคงสร้างแรงขับได้ ดี เพื่อพัฒนาประสิทธิภาพแรงขับและลดเสียงรบกวนจาก ใบพัดของ UAV โดยจะทาการวิเคราะห์ด้วย CFD และสร้างเป็นชุดทดสอบขนาดเล็กสาหรับโครงงาน นี้ 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน 1) เพื่อศึกษาหลักการและทฤษฎีการทางานของใบพัดประเภท Toroidal และใบพัดแบบปกติ 2) เพื่อออกแบบและวิเคราะห์เกี่ยวกับการไหลของใบพัดประเภท Toroidal ในการสร้างแรงขับ 3) เพื่อทดสอบและเปรียบเทียบประสิทธิภาพแรงขับและเสียงระหว่างใบพัดประเภท Toroidal กับ ใบพัดแบบปกติ 1.3 ขอบเขต 1.3.1 เพื่อศึกษาหลักการและทฤษฎีการทางานของใบพัดประเภท Toroidal และใบพัดแบบปกติ 1) ศึกษาทฤษฎี หลักการทางานและคุณสมบัติทางอากาศพลศาสตร์ ของใบพัดประเภท Toroidal 2) ศึกษาทฤษฎี หลักการทางานและคุณสมบัติทางอากาศพลศาสตร์ของใบพัดแบบปกติ 1.3.2 เพื่อออกแบบและวิเคราะห์ใบพัดประเภท Toroidal 1) ศึกษารูปแบบของใบพัดประเภท Toroidal แต่ละลักษณะเพื่อใช้ในการออกแบบ 2) ออกแบบใบพัดประเภท Toroidal ในรูปลักษณ์ที่แตกต่างกัน 3) วิเคราะห์การไหลของอากาศด้วยวิธี พลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) เพื่อหาแรงขับ จากใบพัดประเภท Toroidal 1.3.3 เพื่อทดสอบประสิทธิภาพและเปรียบเทียบใบพัดประเภท Toroidal และใบพัดแบบปกติ 1) สร้างชิ้นงานและชุดทดสอบในการหาประสิทธิภาพการทางานของใบพัด Toroidal และ แบบปกติ 2) ทดสอบและเปรียบเทียบประสิทธิภาพการทางานของใบพัดประเภท Toroidal และแบบ ปกติ 1.4 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ สามารถสร้างใบพัดที่ให้ประสิทธิภาพดีขึ้นในด้านแรงขับ ด้านคุณสมบัติทางอากาศพลศาสตร์ และการลดเสียงรบกวนที่เกิดจากใบพัด เพื่อนามาใช้สาหรับอากาศยานไร้คนขับที่ต้องการทางานแบบ ลดเสียงรบกวนและยังสามารถคงประสิทธิภาพการทางานได้เทียบเท่าใบพัดแบบปกติ 1.5 แผนการดาเนินงานและงบประมาณ 1.5.1 หน้าที่รับผิดชอบ นางสาวรวิสรา จันทร์สุข นางสาวรัตติยากร สุวรรณทอง นายวชิรวิชญ์ บุญมี นายชนกันต์ ชัยสวัสดิ์ 2 รับผิดชอบ Phase 1 Proposal, Final รับผิดชอบ Phase 2 Progress I, Final รับผิดชอบ Phase 3 Progress II, Final รับผิดชอบ Phase 4 Progress I ตารางที่ 1.1 แผนการดำเนินงาน ตารางที่ 1.2 แผนการดาเนินงาน Progress I ตารางที่ 1.3 แผนการดาเนินงาน Progress II ตารางที่ 1.4 แผนการดาเนินงาน Final 1.5.2 งบประมาณในการดาเนินงาน ตารางที่ 1.5 รายละเอียดงบประมาณ รายละเอียด ค่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ค่าอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง ค่าวัสดุในการขึ้นรูปใบพัด ค่าบริการเครื่อง 3D Scanner งบประมาณรวม 3 งบประมาณ (บาท) 705 2,550 1,926 500 5,681 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง การจัดทาปริญญานิพนธ์การศึกษา ออกแบบและทดสอบการทางานของใบพัดประเภท Toroidal เพื่อนามาประยุกต์ใช้ในอากาศยานไร้คนขับ คณะผู้จัดทาได้นาบทปริทัศน์วรรณกรรม หลัก วิชาการและแนวคิด ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องเข้ามาใช้เป็นกรอบแนวคิดในการปฏิบัติ งานได้ตามบรรลุตาม วัตถุประสงค์ที่กาหนดไว้ ดังนี้ 2.1 บทความวิจัยที่เกี่ยวข้อง MIT LINCOLN Laboratory [1] ริเริ่มทาการออกแบบใบพัดประเภท Toroidal โดยจัดทาขึ้น เพื่อนาไปใช้กับอากาศยานไร้คนขับ (UAV) มีวัตถุประสงค์คือลดเสียงรบกวนจากการทางานของใบพัด และสร้างแรงขับได้เทียบเท่าใบพัดแบบปกติ การออกแบบใบพัดมีจานวนใบพัด 2 ใบด้วยกัน ลักษณะ ของใบพัดมีรูปร่างคล้ายวงแหวนเพื่อลดการไหลวนของอากาศ (Vortex) ซึ่งเป็นปัจจัยหลักที่ทาให้เกิด เสียงรบกวน จากการสร้างและทดสอบประสิทธิภาพการทางานโดยเปรียบเทียบกับใบพัด แบบปกติ พบว่าใบพัดประเภท Toroidal ช่วยลดเสียงที่เกิดขึ้นได้อย่างมาก ภาพที่ 2.1.1 ใบพัดประเภท Toroidal ที่ติดตั้งกับโดรนเพื่อทดสอบ [1] Hannah Jansen [2] ออกแบบใบพัดประเภท Toroidal โดยศึกษาความกว้างของช่องว่าง ระหว่างใบพัดและจานวนใบพัดที่ส่งผลต่อแรงขับและเสียงรบกวน สร้างแบบจาลองและวิเคราะห์การ ไหลของอากาศด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) ซึ่งแบ่งกลุ่มในการทดสอบประสิทธิภาพ ได้แก่ 1. เปรียบเทียบความแตกต่างจากความกว้างของช่องว่างระหว่างใบพัด ออกแบบใบพัด 3 ขนาด คือ 15 mm, 25 mm, 35 mm ผลลัพธ์ที่ได้จากการทดสอบคือใบพัดที่มีช่องว่างระหว่างใบพัด มากสามารถสร้างแรงขับได้สูงแต่เสียงรบกวนที่เกิดขึ้นมีระดับที่ใกล้เคียงกัน 2. เปรียบเทียบความ แตกต่างของจานวนใบพัด ออกแบบใบพัด 3 รูปแบบ ได้แก่ จานวน 2, 3 และ 4 ใบพัด 4 โดยผลลัพธ์ที่ได้จากการทดสอบพบว่าเมื่อมีจานวนใบพัดที่มากขึ้นจะสามารถสร้างแรงขับได้ สูง ในด้านเสียงรบกวนใบพัดที่มีจานวนใบพัด 2 ใบ จะส่งเสียงรบกวนน้อยเมื่อใช้ความเร็วต่าแต่มี ระดับเสียงที่ใกล้เคียงกันกับจานวนใบพัด 3 และ 4 ใบ เมื่อทางานที่ความเร็วสูง ภาพที่ 2.1.2 ความต่างของใบพัดประเภท Toroidal แต่ละแบบ [2] 2.2 ทฤษฎีและหลักการทางานของใบพัดแบบปกติ 2.2.1 ทฤษฎีเบื้องต้นและหลักการทางาน ใบพัดโดยทั่วไปจะถูกสร้างจากการอ้างอิง Airfoils โดยนา Airfoils มาสร้างตามความยาวที่ ต้องการ ซึ่งวัตถุประสงค์หลักที่ใบพัดถูกสร้างขึ้นมาเพื่อสร้างแรงขับ (Thrust) โดยบริเวณฐานของ ใบพัดจะถูกสร้างให้เชื่อมกับจุดศูนย์กลางที่เป็นตัวเชื่อมของเพลา (Hub) และบริเวณเพลาจะสร้างให้มี ลักษณะคล้ายวงกลมเพื่อใช้ติดตั้งกับเครื่องยนต์ ซึ่งความต่างของใบพัดมาจาก Airfoils ที่เลือก เพื่อ เสริมความแข็งแรงของใบพัด ซึง่ จะขึ้นรูปใบพัดโดยการเลียนแบบคานยื่น โดยด้านปลายของใบพัดถูก ออกแบบมาให้มีความบางเล็กและมีความโค้งมน โดยองค์ประกอบแต่ละส่วนของใบพัด ได้แก่ Blade tip, Trailing edge, Leading edge, Hub, Propeller information และ Back of blade ดังแสดง ในภาพที่ 2.2.1 ภาพที่ 2.2.1 องค์ประกอบแต่ละส่วนของใบพัดแบบปกติ [3] โดยส่วนปลายจะไม่ได้มีความสาคัญมากต่อการสร้างแรงขับ แต่การออกแบบด้านปลายให้มี ลักษณะโค้งมนคล้ายวงกลมมากที่สุด เพื่อลดการสูญเสียที่เกี่ยวข้องกับการไหลด้านปลายใบพัด บริเวณด้านขอบหน้าของใบพัดจะมีความโค้งเพื่อเพิ่ม พื้นที่ และเมื่อ มีพื้นที่หน้าตัดของใบพัดมาก อากาศจะเกิดการไหลผ่าน และสามารถสร้างแรงยกได้มากขึ้น บริเวณด้านหลัง ของใบพัดจะมีความ โค้งน้อยเพื่อลดการเกิดแรงเสียนทานเมื่อมีอากาศไหลผ่าน ซึ่งใบพัดจะมีมุมบิด โดยจะถูกกาหนดใน 5 แต่ละ Airfoils โดยมุมบิดบริเวณฐานของใบพัดจะมีค่ามากกว่าส่วนปลายใบพัด เพื่อที่จะทาให้ใบพัดมี ประสิทธิภาพสูงสุดในแต่ละช่วงของการไหลของอากาศ ซึ่งการที่จะสร้างแรงขับออกมาได้เกิดจากการ หมุนของใบพัดและเมื่อเกิดอากาศไหลผ่านก็จะทาให้เกิดแรงขับและแรงยก ซึง่ ส่วนที่ควบคุมการหมุน ของใบพัดคือเพลา และ ส่วนที่ควบคุมเพลาให้หมุนคือ มอเตอร์หรือเครื่องยนต์ จากการพิจารณา เมื่อใบพัดกระทบกับอากาศจากการที่ใบพัดมีมุมบิดจะทาให้ ความเร็วของ ลมกระทบกับอากาศในมุมนั้น ๆ ทาให้เกิดแรงขับ (Thrust) ดังแสดงในภาพที่ 2.2.2 ภาพที่ 2.2.2 การสร้างแรงขับของใบพัด [4] การทางานของใบพัดโดยปกติแล้วนั้นจะเกิดเสียงรบกวนขณะทางาน โดยทั่วไปเสียงที่เกิด จากใบพัดจะถูกแยกออกเป็น 2 ส่วนเรียกว่า ส่วนประกอบการหมุนและส่วนประกอบของการไหลวน ของอากาศ (Vortex) ซึ่งสามารถสรุปปัจจัยที่เกี่ยวข้องได้ ดังนี้ 1. Rotation noise คือการรบกวนหรือสัญญาณรบกวนที่เกิดขึ้นเมื่อมีการหมุนหรือการเปลี่ยนแปลง ทิศทางขณะทางาน 2. Interaction and distortion effects คือ ผลกระทบที่เกิดขึ้นเมื่อแรงหรืออากาศไหลจากส่วนหนึ่ง ของระบบมีปฏิสัมพันธ์กับแรงหรืออากาศไหลจากอีกส่วนหนึ่งของระบบ และการไหลแบบผิดปกติ ของอากาศบริเวณนั้น ๆ 3. Vortex noise คือเสียงรบกวนที่เกิดจากการไหลวนของอากาศ (Vortex) ซึ่งสามารถเกิดขึ้นใน ใบพัดส่วนใหญ่ 4. Turbulence-induced noise คือเสียงรบกวนที่เกิดจาก turbulence ในของไหล เช่น อากาศ หรือของเหลว ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ไม่สม่าเสมอ ทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในความดันของของไหล ส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน ปัจจัยเหล่านี้ส่งผลให้เกิดคลื่นความถี่ที่เป็น เสียงรบกวนขณะใบพัดกาลังทางาน ดังนั้น สามารถลดเสียงรบกวนที่เกิดขึ้นได้โดยมุ่งเน้นแก้ปัญหาเรื่องเสียงรบกวนจากการไหลวนของอากาศ (Vortex noise) 6 2.2.2 ข้อดีและข้อเสียของใบพัดแบบปกติ ใบพัดแต่ละประเภทมี ข้อดีและข้อเสียจากการใช้งานที่แตกต่างกัน เนื่องจากรูปร่างและ คุณสมบัติทางอากาศพลศาสตร์ที่เปลี่ยนแปลงซึ่งสามารถสรุปได้ ดังนี้ ข้อดี ได้แก่ 1) ใบพัดแบบปกติมีประสิทธิภาพสูงในการสร้างแรงขับ (Thrust) 2) การออกแบบที่เรียบง่ายและมีความซับซ้อนน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับใบพัดรูปแบบ อื่น 3) การควบคุมการหมุนของใบพัดช่วยให้สามารถจัดการกับแรงขับและแรงยกได้อย่าง แม่นยา 4) ต้นทุนในการผลิตต่าเนื่องจากมีรูปร่างไม่ซับซ้อน ข้อเสีย ได้แก่ 1) ประสิทธิภาพลดลงเมื่อใช้งานที่ความเร็วสูง เนื่องจากการเกิดการแยกตัวของอากาศ (flow separation) และ shock waves ซึ่งสามารถทาให้การสร้างแรงขับ (Thrust) ลดลง 2) สร้างการสั่นสะเทือนและเสียงเสียงรบกวนสูง 3) สร้างการไหลของอากาศที่ไม่สม่าเสมอซึ่งอาจส่งผลต่อประสิทธิภาพการทางานเมื่อ ความเร็วเกิดการเปลี่ยนแปลง 7 2.3 ทฤษฎีและหลักการทางานของใบพัดประเภท Toroidal 2.3.1 ทฤษฎีเบื้องต้นและหลักการทางาน ใบพัดประเภท Toroidal มีลักษณะของรูปใบที่ไม่อยู่ในแนวระนาบและส่วนปลายของใบพัดโค้ง เข้า หากั น ดั ง แสดงในภาพที่ 2.3.1 ซึ่ ง ช่ ว ยลดการไหลวนของอากาศที่ ป ลายใบพั ด ได้ อ ย่า งมี ประสิทธิภาพและเสริมความแข็งแรงให้กับโครงสร้างใบพัดและช่วยลดการเกิดเสียงรบกวน ภาพที่ 2.3.1 ลักษณะของใบพัดประเภท Toroidal [2] การออกแบบใบพัดมีองค์ประกอบหลักด้วยกัน 2 ส่วน ได้แก่ รัศมีของใบพัดและ Rotating hub ซึ่งทาการออกแบบมุมของใบพัดโดยเฉพาะเพื่อสร้างรูปทรงในลักษณะที่เป็นเกลียวและเชื่อม ส่วนปลายของใบพัดเข้าหากัน เพื่อสร้างแรงขับและการไหลวนของอากาศที่มีลักษณะเฉพาะ โดย สามารถทางานได้โ ดยใช้ใบพัดดันอากาศเพื่อทาให้เกิดการเคลื่อ นที่ไปข้างหน้า ขับ เคลื่อนโดย เครื่องยนต์หรือมอเตอร์ โดยพารามิเตอร์ที่มีส่วนเกี่ยวข้องในการทางานของใบพัด ได้แก่ 1. ค่าประสิทธิภาพ (Efficiency: η) 2. ค่าสัมประสิทธิ์ของกาลัง (Power coefficient: 𝐶𝑃 ) 3. ค่าสัมประสิทธิ์ของแรงขับ (Thrust coefficient: 𝐶𝑇 ) 4. ค่าสัมประสิทธิ์ของแรงบิด (Torque coefficient: 𝐶𝑄 ) เสีย งรบกวนจากใบพัด เกิด ขึ้ น เนื่ องจากการไหลวนของอากาศบริเวณส่ว นปลายใบพั ด (Vortex) การสร้างใบพัด ประเภท Toroidal ทาให้การไหลวนของอากาศลดน้ อยลงเนื่ องด้ ว ย รูปลักษณ์ของใบพัดที่มีลักษณะโค้งเข้าหากันคล้ายวงแหวนส่งผลให้อากาศไหลเวียนได้อย่างต่อเนื่อง แบบสม่าเสมอโดยไม่เกิดการสูญเสียพลังงานและการไหลวนของอากาศบริเวณปลายใบพัด เป็นผลให้ เสียงรบกวนที่เกิดขึ้นน้อยลง ดังภาพที่ 2.3.2 เปรียบเทียบการไหลวนของอากาศของใบพัดแบบปกติ กับใบพัดประเภท Toroidal ซึ่งจะเห็นว่ารูปแบบของใบพัดประเภท Toroidal นั้นสามารถลดความถี่ การไหลวนของอากาศที่เกิดขึ้นขณะใบพัดทางานได้ดีกว่าใบพัดแบบปกติ 8 ภาพที่ 2.3.2 การไหลวนของอากาศบริเวณส่วนปลายใบพัดแบบปกติ(ซ้าย) เปรียบเทียบกับใบพัดประเภท Toroidal(ขวา) [8] 2.3.2 แรงขับที่เกิดขึ้นจากใบพัดประเภท Toroidal การสร้างแรงขับจากใบพัด ประเภท Toroidal มีหลักการคล้ายคลึงกับการสร้างแรงขับ ของ ใบพัดแบบปกติ เนื่องจากการสร้างแรงเกิดขึ้นจากอากาศไหลตัดผ่านส่วนของใบพัดที่มีลักษณะคล้าย กับใบพัดแบบปกติ โดยบริเวณใบพัดส่วนนั้นจะใช้รูปทรงของ Airfoils ในการขึ้นรูปใบพัด ซึ่งเป็นผล ให้เกิดแรงขับเมื่อใบพัดทางาน ใบพัดประเภท Toroidal มีการออกแบบโดยมีส่วนที่ใช้ Airfoil ในการ ขึ้นรูป ดังภาพที่ 2.3.3 โดย Airfoils ที่เลือกนามาใช้นั้นเป็นหนึ่งในส่วนสาคัญที่สร้างแรงขับ ภาพที่ 2.3.3 ตาแหน่งของ Airfoils ที่ใช้ในแบบจาลองของใบพัดประเภท Toroidal [5] ภาพที่ 2.3.4 ตัวอย่าง Airfoil NACA 2412 ที่ใช้ในการขึ้นรูปใบพัด [7] เมื่อเกิดการหมุนส่วนของใบพัดจะเคลื่อนที่ตัดกระแสอากาศโดยที่มีความดันบรรยากาศด้านบน และด้านล่างใบพัดแตกต่างกัน อากาศจะตัดผ่านบริเวณด้านหน้าใบพัดก่อนและผ่านไปยังด้านหลังของ ใบพัด ซึ่งทาให้เกิดแรงปฏิกิริยาซึ่งคือแรงขับ ส่งผลให้ใบพัดเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ซึ่งเป็นไปตามกฎข้อที่ 3 ของนิวตัน 9 ภาพที่ 2.3.5 การสร้างแรงขับของใบพัด [9] แรงขับของใบพัดประเภท Toroidal สร้างขึ้นจากแรงดันที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของ ความเร็วลมที่ไหลผ่านใบพัด ในการคานวณแรงขับของใบพัดประเภท Toroidal นั้นจะใช้สมการ พื้นฐานที่คล้ายคลึงกับสมการที่ใช้สาหรับใบพัดแบบปกติ ซึ่งอิงจากทฤษฎีการไหลของอากาศและการ สร้างแรงขับจากแรงดันที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอากาศ โดยต้องพิจารณาเส้นผ่านศูนย์กลางของ ใบพัด สมการพื้นฐานในการคานวณแรงขับของใบพัด Toroidal สามารถเขียนได้ดังสมการที่ (2-1) 𝜔 2 (2-1) 𝑇 = 𝜌 ( ) × 𝑑𝑝 4 𝐶𝑇 2𝜋 โดยที่ 𝑇 คือ แรงขับ (Thrust) 𝜌 คือ ความหนาแน่นของอากาศ 𝜔 คือ ความเร็วเชิงมุม 𝑑𝑝 คือ เส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด 𝐶𝑇 คือ สัมประสิทธิ์แรงขับ (Thrust coefficient) 2.3.3 ข้อดีและข้อเสียของใบพัดประเภท Toroidal ใบพัดประเภท Toroidal มีทั้งข้อดีและข้อเสียจากการใช้งาน เนื่องจากรูปร่างที่มีความ ซับซ้อนและคุณสมบัติทางอากาศพลศาสตร์ที่เปลี่ยนแปลงซึ่งสามารถสรุปได้ ดังนี้ ข้อดี ได้แก่ 1) ช่วยให้การกระจายแรงและการไหลของอากาศมีความสม่าเสมอมากขึ้น ซึ่งสามารถ ลดการสูญเสียพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพในการขับเคลื่อน 2) ช่วยลดเสียงและการสั่นสะเทือนที่มักเกิดจากการหมุนของใบพัดแบบปกติ 3) ลดความสูญเสียพลังงานที่เกิดจากเทอร์บูแลนต์ และการไหลวนของกระแสอากาศ สามารถช่วยให้ใบพัดมีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานที่ดีขึ้น 4) การออกแบบที่เป็นรูปวงแหวนช่วยให้การไหลของอากาศรอบใบพัดมีความเป็น ระเบียบมากขึ้น ซึ่งสามารถลดการไหลวนของอากาศ (Vortex) ทาให้การไหลมีประสิทธิภาพ สูงขึ้น ข้อเสีย ได้แก่ 1) การออกแบบและผลิตอาจมีความซับซ้อนมากกว่าใบพัด ปกติ ซึ่งอาจทาให้ต้นทุนการ ผลิตสูงขึ้น 10 2) การออกแบบใบพัดประเภท Toroidal อาจทาให้การบารุงรักษาใบพัดทาได้ยากกว่า ใบพัดปกติ 3) การทดสอบและการปรับแต่งเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดอาจต้องใช้ระยะเวลามากขึ้น โดยจากการสรุปใบพัดประเภท Toroidal นั้นจะช่วยลด Vortex noise และ Turbulenceinduced noise จากการที่ใบพัด Toroidal สร้างการไหลของอากาศอย่างต่อเนื่อง ซึ่งการไหลของ อากาศอย่างต่อเนื่องนี้ทาให้การไหลแบบเทอร์บู แลนต์น้อยลง โดยการไหลแบบเทอร์บูแลนต์นี้เป็น สาเหตุหลักที่ทาให้เกิดเสียงรบกวน 2.4 อุปกรณ์สาหรับชุดทดสอบแรงขับ ทั้งนี้ คณะผู้จัดทาได้นาอุปกรณ์สาหรับชุดทดสอบ มาใช้ในออกแบบชุดการทดสอบเพื่อวัด แรงขับและเสียง ซึ่งมีส่วนประกอบดังนี้ เพื่อใช้วัดประสิทธิภาพการทางานในด้านแรงขับและวัดระดับ เสียงของใบพัด โดยมีรายละเอียดของอุปกรณ์ดังต่อไปนี้ 1) ตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์ (ESC) 2) Load Cell 2 Kg และ Weight Sensor Amplifier Module (HX711) 3) เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (Temperature Sensor) 4) Magnetic Encoder sensors 5) Arduino Nano/ESP32 6) Motor ภาพที่ 2.4.1 ชุดการทดสอบ 2.4.1 ตัว ควบคุมความเร็ว แบบอิเล็กทรอนิกส์ (ESC) เป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ที่ใช้ ปรับ ความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้า สามารถใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้ในระยะไกล มีคุณสมบัติหลัก ได้แก่ การ ควบคุมความเร็วของมอเตอร์ตามสัญญาณจากรีโมต การป้องกันมอเตอร์จากการลัดวงจรและอุณหภูมิ สูง และฟังก์ชันการเบรกและหมุนกลับเพื่อหยุดหรือเปลี่ยนทิศทางการหมุนของมอเตอร์เมื่อจาเป็น 11 ภาพที่ 2.4.2 แผงวงจร ESC 2.4.2 Load Cell 2 Kg และ Weight Sensor Amplifier Module (HX711) Load Cell เป็ น อุ ป กรณ์ ที่ ใช้ เ ปลี่ ย นจากแรงหรื อ น้า หนั ก ที่ ก ระทา เป็ น สั ญ ญาณทางไฟฟ้า สามารถนา สัญญาณไฟฟ้าจ่ายเพื่อแสดงผลทาง Display แสดงค่าน้าหนักหรือแรงที่กระทา Load Cell จึงถูกใช้ งานในหลากหลายแอปพลิเคชัน เช่น ระบบการชั่งน้าหนักอัตโนมัติ , การควบคุมกระบวนการ, และ การตรวจสอบโหลดในโครงสร้าง Weight Sensor Amplifier Module (HX711) คือโมดูลที่ใช้ สาหรับการขยายสัญญาณและการอ่านค่าจากเซ็นเซอร์น้าหนัก (load cell) ในการวัดน้าหนักหรือแรง โมดูลนี้ออกแบบมาเพื่อใช้ในการชั่งน้าหนักและการวัดแรงในระบบต่าง ๆ ซึง่ Load cell 20 Kg หรือ Weight sensor ควรใช้คู่กับ Weight Sensor Amplifier Module (HX711) ภาพที่ 2.4.3 แผงวงจร Load Cell และ HX711 2.4.3 เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ (Temperature Sensor) คือเซ็นเซอร์วัดหรือตรวจจับระดับอุณ ภูมิที่ต้องการทราบของวัตถุหรือสภาพแวดล้อม สามารถใช้ดูอุณหภูมิบริเวณที่ได้กาหนดกับอุณหภูมิ ณ ปัจจุบันได้ เป็นอุปกรณ์ในส่วนของ input ซึ่งเซ็นเซอร์มีการวัดอุณหภูมิอย่างต่อเนื่อง และสามารถ รวมเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิเข้ากับคอมพิวเตอร์ ทาให้สามารถดูความเปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่อง ภาพที่ 2.4.4 แผงวงจร Temperature Sensor 12 2.4.4 Magnetic Encoder sensors คือเซ็นเซอร์ที่ใช้เทคโนโลยีแม่เหล็กในการวัด ความเร็ว รอบของมอเตอร์แม่เหล็ก (Magnetic Drive Coupling) โดยเซ็นเซอร์ประเภทนี้มักใช้ในแอปพลิเคชัน ที่ต้องการการวัดมุมที่แม่นยา เช่น ระบบการควบคุมการเคลื่อนไหว, หุ่นยนต์, และระบบควบคุม มอเตอร์ ภาพที่ 2.4.5 แผงวงจร Magnetic Encoder sensors 2.4.5 Arduino Nano/ESP32 เป็นบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ ESP32-S3 รองรับการ เชื่อมต่อ WiFi และ Bluetooth ออกแบบมาสาหรับแอปพลิเคชัน IoT และใช้การเขียนโปรแกรม ภาษาซี ภาพที่ 2.4.6 Arduino Nano/ESP32 2.4.6 Motor เป็ น เครื่ อ งใช้ ไ ฟฟ้า ที่ แ ปลงพลั ง งานไฟฟ้า ให้ เ ป็ น พลั ง งานกล มอเตอร์ ประกอบด้วย ขดลวด (Coil) ที่พันรอบ แกนโลหะ (Rotor) ซึ่งตั้งอยู่ระหว่าง ขั้วแม่เหล็ก (Magnetic Poles) ในการทางานของมอเตอร์ 1) การส่งกระแสไฟฟ้า: เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดที่พันรอบแกน โลหะ ซึ่งวางอยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็ก , สนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดจะทาปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็ก ของขั้วแม่เหล็ก 2)การหมุนของขดลวด: ปฏิกิริยานี้สร้างแรงบิด (Torque) ที่ทาให้ขดลวดหมุนไปรอบ แกนโลหะ 3) การเปลี่ยนทิศทาง: เมื่อมีการสลับขั้วไฟฟ้า (เช่น การเปลี่ยนทิศทางกระแสไฟฟ้า) การ หมุนของขดลวดจะกลับทิศทางทาให้มอเตอร์หมุนในทิศทางตรงกันข้าม ภาพที่ 2.4.7 Motor 13 2.5 การวิเคราะห์ พลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics: CFD) พลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics: CFD) เป็นวิธีที่ใช้ในการ วิเคราะห์พลศาสตร์ของไหลด้วยใช้วิธีทางคณิตศาสตร์ โดยใช้การคานวณด้วยวิธีวิเคราะห์ พลศาสตร์ ของไหลเชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics) ซึ่งพฤติกรรมการไหลของของไหลนั้น สามารถอธิบายได้ด้วยแบบจาลองทางคอมพิวเตอร์และแบบจาลองทางคณิตศาสตร์ โดยการจาลอง ปรากฎการณ์ทางพลศาสตร์ของไหลจะคานวณด้วยสมการอนุรักษ์มวล (Conservation of mass) สมการอนุรักษ์โมเมนตัม (Momentum Equation) และสมการอนุรักษ์พลังงาน (Conservation of Energy Equations) โดยการวิเคราะห์ทางพลศาสตร์ของไหลจะมีปัจจัยและองค์ประกอบที่สาคัญ 3 องค์ประกอบ คือ สมการเชิงอนุพันธ์ย่อย (Partial Differential Equations), เงื่อนไขขอบเขต (Boundary Condition) และลักษณะรูปร่าง (Geometry) ของปัญหา การทาโครงงานจะเลือกใช้โปรแกรม Ansys Fluent ในการวิเคราะห์พลศาสตร์ของไหลเชิง คานวณ โดยใช้วิธีการ Moving Reference Frame: MRF เป็นเทคนิคที่ใช้ในการวิเคราะห์และจาลอง การไหลของของไหลในระบบที่มีการเคลื่อนที่หรือหมุนได้ โดยจะทาการปรับขอบเขตเงื่อนไขเพื่อให้ สอดคล้องกับกับการเคลื่อนที่ของวัตถุในระบบนั้น ๆ ซึ่งมีลักษณะผลการวิเคราะห์ดังภาพที่ 2.5.1 ภาพที่ 2.5.1 แสดงผลของ Vorticity surfaces, (a) Flat cross-section, and (b) Airfoil cross-section. [11] 14 บทที่ 3 การออกแบบงานวิจัยและวิธีการดาเนินงาน หลังจากที่ได้ทาการศึกษาข้อมูลเรียบร้อยแล้ว คณะผู้จัดทาได้วางแผนการดาเนินงานในการ ออกแบบใบพัดประเภท Toroidal โดยมี Constraint, Requirement ซึ่งมีรายละเอียดดังต่อไปนี้ 3.1 ข้อกาหนดและข้อจากัดในการออกแบบ การกาหนดข้อจากัดในการออกแบบและสร้างใบพั ดประเภท Toroidal เพื่อกาหนดขอบเขตใน การดาเนินงาน ดังนี้ 3.1.1 ออกแบบใบพัดประเภท Toroidal เพื่อลดเสียงรบกวนที่เกิดจากการใช้งาน 3.1.2 ออกแบบใบพัดประเภท Toroidal ที่สามารถสร้างแรงขับได้เทียบเท่าใบพัดแบบปกติ 3.1.3 รูปแบบของใบพัดต้องมีความแข็งแรงเพียงพอต่อการสร้างแรงขับ 3.1.4 เส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 8 นิ้ว 3.1.5 สามารถใช้งานได้ทคี่ วามเร็วรอบไม่น้อยกว่า 3,000 RPM 3.1.6 สามารถสร้างแรงขับได้มากที่สุด 0.5 นิวตัน 3.1.7 รูปแบบใบพัดมีลักษณะเดียวกัน และโดยมีจานวนใบพัด 2 และ 3 ใบเพื่อเปรียบเทียบ ประสิทธิภาพ 3.2 การออกแบบใบพัดประเภท Toroidal ในส่วนของการออกแบบใบพัดประเภท Toroidal ผู้จัดทาดาเนินการออกแบบใบพัดประเภท Toroidal โดยมีขั้นตอนการออกแบบตาม Flowchart ดังภาพที่ 3.2.1 ภาพที่ 3.2.1 ขั้นตอนการออกแบบใบพัด Toroidal 15 3.2.1 วิธีดาเนินการออกแบบใบพัดประเภท Toroidal 1) กาหนดจานวนใบพัดที่ต้องการออกแบบ 2) เลือกลักษณะรูปร่างของใบพัดที่ต้องการออกแบบ 3) เลือก Airfoil ทีใ่ ช้นามาขึ้นรูปใบพัด 4) พิจารณาค่าพารามิเตอร์ที่ใช้ในการออกแบบ ได้แก่ ความยาวระยะ Chord, Pitch angle, ระยะช่องว่างระหว่างใบพัด ดังภาพที่ 3.2.2 ภาพที่ 3.2.2 ภาพแสดงระยะ Chord, Pitch angle, ระยะช่องว่างระหว่างใบพัด 3.2.2 การเลือก Airfoil โดยพิจารณาจากข้อมูล ดังนี้ 1) เลือก Airfoil ที่มีค่า Lift coefficient ที่เหมาะสมต่อการออกแบบ 2) เลือก Airfoil ที่มีค่า Lift to Drag Ratio สูง 3) เลือก Airfoil ที่มีค่า Renold Number เหมาะสมกับการใช้งาน จากข้อมูลที่ใช้พิจารณาในการเลือก Airfoil คณะผู้จัดทาจึงเลือก Airfoil e193-il มาใช้ในการ ออกแบบใบพัดประเภท Toroidal โดย Airfoil e193-il มี Airfoil characteristics ดังนี้ 1) Max lift coefficient (𝑐𝑙 ) เท่ากับ 1.3 2) Max Lift to Drag Ratio เท่ากับ 70.1535 3) Max thickness เท่ากับ 10.2% % ที่ 31% ของ chord 4) Max camber เท่ากับ 3% ที่ 44.7% ของ chord โดย Airfoil e193-il รูปลักษณะของ Airfoil ดังภาพที่ 3.2.2 ภาพที่ 3.2.3 Airfoil e193-il 3.2.3 ขั้นตอนการออกแบบใบพัดประเภท Toroidal ในโปรแกรม SolidWorks จากการศึกษางานวิจัยเรื่อง ออกแบบและสร้างต้นแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพใบพัดทรงทอ รอยด์ สาหรั บ อากาศยานไร้ ค นขับ ขนาดเล็ก [10] มี การออกแบบค่า พารามิ เ ตอร์ ที่ ทาให้ ไ ด้ค่า ประสิทธิภาพสูง ที่ได้นามาใช้ในการออกแบบใบพัดประเภท Toroidal ในโปรแกรม SolidWorks 16 คณะผู้จัดทาจึงได้ทาการออกแบบใบพัดประเภท Toroidal โดยทาการปรับค่า Pitch ไว้ตลอดความ ยาวจากสมการในการหาค่า Pitch ทาการกาหนดความยาว Chord ของ Airfoil ไว้ตลอดความยาว และได้มีการปรับระยะช่องว่างระหว่างใบพัด มาใช้ในการศึกษา โดยค่าที่เราได้นามาใช้ออกแบบใบพัด ประเภท Toroidal มีค่าดังนี้ 1) สมการหาค่ามุม Pitch ซึ่งได้จากการหา Slope 𝛽 (Pitch Angle) ตามทฤษฎีตลอด ความยาวของใบพัดโดยกาหนดให้ x คือ ณ ตาแหน่งความยาวของใบพัดนั้น ๆ ดังภาพที่ 3.2.4 ภาพที่ 3.2.4 Pitch และมุมพลศาสตร์ของใบพัด 2) ความยาวของใบพัด 8 นิ้ว 3) ความกว้างของ Hub 30 mm. 4) การปรับระยะช่องว่างระหว่างใบพัด โดยเริ่มจาก 50 mm. จนถึง 80 mm. โดยจะปรับ ครั้งละ 5 mm. 5) กาหนดระยะมุมบิดของใบพัดไว้แต่ละ Plane โดยแบ่งระยะของแต่ละ Plane เท่ากับ ระยะครึ่งนึงของขนาดใบพัด 6) กาหนดความยาว Chord ณ ตาแหน่งนั้นๆ ไว้ดังตาราง R คือระยะความยาวของใบพัด ดังตารางที่ 3.2.1 ตารางที่ 3.2.1 ตารางแสดงความยาว Chord และ Pitch Angle ณ ตาแหน่งนั้น ๆ Chord Angle Pitch Angle HUB 15 45 1/4R 20 30 2/4R 30 25 17 3/4R 20 12.5 ปลายใบพัด 5 0 โดยมีการออกแบบใบพัดประเภท Toroidal จากโปรแกรม Solidworks ดังนี้ ขั้นตอนที่ 1 นาเข้า Airfoil e193-il โดยมีค่า Chord แต่ละความยาวดังตารางเข้ามา จากนั้น จะนาค่าที่ได้ใน Excel นาค่าในส่วนของ Airfoil surface มาใช้ในการสร้างไฟล์ .txt โดยค่าแกน Z ใส่ เป็น 0 ภาพที่ 3.2.5 รูปทรง Airfoil e193-il ขั้นตอนที่ 2 การนา Airfoil เข้า SolidWorks เพื่อใช้ในการขึ้นรูปใบพัดประเภท Toroidal โดยกดที่ Curves เลือก Curve Through XYZ Points ภาพที่ 3.2.6 การนา Airfoil เข้าโปรแกรม SolidWorks 18 ขั้นตอนที่ 3 นาเข้าข้อมูล Airfoils แกน XY จากการบันทึกค่าใน Excel ทีเ่ ป็นไฟล์ .txt ภาพที่ 3.2.7 การนา Airfoil เข้า Curve File ขั้นตอนที่ 4 ทาการกด Sketch ที่ Top plane และสร้างวงกลมจากจุด Origin ขนาดเท่ากับ 30 mm. ภาพที่ 3.2.8 ทาการสร้าง Hub 4.1 ทาการกด Extrude โดยเลือกเป็น mid plane และ ใส่ค่าเท่ากับ 15 mm. ภาพที่ 3.2.9 กาหนดค่า Extrude hub 19 ขั้นตอนที่ 5 ทาการกด Sketch ที่ Top plane โดยสร้างเส้น Center line ภาพที่ 3.2.10 ระยะในการออกแบบ 5.1 เลือกใช้ Arc และสร้างเส้นทั้งสองฝั่งของ Center line ภาพที่ 3.2.11 การสร้างเส้น Arc 5.2 กด ctrl เลือกจุดบริเวณด้านใน Hub ทั้งสองจุด จากนั้นกด Vertical ภาพที่ 3.2.12 การกด Vertical ณ จุดบริเวณด้านใน Hub 20 5.3 กด ctrl เลือกเส้นโค้งด้านบน ด้านล่าง และเลือกที่ Center line จากนั้นกด Symmetric จะเป็นดังภาพที่ 3.2.13 ภาพที่ 3.2.13 การกด Symmetric บริเวณเส้นโค้งรอบนอกของใบพัด 5.4 กด Sketch fillet และเลือก fillet บริเวณด้านปลายของใบพัดใส่ค่าเท่ากับ 10 mm. จะได้ดังภาพที่ 3.2.14 ภาพที่ 3.2.14 การใส่ fillet ที่บริเวณปลายใบพัด 5.5 กด Smart Dimension และทาการใส่ค่าที่ออกแบบมา ณ ตาแหน่งนั้นๆ จะได้ดัง ภาพที่ 3.2.15 ภาพที่ 3.2.15 การใส่ Dimension ที่ทาการออกแบบ ณ ตาแหน่งนั้นๆ 21 ขั้นตอนที่ 6 ทาการสร้าง Plane โดยเลือก First Reference เป็นเส้นและเลือก Second Reference เป็นจุดดังภาพที่ 3.2.16 ภาพที่ 3.2.16 การสร้าง Plane 6.1 ทาการ Convert Entities Airfoil ภาพที่ 3.2.17 การ Convert Airfoil ขั้นตอนที่ 7 ทาการ Move Entities Airfoil ไปยังจุด origin ของ Plane 1 ภาพที่ 3.2.18 การ Move Entities ของ Airfoil 22 7.1 ทาการ Rotate โดยการเลือก Airfoil และกดที่จุด origin เพื่อหมุน 45 องศา ภาพที่ 3.2.19 การ Rotate Airfoil 7.2 ทาการสร้าง Plane 2 โดยเลือก First Reference เป็นเส้นและเลือก Second Reference เป็นจุดดังภาพที่ 3.2.20 ภาพที่ 3.2.20 การสร้าง Plane 2 7.3 ทาการ Copy Airfoil ของ Plane 1 มายัง Plane 2 และทาตามขั้นตอนที่ 7 จะได้ ดังภาพที่ 3.2.21 ภาพที่ 3.2.21 การสร้าง Airfoil ที่ Plane 2 23 ขั้นตอนที่ 8 ทาการสร้าง Plane 3 โดย First Reference เป็น Right plane และระยะ 48.30 mm. ภาพที่ 3.2.22 การสร้าง Plane 3 8.1 ทาการนา Airfoil ที่มีระยะ Chord ขนาด 45 mm.ที่ได้ทาการนาเข้ามาจากขั้นตอน ที่ 2 และทาการ move entities มาวางที่ Plane 3 และทาการ rotate เป็นมุม 25 องศาจากนั้นทา การกดเลือกจุด origin กับเส้นโค้งและเลือก Pierce ภาพที่ 3.2.23 การสร้าง Airfoil ที่ Plane 3 8.2 จากนั้นทาการ Sketch วงรีที่ Front Plane โดยมีระยะความยาว 6 mm. ความ กว้าง 4 mm. ภาพที่ 3.2.24 การสร้างวงรีที่บริเวณ Front plane ที่บริเวณปลายของใบพัด 24 8.3 ทาการสร้าง Plane 4 โดย First Reference เป็น Plane 3 และระยะ 24.15 mm. ภาพที่ 3.2.25 การสร้าง Plane 4 8.4 ทาการนา Airfoil ที่มีระยะ Chord ขนาด 20 mm. ที่ได้ทาการ import เข้ามาจาก ขั้นตอนที่ 2 และทาการ move entities มาวางที่ Plane 4 และทาการ rotate เป็นมุม 12 องศา จากนั้นทาการกดเลือกจุด origin กับเส้นโค้งและเลือก Pierce ภาพที่ 3.2.26 การสร้าง Airfoil ที่ Plane 4 25 8.5 ทาการสร้าง Plane 5 โดย First Reference เป็น Plane 4 และระยะ 48.3 mm. ภาพที่ 3.2.27 การสร้าง Plane 5 8.6 ทาการนา Airfoil ที่มีระยะ Chord ขนาด 20 mm. ที่ได้ทาการนาเข้ามาจากขั้นตอนที่ 2 และทาการ move entities มาวางที่ Plane 5 และทาการ rotate เป็นมุม 30 องศาจากนั้นทาการ กดเลือกจุด origin กับเส้นโค้งและเลือก Pierce ภาพที่ 3.2.28 การสร้าง Airfoil ที่ Plane 5 26 ขั้นตอนที่ 9 ทาการขึ้นรูปใบพัด โดยการกดที่ Boundary Boss/Base ในส่วนของ Direction 1 กดเลือก Profile ของแต่ละ Airfoil ในทิศทางเดียวกัน ภาพที่ 3.2.29 รูปการกด Boundary Boss/Base เพื่อขึ้นรูปใบพัด ขั้นตอนที่ 10 เลือก CirPattern โดยให้ Direction เป็นผิวด้านข้างของ Hub และ Features and Faces เลือกเป็น Boundary จากนั้นใส่จานวนใบพัดที่ต้องการ ภาพที่ 3.2.30 การสร้างใบพัดประเภท Toroidal ขั้นตอนที่ 11 ทาการ Fillet บริเวณ Hub และจะได้ใบพัดประเภท Toroidal ดังภาพ ภาพที่ 3.2.31 ใบพัด Toroidal 27 ขั้นตอนที่ 12 ทาการปรับขนาดของช่องว่างตรงกลางในขั้นตอนที่ 5.5 โดยปรับความกว้างดัง requirement ที่กาหนดไว้ และ ทาขั้นตอนที่ 6-12 ซ้าจนขึ้นรูปสาเร็จ ภาพที่ 3.2.32 การปรับขนาดช่องว่างตรงกลางของใบพัด Toroidal ขนาด 65 mm. ภาพที่ 3.2.33 การปรับขนาดช่องว่างตรงกลางของใบพัด Toroidal ขนาด 80 mm. 28 3.3 การวิเคราะห์การไหลของอากาศด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) วิเคราะห์การไหลของอากาศที่ผ่านใบพัดประเภท Toroidal โดยใช้วิธีพลศาสตร์ของไหลเชิง คานวณ (Computational Fluid Dynamics) ซึ่งทาการวิเคราะห์ผ่านโปรแกรม Ansys เพื่อวิเคราะห์ ประสิทธิภาพแรงขับ 3.3.1 ขั้นตอนการวิเคราะห์การไหลด้วยโปรแกรม Ansys 1) การสร้าง Geometry 1.1) การนาเข้าไฟล์ CAD จาก SolidWorks การสร้าง Geometry เพื่อใช้ในการวิเคราะห์การไหลของอากาศ โดยการเลือกใช้ Fluid Flow (Fluent) ในการวิเคราะห์ ภาพที่ 3.3.1 หน้าต่างการวิเคราะห์ Fluid Flow (Fluent) สามารถสร้าง Geometry สาหรับการวิเคราะห์โดยเลือกเมนู Geometry และเลือกวิธีการ สร้างโดยใช้ New DesignModeler Geometry เพื่อทาการนาเข้า ไฟล์ CAD ที่ออกแบบจาก SolidWorks ภาพที่ 3.3.2 หน้าต่างเมนูการใช้งาน Geometry 29 นาเข้าไฟล์ CAD โดยการเลือก File > Import External Geometry File และเลือกไฟล์ CAD ที่มีนามสกุล .STEP เพื่อนามาใช้ในการวิเคราะห์ จากนั้นทาการ Generate เพื่อให้เกิดรูปร่าง ของใบพัดที่สร้างไว้ 1.2) การสร้าง Control Volume สาหรับการวิเคราะห์การไหล สร้าง Control Volume โดยใช้ตัวเลือกการสร้าง Encloser ล้อมรอบใบพัดเพื่อสร้างเป็น Control Volume โดยการเลือก Tools > Encloser จะดาเนินการสร้าง Encloser จานวน 2 ครั้ง ได้แก่ ส่วนของ Moving Reference Frame และส่วนของ Environment ซึ่งสามารถตั้งค่าได้ดังนี้ 1. Moving Reference Frame 1.1 เลือก Shape เป็น Cylinder และเลือก Cylinder Alignment เป็น Y-axis 1.2 กาหนดขนาด Encloser 1 และกาหนด FD1, FD2, FD3 เท่ากับ 0.015 m ภาพที่ 3.3.3 การตั้งค่า Encloser 1 สาหรับ Moving Reference Frame 2. Environment 1.1 เลือก Shape เป็น Cylinder และเลือก Cylinder Alignment เป็น Y-axis 1.2 กาหนดขนาด Encloser 2 ประมาณ 20 เท่าของขนาดใบพัด ภาพที่ 3.3.4 การตั้งค่า Encloser 2 สาหรับ Environment 30 1.3) การสร้าง Boolean การสร้าง Boolean เพื่อแบ่งส่วนในการวิเคราะห์แบบ Moving Reference Frame โดยทาการสร้าง Boolean จานวน 2 ครั้ง ทาได้โดยการเลือก Create > Boolean ซึ่งแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ Moving Reference Frame (MRF) และ Environment (ENV) ซึ่งมีการตั้งค่า ดังนี้ 1. Moving Reference Frame (MRF) 1.1 เลือก Operation เป็น Subtract 1.2 เลือก Target Bodies เป็น Encloser 1 1.3 เลือก Tools Bodies เป็นใบพัด 1.4 Preserve Tool Bodies? > No จากนั้นกด Generate และเปลี่ยนชื่อเป็น MRF ภาพที่ 3.3.5 การตั้งค่า Boolean สาหรับ Moving Reference Frame 2. Environment (ENV) 1.1 เลือก Operation เป็น Subtract 1.2 เลือก Target Bodies เป็น Encloser 2 1.3 เลือก Tools Bodies เป็น MRF 1.4 Preserve Tool Bodies? > Yes จากนั้นกด Generate และเปลี่ยนชื่อเป็น ENV 31 ภาพที่ 3.3.6 การตั้งค่า Boolean สาหรับ Environment 2) การ Mesh ใบพัด ทาการ Mesh ชิ้นงานโดยเลือกเมนู Mesh ในหน้าแรกของโปรแกรม Ansys Workbench ดังภาพ ที่ 3.3.7 ภาพที่ 3.3.7 หน้าต่าง Ansys Workbench 32 2.1) ตั้งชื่อผิวของ Control Volume ที่สร้างไว้ โดยการคลิกขวาในบริเวณที่ต้องการตั้งชื่อ และเลือก Create Name Selection และตั้งชื่อในส่วนของ inlet, wall, outlet และ propeller ดัง ภาพที่ 3.3.8 ภาพที่ 3.3.8 การ Create Name Selection ของส่วนต่างๆ 2.2) การตั้งค่าการ Mesh ชิ้นงาน สามารถตั้งค่าได้ดังต่อไปนี้ 1. เลือก Mesh และตั้งค่า Details of Mesh ดังภาพที่ 3.3.9 โดยกาหนดค่า Element Size เท่ากับ 0.2 m ตามความเหมาะสมของรูปร่างใบพัด ภาพที่ 3.3.9 การตั้งค่า Details of Mesh 33 2. คลิกขวาที่ Mesh เลือก Sizing กาหนดส่วนที่ต้องการ Mesh เป็น propeller และกาหนดขนาด Element Size เท่ากับ 1.5x10-3 m ดังภาพที่ 3.3.10 ภาพที่ 3.3.10 การตั้งค่า Mesh “Sizing” 3. คลิกขวาที่ Mesh เลือก Inflation กาหนดให้ Geometry เป็น MRF และ Boundary เป็น propeller โดยให้ Option เป็น First Layer Thickness โดยมี First Layer High เท่ากับ 5x10-4 m ดังภาพที่ 3.3.11 ภาพที่ 3.3.11 การตั้งค่า Mesh “Inflation” 34 4. คลิกขวาที่ Mesh เลือก Sizing กาหนดส่ว นที่ต้องการ Mesh เป็น MRF และกาหนดขนาด Element Size เท่ากับ 0.015 m ดังภาพที่ 3.3.12 ภาพที่ 3.3.12 การตั้งค่า Mesh “Sizing” จากการดาเนินการ Mesh ใบพัด สามารถแสดงผลการ Mesh ในส่วนของ section ภายใน Moving Reference Fame ซึง่ จะเห็นว่ามีความละเอียดในการ Mesh สูงบริเวณที่เป็นใบพัด ดังภาพ ที่ 3.3.13 ในส่วนของ Airfoil section มีลักษณะของ Mesh independent ดังภาพที่ 3.3.14 และ ผลการ Mesh ในส่วนของ Environment เป็นไปดังภาพที่ 3.3.15 ภาพที่ 3.3.13 section view ภายใน Moving Reference Fame 35 ภาพที่ 3.3.14 Mesh independent ของ Airfoil ภาพที่ 3.3.15 ผลการ Mesh ของ Environment 3) การตั้งค่า Condition เพื่อทาการวิเคราะห์ผล ตั้งค่า Condition ต่างๆของชิ้น งานโดยเลือกเมนู Setup ในหน้าแรกของโปรแกรม Ansys Workbench ดังภาพที่ 3.3.16 ภาพที่ 3.3.16 หน้าต่าง Ansys Workbench 36 3.1) General เลือก Solver > Pressure-Based และกาหนด Time > Transient ภาพที่ 3.3.17 การตั้งค่า General 3.2) Model เลือก Viscous Model > k-omega และเลือก k-omega Model เป็น SST ดังภาพ ที่ 3.3.18 ภาพที่ 3.3.18 การตั้งค่า Model 37 3.3) ตั้งค่าคุณสมบัติของวัสดุโดยเปลี่ยนค่า Density เป็น Standard resin เท่ากับ 1,150 kg/m3 หลังจากนั้นกด Change/Create ดังภาพที่ 3.3.19 ภาพที่ 3.3.19 การตั้งค่าคุณสมบัติของวัสดุ 38 3.4) การตั้งค่า Cell-Zone Condition เลือกส่วนของ MRF จากนั้นกาหนด Type เป็น Fluid เลือกการวิเคราะห์แบบ Mesh Motion และตั้งค่าความเร็วสาหรับการวิเคราะห์ผลเท่ากับ 3,000 รอบ/นาที ดังภาพที่ 3.3.20 ภาพที่ 3.3.20 การตั้งค่า Cell-Zone Condition 3.5) การตั้งค่า Boundary Condition กาหนดขอบเขตการวิเคราะห์ผล โดยกาหนด ดังนี้ 1. inlet > velocity inlet ในการคานวณจะเลือกใช้ Advance ratio (J) เท่ากับ 0.1 จะได้ Velocity inlet เท่ากับ 2.032 m/s สาหรับการทดลองคานวณผล ภาพที่ 3.3.21 การตั้งค่า Boundary Condition ส่วนของ inlet 39 2. wall เลือก Type > wall จากนั้นกาหนด wall motion > stationary wall และ Shear condition > No Slip ภาพที่ 3.3.22 การตั้งค่า Boundary Condition ส่วนของ wall 3. propeller เลือก Type > wall จากนั้นกาหนด wall motion > stationary wall และ Shear condition > No Slip ภาพที่ 3.3.23 การตั้งค่า Boundary Condition ส่วนของ propeller 40 4. outlet > pressure outlet กาหนด Gauge Pressure เท่ากับ 0 MPa ภาพที่ 3.3.24 การตั้งค่า Boundary Condition ส่วนของ outlet 3.6) การตั้ ง ค่า Method เลื อ ก Solution Method เป็ น Coupled กาหนด Spatial Discretization เป็น Second Order ทั้งหมด ภาพที่ 3.3.25 การตั้งค่า Solution Method 41 3.7) การตั้งค่า Initialization กาหนดการวิเคราะห์ผลแบบ Hybrid Initialization ภาพที่ 3.3.26 การตั้งค่า Initialization 3.8) กาหนด Run Calculation ตั้งค่า Number of Time Steps > 100, Time Step Size > 0.05 และ Max Iteration/Time Step>40 จากนั้นกด Calculate เพื่อคานวณผล ภาพที่ 3.3.27 การตั้งค่า Run Calculation 42 3.3.2 ตัวอย่างผลการวิเคราะห์ Simulation 1) การวิเคราะห์ การ Mesh และ Wall Y Plus บริเวณผิว ของใบพัด ของตัว อย่า งการ Simulation แ แสดงผลความละเอียดของผิวและ Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal 2 ใบพัด ระยะช่องว่างระหว่างใบพัด 65 mm และ 70 mm ตามลาดับ ภาพที่ 3.3.29 แสดงผลความละเอียดของผิวและ Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal 3ใบพัด ระยะช่องว่างระหว่างใบพัด 65 mm และ 70 mm ตามลาดับ 43 จากภาพที่ 3.3.28 และภาพที่ 3.3.29 ผลการวิเคราะห์จะเห็นได้ว่าความละเอียดในการ Mesh บริเวณผิวของใบพัดค่อนข้างสูงสังเกตได้จากบริเวณผิวของใบพัดไม่มีความเสียหาย และในส่วน ของ Wall Y Plus อยู่ในระดับที่เหมาะสมสาหรับการไหลใกล้ผิวของใบพัด 2) วิเคราะห์ผลลัพธ์ของแรงขับและแรงบิดที่ความเร็วรอบ 6,000 RPM จากการคานวณผลการวิเคราะห์การไหลของอากาศด้วยวิธี พลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) โดยพิจารณาการวิเคราะห์ผลที่ความเร็วรอบในการหมุนเท่ากับ 6,000 RPM จากตัวอย่างของ ใบพัด 4 ตัวอย่างที่ได้เลือกไว้โดยพิจารณาจากแรงขับ แรงบิด และรูปร่างที่เหมาะสมสาหรับการขึ้นรูป และทดสอบ สามารถวิเคราะห์ผลและประสิทธิภาพของใบพัดได้ดังนี้ 2.1) การวิเคราะห์ผลและประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด ตัวอย่างที่ 1 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัด 65 mm ภาพที่ 3.3.30 แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal ภาพที่ 3.3.31 แสดงผล Path line-Particle จากภาพที่ 3.3.30 แสดงให้เห็นว่าบริเวณด้านในของส่วนปลายใบพัดมี Static Pressure สูงสุดเท่ากับ 547 Pascal และจากภาพที่ 3.3.31 แสดงให้เห็นถึงการไหลของอากาศที่ไหลผ่านใบพัด ซึ่งลักษณะการไหลของอากาศเกิดการหมุนวนตามลักษณะการหมุนของใบพัด ผลการวิเคราะห์โดยที่ Advance ratio เท่ากับ 0.1 ได้ผลลัพธ์ของแรงขับเท่ากับ 1.5942 N และแรงบิดเท่ากับ -0.0381 Nm 44 ตัวอย่างที่ 2 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัด 70 mm ภาพที่ 3.3.32 แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal ภาพที่ 3.3.33 แสดงผล Path line-Particle จากภาพที่ 3.3.32 แสดงให้เห็นว่าบริเวณด้านในของส่วนปลายใบพัดมี Static Pressure สูงสุดเท่ากับ 571 Pascal และจากภาพที่ 3.3.33 แสดงให้เห็นถึงการไหลของอากาศที่ไหลผ่านใบพัด ซึ่งลักษณะการไหลของอากาศเกิดการหมุนวนตามลักษณะการหมุนของใบพัดเช่นเดียวกัน ผลการ วิเคราะห์โดยที่ Advance ratio เท่ากับ 0.1 ได้ผลลัพธ์ของแรงขับเท่ากับ 1.6509 N และแรงบิด เท่ากับ -0.0403 Nm 2.2) การวิเคราะห์ผลและประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด ตัวอย่างที่ 1 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัด 65 mm ภาพที่ 3.3.34 แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal 45 ภาพที่ 3.3.35 แสดงผล Path line-Particle จากภาพที่ 3.3.34 แสดงให้เห็นว่าบริเวณด้านในของส่วนปลายใบพัดและบริเวณของขอบ ใบพัดบางส่วนมี Static Pressure สูงสุดเท่ากับ 549 Pascal และจากภาพที่ 3.3.35 แสดงให้เห็นถึง การไหลของอากาศที่ไหลผ่านใบพัด ซึ่งลักษณะการไหลของอากาศเกิดการหมุนวนตามลักษณะการ หมุนของใบพัดเช่นกัน ผลการวิเคราะห์โดยที่ Advance ratio เท่ากับ 0.1 ได้ผลลัพธ์ของแรงขับ เท่ากับ 1.8907 N และแรงบิดเท่ากับ -0.0486 Nm ตัวอย่างที่ 2 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัด 70 mm ภาพที่ 3.3.36 แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal ภาพที่ 3.3.37 แสดงผล Path line-Particle จากภาพที่ 3.3.36 แสดงให้เห็นว่าบริเวณด้านในของส่วนปลายใบพัดและขอบของใบพัดมี Static Pressure สูงสุดเท่ากับ 499 Pascal และจากภาพที่ 3.3.37 แสดงให้เห็นถึงการไหลของ อากาศที่ไหลผ่านใบพัด ซึ่งลักษณะการไหลของอากาศเกิดการหมุนวนตามลักษณะการหมุนของใบพัด 46 เช่นเดียวกัน ผลการวิเคราะห์โดยที่ Advance ratio เท่ากับ 0.1 ได้ผลลัพธ์ของแรงขับเท่ากับ 1.9105 N และแรงบิดเท่ากับ -0.0502 Nm 3) การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal จากตัวอย่างการ Simulation จากการดาเนินการวิเคราะห์ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal โดยการวิเคราะห์การ ไหลของอากาศด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) ทาให้ได้ค่าแรงบิดและแรงขับที่สามารถ นามาคานวณค่าในส่วนของ Power coefficient , Thrust coefficient และค่าประสิทธิภาพของ ใบพัด ซึ่งคณะผู้จัดทาได้ทาการกาหนดค่าของ advance ratio เท่ากับ 0.1 เมื่อคานวณแล้วจะได้ค่า ความเร็ว เท่ากับ 2.032 m/s ค่าความหนาแน่นของอากาศ เท่ากับ 1.225 kg/m3 ขนาดของใบพัด เท่ากับ 0.2032 m ความเร็วรอบของใบพัด เท่ากับ Advance ratio 𝑉 𝐽= Power coefficient 𝐶𝑝 = Efficiency 𝜂= 60 𝑠 โดยสูตรการคานวณค่ามีดังนี้ (3-1) 𝑛𝐷 Thrust coefficient 𝐶𝑇 = 6000 𝑟𝑝𝑚 𝑃 𝜌𝑛2 𝐷4 𝑃 𝜌𝑛3 𝐷5 𝐽𝐶𝑇 (3-2) (3-3) (3-4) 𝐶𝑝 47 จากสูตรเมื่อนาไปคานวณจะได้ผลการวิเคราะห์ประสิทธิภาพและกราฟแสดงผลวิเคราะห์ ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal ทั้ง 2 และ 3 ใบพัดในแต่ละช่วงความเร็วรอบดังภาพที่ 3.3.38 และ 3.3.39 ภาพที่ 3.3.38 ผลการคานวณค่าของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 และ 3 ใบพัด ภาพที่ 3.3.39 กราฟวิเคราะห์ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 และ 3 ใบพัด 3.4 อุปกรณ์และขั้นตอนการสร้างชุดวัดแรงขับ เนื่องจากชุดทดสอบที่ใช้งานก่อนหน้านี้ประสบปัญหาในการวัด ค่าแรงขับ อันเนื่องมาจาก โครงสร้างที่ขาดความแข็งแรง ส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนและทาให้ Load cell ไม่สามารถอ่านค่าได้ อย่างแม่นยาและสม่าเสมอ คณะผู้จัดทาจึงได้ดาเนินการหาวิธีแก้ไขปัญหาดังกล่าว โดยการขอความ อนุเคราะห์จาก ผศ.ดร.ภาคิน จาปาศักดิ์ เพื่อขอใช้ฐานของ Test Stand มาประยุกต์ใช้ในการทดสอบ หาค่าแรงขับให้มีความถูกต้องและแม่นยายิ่งขึ้น เพื่อให้การดาเนินงานเป็นไปตามวัตถุประสงค์ที่ กาหนดไว้ โดยอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดสอบและขั้นตอนการสร้างชุดวัดแรงขับมีดังนี้ 48 1) ฐานของ Test stand โดยมีโครงสร้างบริเวณที่รับแรงจากเหล็กซึ่งเชื่อมติดกันเป็นลักษณะมุมฉาก ดังภาพที่ 3.4.1 ภาพที่ 3.4.1 โครงฉากที่ใช้รับแรง 2) มอเตอร์ชนิด Peak 2212-1400KV ภาพที่ 3.4.2 motor Peak 2212-1400KV 3) รีโมตควบคุมการทางานของใบพัด ภาพที่ 3.4.3 รีโมตควบคุม Flysky FS-i6X 49 4) ตัวรับสัญญาณใช้สาหรับรับสัญญาณควบคุมจากรีโมทเพื่อสั่งงานให้มอเตอร์ทางาน ภาพที่ 3.4.4 ตัวรับสัญญาณ (receiver) 5) แบตเตอรีใช้จ่ายกระแสไฟเพื่อให้มอเตอร์ทางาน ภาพที่ 3.4.5 Battery Enrich Power 3S 6) ตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์ (ESC) ภาพที่ 3.4.6 ตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์ (ESC 30A) 7) เครื่องชั่งดิจิตอลใช้ในการวัดแรงขับขณะใบพัดทางานโดยแสดงค่าในหน่วยกรัม ภาพที่ 3.4.7 เครื่องชั่งดิจิตอล 50 8) เครื่องวัดความเร็วรอบ (Tachometer) ใช้ในการวัดความเร็วรอบขณะใบพัดทางานโดยการใช้ เลเซอร์ส่องบริเวณใบพัดขณะใบพัดทางาน ภาพที่ 3.4.8 เครื่องวัดความเร็วรอบ ขั้นตอนสร้างเครื่องวัดแรงขับมีดังนี้ 1) การทดสอบประสิทธิภาพใบพัดประเภท Toroidal คณะผู้จัดทาได้ทาการทดสอบโดยการ ใช้เครื่อง Test stand โดยได้รับความอนุเคราะห์จาก ผศ.ดร.ภาคิน จาปาศักดิ์ ในการใช้ฐานของ Test stand ดังภาพที่ 3.4.9 ภาพที่ 3.4.9 ฐานของ Test stand 2) ติดตั้งมอเตอร์ชนิด Peak 2212-1400KV บริเวณฐานรองมอเตอร์ที่ยึดไว้กับโครงสร้างของ Test stand ดังภาพที่ 3.4.10 ภาพที่ 3.4.10 การยึดมอเตอร์เข้ากับฐานมอเตอร์ 51 3) ติดตั้งอุปกร์ที่ใช้อ่านค่าแรงขับ โดยอุปกรณ์ที่ใช้คือเครื่องชั่งน้าหนักดิจิตอลซึ่งแสดงค่าใน หน่วยกรัม ภาพที่ 3.4.11 ติดตั้งเครื่องชั่งน้าหนักดิจิตอล 4) ติดตั้งอุปกรณ์ที่ใช้ควบคุม โดยการเชื่อมต่อมอเตอร์เข้ากับ ESC หลังจากนั้นนาสาย output จาก ESC ต่อเข้ากับตัวรับสัญญาณเพื่อใช้ควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์ขณะทางาน ภาพที่ 3.4.12 การเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมความเร็วรอบ 5) เชื่อมต่อแบตเตอรีเข้ากับ ESC เพื่อจ่ายกระแสไฟสาหรับการทางานของอุปกรณ์ ภาพที่ 3.4.13 เชื่อมต่อแบตเตอรีสาหรับการใช้งาน 52 บทที่ 4 ผลการดาเนินงาน และผลการวิเคราะห์การทดสอบ จากการดาเนินการออกแบบใบพัดประเภท Toroidal และการวิเคราะห์การไหลของอากาศ ด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) คณะผู้จัดทาได้นาใบพัดประเภท Toroidal ทั้งแบบ 2 ใบพัด และ 3 ใบพัดมาใช้ในการศึกษา โดยแบบ 2 ใบพัดมีตัวอย่างทั้งหมด 7 กรณี ซึ่งเป็นใบพัดที่มี ระยะห่างช่องว่างระหว่างใบพัดอยู่ระหว่าง 50-80 มิลลิเมตร เพิ่มขึ้นครั้งละ 5 มิลลิเมตร ในขณะที่ แบบ 3 ใบพัดมีตัวอย่าง 2 แบบ โดยมีช่องว่างระหว่างใบพัดที่ 65 และ 70 มิลลิเมตร นอกจากนี้ เพื่อความปลอดภัยในการทดสอบและป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับวัสดุที่ ใช้ในการขึ้นรูปชิ้นงาน คณะผู้จัดทาจึงได้ทาการปรับความเร็วรอบที่ใช้ในการวิเคราะห์จากเดิม 6000 RPM เป็นช่วง 1000-3000 RPM เนื่องจากการใช้ความเร็วรอบสูงอาจทาให้ชิ้นงานเกิดความเสียหาย หรือแตกหักระหว่างการทดสอบ ซึ่งมีรายละเอียดผลการดาเนินงาน ดังนี้ 4.1 ผลการวิเคราะห์การไหลของอากาศของใบพัดประเภท Toroidal 4.2 การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal 4.3 การทดสอบและเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์จากใบพัดต้นแบบ 4.4 ชิ้นงานใบพัดประเภท Toroidal แต่ละรูปแบบ 4.5 การทดสอบแรงขับโดยใช้เครื่อง Thrust stand 4.6 การวัดระดับเสียง 4.1 ผลการวิเคราะห์การไหลของอากาศของใบพัดประเภท Toroidal 4.1.1 ผลการวิเคราะห์ด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (Simulation) จากการวิเคราะห์ผลด้วยวิธีพลศาสตร์ ของไหลเชิงคานวณโดยใช้โปรแกรม Ansys Fluent โดยใช้วิธีการคานวณเช่นเดียวกับการจาลองที่ความเร็วรอบเท่ากับ 6,000 RPM หลังจากนั้นจึงนามา วิเคราะห์ผลในช่วงความเร็วรอบ 1,000-3,000 RPM สาหรับการทดสอบ ซึ่งได้ผลการวิเคราะห์ 53 แรงขับและแรงบิดจากการคานวณในช่วงความเร็วรอบ 1,000-3,000 RPM สาหรับใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบ ดังนี้ 4.1.1 ความเร็วรอบ 1,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ 4.1.1 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.1 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ระยะห่าง 65 mm. 0.036197 -0.0011769 ภาพที่ 4.1.2 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.2 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ระยะห่าง 70 mm. 0.037912 -0.0012429 54 4.1.2 ความเร็วรอบ 2,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ 4.1.3 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.3 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ระยะห่าง 65 mm. 0.16165 -0.0044674 ภาพที่ 4.1.4 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.4 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ระยะห่าง 70 mm. 0.17454 -0.0048436 55 4.1.3 ความเร็วรอบ 3,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ 4.1.5 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.5 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ระยะห่าง 65 mm 0.34902 -0.0092509 ภาพที่ 4.1.6 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.6 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ระยะห่าง 70 mm. 0.42385 -0.010915 56 และจากการวิเคราะห์ผ ลด้ว ยวิธีพลศาสตร์ ของไหลเชิงคานวณโดยใช้โ ปรแกรม Ansys Fluent ซึ่งได้ผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดจากการคานวณในช่วงความเร็วรอบ 1,000-3,000 RPM สาหรับใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบ ดังนี้ 1. ความเร็วรอบ 1,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ 4.1.7 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.7 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ระยะห่าง 65 mm. 0.049725 -0.0015936 ภาพที่ 4.1.8 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.8 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ระยะห่าง 70 mm. 0.044565 -0.0016764 57 2. ความเร็วรอบ 2,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ 4.1.9 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.9 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ระยะห่าง 65 mm. 0.22887 -0.0060703 ภาพที่ 4.1.10 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.10 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ระยะห่าง 70 mm. 0.20748 -0.0063875 58 3. ความเร็วรอบ 3,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ 4.1.11 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.11 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ระยะห่าง 65 mm. 0.52476 -0.013303 ภาพที่ 4.1.12 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ 4.1.12 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ระยะห่าง 70 mm. 0.51588 -0.014468 จากการวิเคราะห์ ด้ว ยวิธี พลศาสตร์ ข องไหลเชิ งคานวณ (CFD) ทั้ง 7 กรณี พบว่าการ เปลี่ยนแปลงระยะช่องว่างระหว่างใบพัดส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของใบพัดในส่วนของแรงขับ และแรงบิดที่เกิดขึ้น โดยผลการวิเคราะห์แสดงให้เห็นว่า เมื่อระยะช่องว่างระหว่างใบพัดเพิ่มขึ้นจะ ส่งผลให้ใบพัดสามารถสร้างแรงขับและแรงบิดได้มากขึ้น 59 4.2 การวิเคราะห์ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal จากการดาเนินการวิเคราะห์ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal โดยการวิเคราะห์การ ไหลของอากาศด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) จะสามารถหาค่า Thrust coefficient , Power coefficient , Efficiency และ Advance ratio โดยจะคานวณค่าดังสมการที่ได้กล่าวมา ทีค่ วามเร็วรอบของใบพัดในช่วง 1000-3000 RPM โดยสูตรการคานวณค่ามีดังแสดงและจากสูตรเมื่อ นาไปคานวณจะได้ผลการวิเคราะห์ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal ทั้ง 2 และ 3 ใบพัดดัง ภาพที่ 4.2.1 Advance ratio 𝑉 𝐽= Thrust coefficient 𝐶𝑇 = Power coefficient 𝐶𝑝 = Efficiency 𝜂= (4.2.1) 𝑛𝐷 𝑃 𝜌𝑛2 𝐷4 𝑃 𝜌𝑛3 𝐷5 𝐽𝐶𝑇 (4.2.2) (4.2.3) (4.2.4) 𝐶𝑝 60 กรณีใบพัดประเภท Toroidal 2 และ 3 ใบพัดทีค่ วามเร็วรอบ 1,000, 2,000 และ 3,000 RPM ภาพที่ 4.2.1 ผลการคานวณค่าของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 และ 3 ใบพัดที่ความเร็วรอบ 1,000, 2,000 และ 3,000 RPM 61 ภาพที่ 4.2.2 กราฟการวิเคราะห์ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 และ 3 ใบพัดที่ ความเร็วรอบ 1,000, 2,000 และ 3,000 RPM จากการวิเคราะห์ด้ว ยวิธี พลศาสตร์ ข องไหลเชิ ง คานวณ (CFD) สาหรับ ใบพัด ประเภท Toroidal แบบ 2 และ 3 ใบพัด ที่ทาการทดสอบที่ความเร็วรอบ 1,000-3,000 RPM พบว่าระยะ ช่ อ งว่า งระหว่า งใบพั ดมี ผ ลต่ อ ค่า ประสิท ธิ ภาพของใบพั ด ในด้า น Thrust, Moment, Thrust Coefficient และ Power coefficient จากผลการทดสอบที่ความเร็วรอบ 1,000 RPM พบว่าเมื่อเพิ่มระยะช่องว่างระหว่างใบพัด จาก 50 mm. ไปจนถึง 80 mm. ค่าต่าง ๆ มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นโดยค่าแรงขับสูงสุดที่วัดได้คือ 0.04101 นิวตัน ที่ระยะ 80 mm. ซึ่งเป็นค่าที่มากที่สุดในการทดสอบ ในส่วนของค่าแรงบิดมีค่ามากที่สุดที่ 62 0.0013632 Nm ที่ระยะ 80 mm. เช่นเดียวกับ Thrust Coefficient ที่เพิ่มขึ้นจาก 0.0581 ที่ระยะ 50 mm. เป็น 0.0761 ที่ระยะ 80 mm. และ Power coefficient ที่เพิ่มขึ้นจาก 0.0569 เป็น 0.0726 ตามลาดับ นอกจากนี้ ค่าประสิทธิภาพของใบพัดที่ได้จากการคานวณยังแสดงให้เห็นแนวโน้ม ที่เพิ่มขึ้นโดยมีค่าสูงสุดที่ 0.1428 ที่ระยะ 80 mm. สาหรับ 3 ใบพัด ที่ทาการทดสอบใน 2 ระยะห่าง คือ 65 mm. และ 70 mm. พบว่าแรงขับสูงกว่าการใช้ 2 ใบพัด โดยที่ 65 mm. มีค่าแรงขั บ 0.049725 นิวตัน และ 70 mm. มีค่าแรงขับ 0.044565 N ใบพัดประเภท Toroidal แบบ 3 ใบพัด จึงให้แรงขับสูงกว่าใบพัด 2 ใบพัดที่ระยะห่างใกล้เคียงกัน ผลการทดสอบที่ความเร็วรอบ 2000 RPM ค่าแรงขับสูงสุดที่ได้คือ 0.1756 N ที่ระยะ 80 mm. ซึ่งเป็นค่าที่มากที่สุดในการทดสอบ ส่วนค่าแรงบิดมีค่ามากที่สุดที่ -0.0052493 Nm ที่ระยะ 80 mm. ค่าของ Thrust Coefficient ที่เพิ่มขึ้นจาก 0.0659 ที่ระยะ 50 mm. เป็น 0.0757 ที่ระยะ 80 mm. ค่า Power coefficient ที่เพิ่มขึ้นจาก 0.0142 เป็น 0.0699 ตามลาดับ และค่าประสิทธิภาพ ของใบพัดที่ได้จากการคานวณยังแสดงให้เห็นแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นโดยมีค่าสูงสุดที่ 1.0994 ที่ระยะ 80 mm. สาหรับ3 ใบพัด ซึ่งทาการทดสอบใน 2 ระยะห่าง ได้แก่ 65 mm. และ 70 mm. พบว่าแรงขับ สูงกว่า 2 ใบพัด โดยที่ 65 mm. มีค่าแรงขับ 0.22887 N และ 70 mm. มีค่าแรงขับ 0.20748 N ซึ่ง สูงกว่าใบพัด 2 ใบพัดที่ระยะห่างเท่ากันอย่างชัดเจน แรงบิดของ 3 ใบพัด มีค่ามากขึ้น โดยที่ 65 mm. มีค่า -0.0060703 Nm และที่ 70 mm. มีค่า -0.0063875 Nm ซึ่งสูงกว่าแรงบิดของใบพัด 2 ใบพัดที่ ระยะห่างเดียวกัน นอกจากนี้ค่าของ Power Coefficient (Cp) สาหรับใบพัด 3 ใบพัดยังสูงกว่าด้วย ผลการทดสอบที่ความเร็วรอบ 3000 RPM ค่าของแรงขับสูงสุดที่วัดได้คือ 0.44984 N ที่ ระยะ 80 mm. ค่าของแรงบิดมีการเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่ลดลงในช่วง 50-65 mm.แต่เริ่มเพิ่มขึ้น หลังจาก 70 mm. ขึ้นไป โดยมีค่ามากที่สุดที่ -0.011836 Nm ที่ระยะ 80 mm. ค่าของ Thrust Coefficient ที่เพิ่มขึ้นจาก 0.0728 ที่ระยะ 50 mm. เป็น 0.0861 ที่ระยะ 80 mm. ค่า Power coefficient ที่เพิ่มขึ้นจาก 0.0562 เป็น 0.0701 ตามลาดับ และค่าประสิทธิภาพของใบพัดที่ได้จาก การคานวณยังแสดงให้เห็นแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นโดยสูงสุดที่ 3.718 ที่ระยะ 80 mm. สาหรับ 3 ใบพัด ซึ่ง ทดสอบที่ 65 mm. และ 70 mm. พบว่าค่าแรงขับสูงกว่า 2 ใบพัด โดยที่ 65 mm. มีค่าแรงขับ 0.52476 N และ 70 mm. มีค่าแรงขับ 0.51747 N ซึ่งสูงกว่าค่าของใบพัด 2 ใบพัดที่ระยะเดียวกัน ค่าของ แรงบิด (Moment) สาหรับ 3 ใบพัดก็สูงกว่า 2 ใบพัด โดยค่าแรงบิดที่ 65 mm. อยู่ที่ 0.0013303 Nm และที่ 70 mm. อยู่ที่ -0.0014445 Nm และค่าของ Power Coefficient (Cp) และ Thrust Coefficient (Ct) สาหรับ 3 ใบพัดสูงกว่า 2 ใบพัด 63 จากผลการทดสอบแสดงถึงค่าการคานวณของ Thrust coefficient , Power coefficient และค่าของประสิทธิภาพของใบพัด Toroidal ซึ่งจากการทดสอบเห็นได้ชัดถึงค่าที่มีการเปลี่ยนแปลง เมื่อปรับระยะช่องว่างระหว่างใบพัด มีผลต่อทั้งแรงขับและแรงบิดอย่างชัดเจน โดยเมื่อเพิ่มระยะห่าง ระหว่างใบพัดมากขึ้น พบว่าแรงขับมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการลดการรบกวนของการ ไหลของอากาศระหว่า งใบพั ด ทาให้ ก ระแสลมมี ค วามต่ อ เนื่ อ งและสามารถสร้า งแรงขั บ ได้ มี ประสิทธิภาพมากขึ้น แรงบิดก็มีแนวโน้ มเพิ่มขึ้นตามไปด้วย ซึ่งเกิดจากแรงต้านอากาศที่เพิ่มขึ้นจาก ระยะช่องว่างที่มากขึ้น ในส่วนของรอบการหมุนของใบพัด (RPM) พบว่าการเพิ่มรอบหมุนส่งผลให้แรง ขับเพิ่มขึ้น และจานวนใบพัดพบว่าใบพัดประเภท Toroidal 3 ใบพัดให้แรงขับที่สูงกว่าใบพัดประเภท Toroidal 2 ใบพัด เนื่องจากมีพื้นที่ในการสร้างแรงขับและแรงบิดมากขึ้น 64 4.3 การทดสอบและเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์จากใบพัดต้นแบบ ในการดาเนินการวิเคราะห์แรงขับด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) คณะผู้จัดทา จึงได้ดาเนินการนาใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบมาดาเนินการวิเคราะห์ด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหล เชิงคานวณและทดสอบจริงเพื่อ ให้สามารถประเมินผลการออกแบบและประสิทธิภาพของใบพัดได้ อย่างแม่นยาและมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น ซึ่งสามารถดาเนินการได้ดังนี้ 4.3.1 การสแกนใบพัดเพื่อสร้างแบบจาลอง 3 มิติ เนื่องจากใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบนั้นไม่มีแบบจาลอง 3 มิติ โดยมีลักษณะของใบพัด ดังภาพที่ 4.3.1 คณะผู้จัดทาจึงดาเนินการสแกนใบพัดด้วยการใช้เครื่อง 3D Scan (เครื่องสแกน 3 มิติ) ซึ่งได้แบบจาลอง 3 มิติ ดังภาพที่ 4.3.1 ภาพที่ 4.3.1 ใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ภาพที่ 4.3.2 แบบจาลอง 3 มิติ จากเครื่อง 3D Scan จากผลการดาเนินการสแกนใบพัดด้วยการใช้เครื่อง 3D Scan พบว่ามีบางส่วนของผิวใบพัด เกิดความเสียหาย จึงต้องดาเนินการปูพื้นผิวใบพัดใหม่ซึ่งได้ผลลัพธ์เป็นไปดังภาพที่ 4.3.3 65 ภาพที่ 4.3.3 แบบจาลอง 3 มิติทที่าการปูพื้นผิวใหม่ 4.3.2 การวิเคราะห์ ผลของใบพัดต้นแบบด้วยวิธี พลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) โดย กาหนดความเร็วรอบในการวิเคราะห์เท่ากับ 3,000 รอบ/นาที 1) กราฟแสดงผล Residual ภาพที่ 4.3.4 กราฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ 2) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ภาพที่ 4.3.5 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ 66 3) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ภาพที่ 4.3.6 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ 4) การแสดงผล Contour ของ Static Pressure ภาพที่ 4.3.7 แสดงผล Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ 5) การแสดงผล Contour ของ Velocity ภาพที่ 4.3.8 Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ 67 6) การแสดงผล Particle path line ภาพที่ 4.3.9 Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ 7) การแสดงผล Wall Y Plus ภาพที่ 4.3.10 Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal ต้นแบบ ตารางที่ 4.3.1 เปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ CFD และการทดสอบจริง แรงขับ (N) 0.082857 0.0864 ผลการวิเคราะห์ CFD ผลการทดสอบจริง จากตารางที่ 4.3.1 ซึ่งเป็นการเปรียบเทียบผลการวิเคราะห์ด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิง คานวณ (CFD) กับผลการทดสอบจริ ง พบว่าค่าแรงขับ ที่ ไ ด้จากการคานวณด้ว ย CFD เท่า กั บ 0.082857 นิวตัน ในขณะที่ผลการทดสอบจริงให้ค่าแรงขับที่ 0.0864 นิวตัน เมื่อพิจารณาความ แตกต่างของค่าที่ได้จากทั้งสองวิธี พบว่าผลการวิเคราะห์ CFD มีค่าแรงขับต่ากว่าผลการทดสอบจริง เล็กน้อย แต่มีแนวโน้มที่สอดคล้องกัน จึงสามารถใช้ผลการวิเคราะห์ ด้วยวิธีพลศาสตร์ ของไหลเชิง คานวณเป็นข้อมูลเปรียบเทียบกับผลการทดสอบจริงสาหรับใบพัดที่ออกแบบเองได้อย่างเหมาะสม 68 4.4 การขึ้นรูปชิ้นงานใบพัดประเภท Toroidal ในแต่ละรูปแบบ หลั ง จากดาเนิ นการวิ เคราะห์ผ ลด้ว ยวิ ธี พ ลศาสตร์ ข องไหลเชิ งคานวณ (CFD) จากนั้ น ดาเนินการขึ้นรูปใบพัดโดยใช้วิธีการพิมพ์ชิ้นงานด้วยเรซิน โดยเครื่อง 3D Resin Printer จะได้ใบพัด ประเภท Toroidal โดยมีขั้นตอนในการขึ้นรูปใบพัดดังนี้ ขั้นตอนที่ 1 หลังจากได้แบบจาลอง 3 มิติ ที่เป็นไฟล์นามสกุล .stl แล้ว จากนั้นดาเนินการสร้าง แบบจาลองภายในโปรแกรม Photon WorkShop ซึ่งได้แบบจาลองดังภาพที่ 4.4.1 ภาพที่ 4.4.1 แบบจาลองภายในโปรแกรม Photon WorkShop ขั้นตอนที่ 2 เมื่อได้แบบจาลองในการขึ้นรูปแล้ว ทาการบันทึกลงใน USB Flash Drive และนาไป เชื่อมต่อกับเครื่อง 3D Resin Printer Photon mono X เพื่อทาการขึ้นรูปใบพัด ภาพที่ 4.4.2 การเชื่อมต่อกับเครื่อง 3D Resin Printer Photon mono X 69 ขั้นตอนที่ 3 การเตรียมเครื่อง 3D Resin Printer Photon mono X และวัสดุเพื่อดาเนินการขึ้นรูป ใบพัด สามารถดาเนินการได้ดังนี้ 1) เตรียมวัสดุ Resin สาหรับการขึ้นรูปด้วยการนา Basic Resin Anycubic ใส่ในถาดผสมสาหรับการ ขึ้นรูปและผสมวัสดุ Resin ให้เป็นเนื้อเดียวกัน ภาพที่ 4.4.3 การผสมวัดุ Resin 2) หลังจากผสมวัสดุให้เป็นเนื้อเดียวกันแล้วดาเนินการสั่งขึ้นรูปใบพัด ภาพที่ 4.4.4 การขึ้นรูปชิ้นงานโดยเครื่อง 3D Resin Printer Photon mono X 70 ขั้นตอนที่ 4 เมื่อได้ใบพัดแล้ว จากนั้นทาความสะอาดใบพัดโดยการล้างด้วยแอลกอฮอล์ในเครื่องทา ความสะอาดประมาณ 5 นาที ภาพที่ 4.4.5 การทาความสะอาดใบพัด ขั้นตอนที่ 5 เมื่อทาความสะอาดใบพัดแล้ว นาใบพัดมาตัดแต่งส่วนที่ใช้ยึดเกาะกับฐานของเครื่อง 3D Resin Printer Photon mono X ออกจนเหลือแค่ส่วนของใบพัดที่ต้องการ หลังจากนั้นนาไปอบด้วย รังสี UV ประมาณ 20 นาที ดังภาพที่ 4.4.6 ภาพที่ 4.4.6 การอบชิ้นงานด้วยรังสี UV ขั้นตอนที่ 6 เมื่ออบใบพัดเสร็จแล้วจึงนามาขัดผิวเพื่อความละเอียดของผิวจะได้ ใบพัดเป็นดังภาพที่ 4.4.7 และชิ้นงานใบพัด Toroidal ที่ได้ขึ้นรูปสาเร็จดังภาพ 4.4.8 และ 4.4.9 ภาพที่ 4.4.7 ใบพัดจริงหลังจากการขัดผิว 71 ภาพที่ 4.4.8 ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัดที่จัดสร้างขึ้น ภาพที่ 4.4.9 ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัดที่จัดสร้างขึ้น 72 4.5 การทดสอบแรงขับโดยใช้เครื่อง Thrust stand ในการทดสอบแรงขับโดยใช้เครื่อง Thrust stand เนื่องจากการใช้เครื่องชั่งน้าหนักดิจิตอล จะได้ผลลัพธ์ของแรงขับจากการทดสอบในหน่วยกรัม จากนั้นทาการแปลงหน่วยของผลลัพธ์ที่ได้ให้ อยู่ในหน่วยนิวตัน คณะผู้จัดทาได้ทาการทดสอบโดยกาหนดความเร็วรอบในช่วง 1,000-3,000 RPM มีค่าความหนาแน่นของอากาศเท่ากับ 1.225 kg/m3 และไม่มีความเร็วผ่านใบพัดขณะทดสอบ ได้ผล การทดสอบและการวิเคราะห์ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal ดังนี้ ภาพที่ 4.5.1 ผลการคานวณค่า Thrust coefficient จากการทดสอบ 73 จากตารางข้อมูลแสดงค่าการคานวณแรงขับ และค่าสัมประสิทธิ์แรงขับของใบพัดที่หมุนด้วย ความเร็วรอบ 1000-3000 RPM โดยมีการเปรียบเทียบระหว่างใบพัด 2 ใบ และใบพัด 3 ใบ ที่มีระยะ ช่องว่างระหว่างใบพัดแตกต่างกัน ที่ความเร็วรอบ 1000 RPM ใบพัด 2 ใบให้ค่าแรงขับสูงสุดที่ 0.054 N ที่ระยะ 80 mm ขณะที่ใบพัด 3 ใบให้แรงขับสูงกว่าใบพัด 2 ใบ โดยที่ระยะ 65 mm ให้ค่าแรงขับ สูงถึง 0.043 N เมื่อเพิ่มความเร็วรอบเป็น 2000 RPM ค่าแรงขับเพิ่มขึ้น ใบพัด 2 ใบให้แรงขับสูงสุดที่ 0.140 N ที่ระยะ 75 mm ส่วนใบพัด 3 ใบให้แรงขับสูงขึ้นกว่าที่ 1000 RPM อย่างชัดเจน โดยที่ระยะ 70 mm ให้แรงขับสูงสุดที่ 0.205 N และที่ความเร็วรอบ 3000 RPM ค่าแรงขับเพิ่มขึ้นอีก โดยใบพัด 2 ใบมีแรงขับสูงสุดที่ 0.284 N ที่ระยะ 70 mm ขณะที่ใบพัด 3 ใบให้แรงขับสูงสุดที่ 0.432 N 4.5.1 เปรียบเทียบผลการทดสอบและการทา Simulation หลังจากดาเนินการทดสอบใบพัดประเภท Toroidal และจากนั้นนาผลลัพธ์จากการทดสอบ จริงมาเปรียบเทียบกับผลลัพธ์จากการวิเคราะห์ด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณ (CFD) จะได้ผล การเปรียบเทียบดังนี้ 1) การเปรียบเทียบผลของแรงขับ ภาพที่ 4.5.2 ผลการเปรียบเทียบที่ความเร็ว 1,000 รอบ/นาที จากภาพที่ 4.5.2 จะเห็นว่าผลการทดสอบจริงมีค่าต่ากว่าผลจากการจาลอง (Simulation) อยู่ในช่วงหนึ่ง ซึ่งอาจเกิดจากความแตกต่างของเงื่อนไขที่ใช้ในการจาลองกับสภาพแวดล้อมจริงขณะ ดาเนินการทดสอบ นอกจากนี้ ปัจจัยด้านความแข็งแรงของวัสดุและคุณภาพของใบพัดที่ใช้ในการ ทดสอบอาจส่งผลต่อความแตกต่างของผลลัพธ์ โดยวัสดุที่ใช้ขึ้นรูปใบพัดเป็น Standard resin ซึ่งมี คุณสมบัติแข็งและเปราะมากกว่าเมื่อเทียบกับวัสดุที่ใช้ในการใช้งานจริง ทาให้ประสิทธิภาพที่ได้จาก การทดสอบอาจต่ากว่าการจาลอง 74 ภาพที่ 4.5.3 ผลการเปรียบเทียบที่ความเร็ว 2,000 รอบ/นาที จากภาพที่ 4.5.3 จะเห็นว่าผลการทดสอบจริงมีค่าใกล้เคียงกับผลการจาลอง (Simulation) มากขึ้น แต่ยังคงต่ากว่าผลจากการจาลอง ซึ่งอาจเกิดจากปัจจัยด้านสภาพแวดล้อมขณะทดสอบจริง รวมถึงคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ ซึ่งอาจแตกต่างจากเงื่อนไขที่กาหนดในการจาลอง นอกจากนี้ โปรแกรม ที่ใช้ในการจาลองอาจมีข้อจากัดบางประการที่ส่งผลให้ผลลัพธ์แตกต่างจากคุณสมบัติของใบพัดจริงที่ ผ่านกระบวนการผลิต ภาพที่ 4.5.4 ผลการเปรียบเทียบที่ความเร็ว 3,000 รอบ/นาที จากภาพที่ 4.5.4 จะเห็นว่าผลการทดสอบจริงยังคงมีค่าต่ากว่าผลการจาลอง (Simulation) แต่มีแนวโน้มไปในทิศทางเดียวกัน โดยพบว่าเมื่อเพิ่มระยะช่องว่างระหว่างใบพัด แรงขับ (Thrust) จะ ค่อยๆ เพิ่มขึ้นตามระยะที่เพิ่มขึ้น ทั้งนี้ ค่าของแรงขับที่ต่ากว่าผลการจาลองอาจเกิดจากปัจจัยด้าน สภาพแวดล้อมขณะทดสอบจริง รวมถึงจานวนครั้งในการทดสอบที่มากขึ้น ซึ่งอาจส่งผลให้คุณสมบัติ ของวัสดุที่ใช้ในการผลิตเปลี่ยนแปลงไป 75 4.6 การวัดระดับเสียง 4.6.1 อุปกรณ์การวัดระดับเสียง การวัดระดับเสียงของใบพัดประเภท Toroidal ขณะใช้งาน คณะผู้จัดทาดาเนินการวัดผลโดย ใช้แอปพลิเคชัน Phyphox เพื่อวัดระดับความดังของเสียง โดยเลือกใช้ฟังก์ชันการทางาน คือ Audio Amplitude ในการวัดระดับความดังในหน่วยเดซิเบล (dB) ภาพที่ 4.6.1 แอปพลิเคชัน Phyphox ภาพที่ 4.6.2 ฟังก์ชันที่ใช้วัดผล 4.6.2 ผลการวัดระดับเสียง จากการทดสอบได้ผลลัพธ์ของระดับเสียงขณะใช้งาน ดังนี้ 1) ผลการวัดระดับเสียงจากการใช้ Audio Amplitude ดังภาพที่ 4.6.3 76 ภาพที่ 4.6.3 การวัดระดับเสียงใบพัดประเภท Toroidal จากการใช้ Audio Amplitude เนื่องจากการคานึงถึงความปลอดภัยในการทดสอบ เพื่อป้องกันอันตรายหากใบพัดเกิดการ แตกหัก คณะผู้จัดทาจึงได้สร้างอุปกรณ์ป้องกันดังภาพที่ 4.6.3 4.6.3 เปรียบเทียบระดับเสียงของใบพัดประเภท Toroidal กับใบแบบปกติ ผลการเปรียบเทียบระดับเสียงของใบพัดประเภท Toroidal กับใบแบบปกติ จากการทดสอบ โดยกาหนดความเร็วรอบในการทางานในช่วง 2,000-3,000 RPM เป็นดังภาพที่ 4.6.4 ภาพที่ 4.6.4 การเปรียบเทียบระดับเสียงของใบพัดประเภท Toroidal กับใบแบบปกติ จากภาพที่ 4.6.4 แสดงให้เห็นว่าระดับเสียงของใบพัด ประเภท Toroidal และใบพัดแบบ ปกติที่ช่วงความเร็วรอบ 2,000-3,000 RPM พบว่าใบพัดแบบปกติมีค่าระดับเสียง (dB) สูงกว่าใบพัด ประเภท Toroidal ในทุกช่วงของความเร็วรอบ โดยระดับเสียงของใบพัด แบบปกติมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น อย่างต่อเนื่องเมื่อรอบการทางานเพิ่มขึ้น แต่ในส่วนของใบพัดประเภท Toroidal มีระดับเสียง (dB) ต่ากว่า โทนเสียงเมื่อได้ยินเป็น โทนเสียงที่นุ่มนวลและสบายต่อการรับฟังมากกว่า โดยโทนเสียงที่ เกิดขึ้นมีความถี่ต่ากว่า ทาให้ไม่ก่อให้เกิดความรู้สึกราคาญหรือระคายเคืองต่อหู ซึ่งแตกต่างจากใบพัด 77 แบบปกติ ที่ มั ก สร้า งเสี ย งที่ แ หลมและดั ง ขึ้ น เมื่ อ ความเร็ ว รอบเพิ่ ม ขึ้ น และเมื่ อ พิ จารณาการ เปลี่ยนแปลงของระดับเสียงตามระยะห่างของใบพัด ประเภท Toroidal ซึ่งอยู่ระหว่าง 50-80 mm. โดยเพิ่มครั้งละ 5 mm. จะเห็นได้ว่าระดับเสียงลดลงเมื่อระยะห่างเพิ่มขึ้น 78 บทที่ 5 สรุปผลการดาเนินงาน และข้อเสนอแนะ การดาเนินการออกแบบและทดสอบประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal โดยใช้วิธีการ วิเคราะห์พลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณและการทดสอบผลจากใบพัดจริง จากผลการดาเนินงาน คณะ ผู้จัดทาสามารถสรุปรายละเอียดผลการดาเนินงานตลอดโครงการได้ดังนี้ 5.1 สรุปผลการดาเนินงาน จากวัตถุประสงค์ ของโครงการซึ่งจัดทาขึ้นเพื่อออกแบบ ศึกษาประสิทธิภาพ และทดสอบ ประสิทธิภาพของใบพัดประเภท Toroidal ซึง่ โครงการนี้ดาเนินการโดยการออกแบบใบพัด โดยคณะ ผู้จัดทาได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของระยะช่องว่างระหว่างใบพัด ซึ่งมีขนาด 50, 55, 60, 65, 70, 75 และ 80 mm. และทาการจาลอง (Simulation) เพื่อวิเคราะห์ประสิทธิภาพด้านแรงขับของใบพัดที่ ออกแบบ จากผลการวิเคราะห์ด้ว ยวิธีพลศาสตร์ ของไหลเชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics: CFD) พบว่า การเพิ่มระยะช่องว่างระหว่างใบพัดส่งผลให้แรงขับเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ ผล จากการจาลองยังแสดงให้เห็นว่าแรงบิดมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตามระยะช่องว่างที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจทาให้เกิด ความเสียหายได้ง่ายขึ้นเมื่อแรงบิดสูงขึ้น โดยระยะช่องว่างระหว่างใบพัดที่ให้ค่าแรงขับและแรงบิด สูงสุดอยู่ที่ 80 มิลลิเมตร อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแรงบิดในกรณีนี้สูงกว่าระยะอื่นๆ จึงได้พิจารณา เลือกระยะช่องว่างระหว่างใบพัดที่ 65 และ 70 mm. สาหรับการผลิตใบพัดประเภท Toroidal แบบ 3 ใบพัด เพื่อให้เหมาะสมต่อการทดสอบและการใช้งานจริง ผลจากการทดสอบประสิทธิภาพใบพัดประเภท Toroidal ที่ได้ดาเนินการออกแบบ ซึ่ง ทดสอบโดยการใช้เครื่อง Test stand ในการวัดแรง ผลการทดสอบจริงพบว่าแรงขับที่ได้ต่ากว่าค่าที่ คาดการณ์ไว้เมื่ออ้างอิงจากผลการวิเคราะห์ด้วยวิธีพลศาสตร์ ของไหลเชิงคานวณ (Computational Fluid Dynamics: CFD) ปัจจัยที่อาจส่งผลต่อความแตกต่างนี้ ได้แก่ ความแตกต่างของเงื่อนไข ระหว่างการจาลอง (Simulation) และการทดสอบจริง รวมถึงคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในการผลิต ใบพัด ซึ่งอาจมีความแข็งแรงน้อยกว่าใบพัดทั่วไป ส่งผลให้แรงขับที่ได้ต่ากว่าผลจากการจาลอง นอกจากนี้ อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดสอบอาจมีข้อจากัด เช่น ขนาดและน้าหนักของโครงฉาก Test Stand อาจไม่เหมาะสมกับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดที่ออกแบบ อีกทั้งอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัด แรงขับอาจมีความละเอียดไม่เพียงพอ ส่งผลต่อความแม่นยาของค่าที่อ่านได้ ซึง่ ผลการทดสอบของ 79 ใบพัดประเภท Toroidal ที่ความเร็วรอบ 3,000 RPM โดยที่มีระยะห่างขนาด 50, 55, 60, 65, 70, 75 และ 80 mm. มีค่าของแรงขับเท่ากับ 0.238, 0.259, 0.249, 0.249, 0.238, 0.292 และ 0.324 N ตามลาดับ และในส่วนของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด ซึ่งมีระยะห่างขนาด 65 และ 70 mm. มีค่าของแรงขับเท่ากับ 0.367, 0.432 ตามลาดับ ผลการทดสอบวัดระดับเสียงจากการใช้งานโดยใช้แอปพลิเคชัน Phyphox โดยการทดสอบที่ ความเร็วรอบ 3,000 RPM โดยที่มีระยะห่างขนาด 50, 55, 60, 65, 70, 75 และ 80 mm. มีระดับ เสียงขณะใช้งาน คือ 65.3, 60.4, 61.5, 65.1, 64.5, 63.7 และ 61.1 dB ตามลาดับ ซึ่งการวัดระดับ เสียงของใบพัดแบบปกติ มีระดับเสียงอยู่ที่ 70 dB ซึ่งสามารถสรุปได้ว่าใบพัดประเภท Toroidal สามารถลดระดับเสียงจากการใช้งานได้เมื่อเปรียบเทียบกับใบพัดแบบปกติ ผลการทดสอบใบพัดประเภท Toroidal พบว่า การเพิ่มระยะช่องว่างช่วยเพิ่มแรงขับและลด ระดับเสียงขณะใช้งาน โดยที่ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด ให้แรงขับสูงสุดที่ 0.324 N เมื่อมีระยะช่องว่าง 80 mm. และเมื่อเพิ่มเป็น 3 ใบพัด แรงขับเพิ่มขึ้นเป็น 0.432 N ที่ระยะช่องว่าง ขนาด 70 mm. แต่ระดับเสียงก็สูงขึ้นตาม 5.2 ข้อเสนอแนะ จากการเปรียบเทียบผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าอาจมีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อประสิทธิ ภาพ แรงขับของใบพัดและระดับเสียงที่เกิดขึ้น สามารถสรุปข้อเสนอแนะเพื่อพัฒนาโครงการได้ดังนี้ 1) การผลิตชิ้นงาน ควรใช้กระบวนการผลิตที่มีความละเอียดสูงเพื่อความละเอียดของผิว ใบพัดและเลือกใช้วัสดุขึ้นรูปทีม่ีความยืดหยุ่นและแข็งแรงต่อการขึ้นรูปใบพัด เช่น Resin ABS, Nylon เป็นต้น 2) การทดสอบประสิทธิภาพแรงขับของใบพัด ควรปรับปรุงอุปกรณ์ที่ใช้ในการทดสอบให้มี ความละเอียดและแม่นยามากขึ้น และปรับโครงสร้างให้เหมาะสมต่อขนาดของใบพัดที่ใช้ทดสอบเพื่อ ความแม่นยาสูงสุดในการวัดผล 80 ภาคผนวก ก ผลการวิเคราะห์การไหลของอากาศด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณความเร็วรอบในช่วง 3000 RPM 81 ผลการวิเคราะห์การไหลของอากาศด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณความเร็วรอบในช่วง 3000 RPM จากการวิเคราะห์การไหลด้วยวิธีพลศาสตร์เชิงคานวณ (CFD) ซึ่งกาหนดกาลังงานที่นาเข้า คือ ความเร็วรอบของมอเตอร์ ความเร็วรอบในช่วง 3000 RPM โดยผลการวิเคราะห์ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 แบ่งเป็น 7 กรณี และใบพัดประเภท Toroidal 3 ใบพัดแบ่งเป็น 2 กรณี ได้ ผลลัพธ์จากการวิเคราะห์ ดังนี้ 1 กรณีที่ 1 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัดขนาด 50 mm. 1) กราฟแสดงผล Residual ภาพที่ ก.1 กราฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 2) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ภาพที่ ก.2 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 82 3) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ภาพที่ ก.3 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 4) การแสดงผล Contour ของ Static Pressure back front ภาพที่ ก.4 Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 5) การแสดงผล Contour ของ Velocity ภาพที่ ก.5 Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 83 6) การแสดงผล Particle path line ภาพที่ ก.6 Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 8) การแสดงผล Wall Y Plus ภาพที่ ก.7 Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด จากการวิเคราะห์ผลได้ผลลัพธ์ของแรงขับ (Thrust) และแรงบิด (Moment) ของใบพัด ประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด ดังนี้ ตารางที่ ก.1 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 0.038044 -0.0094925 84 2. กรณีที่ 2 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัดขนาด 55 mm. 1) กราฟแสดงผล Residual ภาพที่ ก.8 กราฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 2) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ภาพที่ ก.9 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 3) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ภาพที่ ก.10 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 85 4) การแสดงผล Contour ของ Static Pressure back front ภาพที่ ก.11 Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 5) การแสดงผล Contour ของ Velocity ภาพที่ ก.12 Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 6) การแสดงผล Particle path line ภาพที่ ก.13 Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 86 7) การแสดงผล Wall Y Plus ภาพที่ ก.14 Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด จากการวิเคราะห์ผลได้ผลลัพธ์ของแรงขับ (Thrust) และแรงบิด (Moment) ของใบพัด ประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด ดังนี้ ตารางที่ ก.2 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 0.036286 -0.0093056 3. กรณีที่ 3 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัดขนาด 60 mm. 1) กราฟแสดงผล Residual ภาพที่ ก.15 กราฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 87 2) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ภาพที่ ก.16 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 3) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ภาพที่ ก.17 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 4) การแสดงผล Contour ของ Static Pressure back front ภาพที่ ก.18 Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 88 5) การแสดงผล Contour ของ Velocity ภาพที่ ก.19 Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 6) การแสดงผล Particle path line ภาพที่ ก.20 Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 7) การแสดงผล Wall Y Plus ภาพที่ ก.21 Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด จากการวิเคราะห์ผลได้ผลลัพธ์ของแรงขับ (Thrust) และแรงบิด (Moment) ของใบพัด ประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด ดังนี้ ตารางที่ ก.3 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 0.036217 -0.0092494 89 4 กรณีที่ 4 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัดขนาด 65 mm. 1) กราฟแสดงผล Residual (ก) (ข) ภาพที่ ก.22 (ก) กราฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) กราฟ แสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 2) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) (ก) (ข) ภาพที่ ก.23 (ก) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 3) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) (ก) (ข) 90 ภาพที่ ก.24 (ก) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 4) การแสดงผล Contour ของ Static Pressure back front (ก) back front (ข) ภาพที่ ก.25 (ก) Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 5) การแสดงผล Contour ของ Velocity (ก) (ข) ภาพที่ ก.26 (ก) Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 91 6) การแสดงผล Particle path line (ก) (ข) ภาพที่ ก.27 (ก) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 7) การแสดงผล Wall Y Plus (ก) (ข) ภาพที่ ก.28 (ก) Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) Wall Y Plus ของ ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด จากการวิเคราะห์ผลได้ผลลัพธ์ของแรงขับ (Thrust) และแรงบิด (Moment) ของใบพัด ประเภท Toroidal จานวน 2 และ 3 ใบพัด ดังนี้ ตารางที่ ก.4 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 0.39730 -0.010138 92 ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 0.52476 -0.013303 5. กรณีที่ 5 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัดขนาด 70 mm. 1) กราฟแสดงผล Residual (ก) (ข) ภาพที่ ก.29 (ก) กราฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) กราฟ แสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 2) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) (ก) (ข) ภาพที่ ก.30 (ก) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 3) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) (ก) (ข) 93 ภาพที่ ก.31 (ก) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 4) การแสดงผล Contour ของ Static Pressure back front (ก) back front (ข) ภาพที่ ก.32 (ก) Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 5) การแสดงผล Contour ของ Velocity (ก) (ข) ภาพที่ ก.33 (ก) Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 94 6) การแสดงผล Particle path line (ก) (ข) ภาพที่ ก.34 (ก) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 7) การแสดงผล Wall Y Plus (ก) (ข) ภาพที่ ก.35 Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) Wall Y Plus ของ ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด จากการวิเคราะห์ผลได้ผลลัพธ์ของแรงขับ (Thrust) และแรงบิด (Moment) ของใบพัด ประเภท Toroidal จานวน 2 และ 3 ใบพัด ดังนี้ ตารางที่ ก.5 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 0.42385 -0.010915 95 ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 0.51747 -0.0014445 6. กรณีที่ 6 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัดขนาด 75 mm. 1) กราฟแสดงผล Residual ภาพที่ ก.36 กราฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 2) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ภาพที่ ก.37 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 3) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ภาพที่ ก.38 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 96 4) การแสดงผล Contour ของ Static Pressure back front ภาพที่ ก.39 Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 5) การแสดงผล Contour ของ Velocity ภาพที่ ก.40 Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 6) การแสดงผล Particle path line ภาพที่ ก.41 Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 97 7) การแสดงผล Wall Y Plus ภาพที่ ก.42 Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด จากการวิเคราะห์ผลได้ผลลัพธ์ของแรงขับ (Thrust) และแรงบิด (Moment) ของใบพัด ประเภท Toroidal จานวน 2 และ 3 ใบพัด ดังนี้ ตารางที่ ก.6 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 0.42810 -0.011327 7 กรณีที่ 7 ระยะช่องว่างระหว่างใบพัดขนาด 80 mm. 1) กราฟแสดงผล Residual ภาพที่ ก.43 กราฟแสดงผล Residual ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 98 2) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ภาพที่ ก.44 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับ (Thrust) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 3) กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ภาพที่ ก.45 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงบิด (Moment) ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 4) การแสดงผล Contour ของ Static Pressure front back ภาพที่ ก.46 Contour ของ Static Pressure ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 99 5) การแสดงผล Contour ของ Velocity ภาพที่ ก.47 Contour ของ Velocity ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 6) การแสดงผล Particle path line ภาพที่ ก.48 Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด (ข) Particle path line ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 3 ใบพัด 8) การแสดงผล Wall Y Plus ภาพที่ ก.49 Wall Y Plus ของใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด จากการวิเคราะห์ผลได้ผลลัพธ์ของแรงขับ (Thrust) และแรงบิด (Moment) ของใบพัด ประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด ดังนี้ 100 ตารางที่ ก.7 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด แรงขับ (N) แรงบิด (Nm.) ใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 ใบพัด 0.44948 -0.011836 101 ภาคผนวก ข แรงขับและแรงบิดจากการคานวณในช่วงความเร็วรอบ 1,000-3,000 RPM สาหรับใบพัดประเภท Toroidal จานวน 2 และ 3 ใบพัด 102 แรงขับและแรงบิดจากการคานวณในช่วงความเร็วรอบ 1,000-3,000 RPM สาหรับใบพัดประเภท Toroidal รูปแบบ 2 ใบ ดังนี้ 1)ความเร็วรอบ 1,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 50 mm. ภาพที่ ข.1 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.1 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 50 mm. ระยะห่าง 50 mm. แรงขับ (N) 0.033705 แรงบิด (Nm.) -0.0010685 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 55 mm. ภาพที่ ข.2 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.2 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 55 mm. ระยะห่าง 55 mm. แรงขับ (N) 0.033782 แรงบิด (Nm.) -0.0010844 103 3) ระยะห่างระหว่างใบพัด 60 mm. ภาพที่ ข.3 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.3 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 60 mm. ระยะห่าง 60 mm. แรงขับ (N) 0.032952 แรงบิด (Nm.) -0.0010937 4) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ ข.4 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.4 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) 0.036197 แรงบิด (Nm.) -0.0011769 104 5) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ภาพที่ ข.5 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.5 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) 0.037912 แรงบิด (Nm.) -0.0012429 6) ระยะห่างระหว่างใบพัด 75 mm. ภาพที่ ข.6 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.6 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 75 mm. ระยะห่าง 75 mm. แรงขับ (N) 0.039608 แรงบิด (Nm.) -0.0013126 105 7) ระยะห่างระหว่างใบพัด 80 mm. ภาพที่ ข.7 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.7 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 80 mm. ระยะห่าง 80 mm. แรงขับ (N) 0.041005 แรงบิด (Nm.) -0.0013632 2) ความเร็วรอบ 2,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 50 mm. ภาพที่ ข.8 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.8 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 50 mm. ระยะห่าง 50 mm. แรงขับ (N) 0.15285 แรงบิด (Nm.) -0.0010685 106 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 55 mm. ภาพที่ ข.9 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.9 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 55 mm. ระยะห่าง 55 mm. แรงขับ (N) 0.1475 แรงบิด (Nm.) -0.0040872 3) ระยะห่างระหว่างใบพัด 60 mm. ภาพที่ ข.10 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.10 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 60 mm. ระยะห่าง 60 mm. แรงขับ (N) 0.032952 แรงบิด (Nm.) -0.0010937 107 4) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ ข.11 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.11 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) 0.16165 แรงบิด (Nm.) -0.0044674 5) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ภาพที่ ข.12 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.12 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) 0.17454 แรงบิด (Nm.) -0.0048436 108 6) ระยะห่างระหว่างใบพัด 75 mm. ภาพที่ ข.13 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.13 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 75 mm. ระยะห่าง 75 mm. แรงขับ (N) 0.17122 แรงบิด (Nm.) -0.0050333 7) ระยะห่างระหว่างใบพัด 80 mm. ภาพที่ ข.14 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.14 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 80 mm. ระยะห่าง 80 mm. แรงขับ (N) 0.1756 แรงบิด (Nm.) -0.0052493 109 3) ความเร็วรอบ 3,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 50 mm. ภาพที่ ข.15 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.15 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 50 mm. ระยะห่าง 50 mm. แรงขับ (N) 0.38044 แรงบิด (Nm.) -0.0094925 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 55 mm. ภาพที่ ข.16 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.16 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 55 mm. ระยะห่าง 55 mm. แรงขับ (N) 0.36286 แรงบิด (Nm.) -0.0093056 110 3) ระยะห่างระหว่างใบพัด 60 mm. ภาพที่ ข.17 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.17 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 60 mm. ระยะห่าง 60 mm. แรงขับ (N) 0.36217 แรงบิด (Nm.) -0.0092494 4) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ ข.18 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.18 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. ระยะห่าง 65 mm แรงขับ (N) 0.34902 แรงบิด (Nm.) -0.0092509 111 5) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ภาพที่ ข.19 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.19 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) 0.42385 แรงบิด (Nm.) -0.010915 6) ระยะห่างระหว่างใบพัด 75 mm. ภาพที่ ข.20 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.20 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 75 mm. ระยะห่าง 75 mm. แรงขับ (N) 0.4281 แรงบิด (Nm.) -0.011327 112 7) ระยะห่างระหว่างใบพัด 80 mm. ภาพที่ ข.21 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.21 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 80 mm. ระยะห่าง 80 mm. แรงขับ (N) 0.44984 แรงบิด (Nm.) -0.011836 และจากการวิเคราะห์ผลด้วยวิธีพลศาสตร์ของไหลเชิงคานวณโดยใช้โปรแกรม Ansys Fluent ซึ่งได้ผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดจากการคานวณในช่วงความเร็วรอบ 1,000-3,000 RPM สาหรับใบพัดประเภท Toroidal รูปแบบ 3 ใบ ดังนี้ 1. ความเร็วรอบ 1,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ ข.22 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด 113 ตารางที่ ข.22 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) 0.049725 แรงบิด (Nm.) -0.0015936 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ภาพที่ ข.23 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.23 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) 0.044565 แรงบิด (Nm.) -0.0016764 2. ความเร็วรอบ 2,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ ข.24 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด 114 ตารางที่ ข.24 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) 0.22887 แรงบิด (Nm.) -0.0060703 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ภาพที่ ข.25 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.25 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) 0.20748 แรงบิด (Nm.) -0.0063875 3. ความเร็วรอบ 3,000 RPM 1) ระยะห่างระหว่างใบพัด 65 mm. ภาพที่ ข.26 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด 115 ตารางที่ ข.26 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 65 mm. ระยะห่าง 65 mm. แรงขับ (N) 0.52476 แรงบิด (Nm.) -0.013303 2) ระยะห่างระหว่างใบพัด 70 mm. ภาพที่ ข.27 กราฟแสดงผลการวิเคราะห์แรงขับและแรงบิด ตารางที่ ข.27 ผลลัพธ์การวิเคราะห์แรงขับและแรงบิดที่ระยะห่าง 70 mm. ระยะห่าง 70 mm. แรงขับ (N) 0.51588 แรงบิด (Nm.) -0.014468 116 เอกสารอ้างอิง 1. MIT LINCOLN LABORATORY, Toroidal Propeller [Online], 2022, Available: https://www.ll.mit.edu/sites/default/files/other/doc/2023-02/TVO_Technology_ Highlight_41_Toroidal_Propeller.pdf [15 July 2567]. 2. Hannah Jansen, IMPACT OF TOROIDAL PROPELLER DESIGN ON UNMANNED AERIAL VEHICLE ACOUSTIC SIGNATURE AND AERODYNAMICPERFORMANCE [Online], 2024, Available: https://www.academia.edu/116748522/IMPACT_OF_TOROIDAL_ PROPELLER_DESIGN_ON_UNMANNED_AERIAL_VEHICLE_ACOUSTIC_ SIGNATURE_AND_AERODYNAMIC_PERFORMANCE [15 July 2567]. 3. Federal Aviation Administration (FAA), Chapter 7 Propellers, Aviation Maintenance Technician Handbook–Powerplant [Electronic], (2023), (pp.7-1), Available: Federal Aviation Administration (FAA), Federal Aviation Administration (FAA) 4. Dept of Aeronautical Engg, ACSCE, Module-2:PropellerTheory [Online], 2020, Available: https://www.acsce.edu.in/acsce/wp-content/uploads/2020/03/Module2-18AE43.pdf [16 July 2567]. 5. Kangni Combey, Aerodynamic Investigation of Novel Toroidal Joined Blade Tips Propeller [Online], 2024, Available: https://www.researchgate.net/publication/ 379602576_Aerodynamic_Investigation_of_Novel_Toroidal_Joined_Blade_ Tips_Propeller [17 July 2567] 117 6. ธันยบูรณ์ ถาวรวรรณ์, “A STUDY OF TWO-DIMENSIONAL MODELING OF BEHAVIOR OF AIR FLOW THROUGH THE CYLINDER BY COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS TECHNIQUE (CFD)”, วารสารวิจัยราชภัฏพระนคร สาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี, Vol.12 No. 1, 2012, (pp.38-50) 7. Claire Grover, Henry Morgan, Jacob Lewis, Junyi Lin, Santino Lupica-Tondo, ENHANCING MARINE PROPULSION EFFICIENCY: DESIGN, SIMULATION, AND TESTING OF A HIGH-EFFICIENCY TOROIDAL PROPELLER FOR SOLAR SPLASH COMPETITION [Online], 2024, Available: https://www.hajim.rochester.edu/seniordesign-day/wp-content/uploads/2024/05/GateD_FDR_Propeller_ME205.pdf [18 July 2567]. 8. Kshitij Gandhi, Technical Paper Toroidal Propellers Available (online) , 2023 ….https://medium.com/@Tsaw.tech/research-paper-toroidal-propellers-accbccc1362a [19 July 2567]. 9. Aerodynamic for Student, Blade Element Theory for Propellers (online) , n.d. ……https://www.aerodynamics4students.com/propulsion/blade-element-propeller……theory.php [19 July 2567]. 10. วิชญาดา ชุมวรรณ (2566) ออกแบบและสร้างต้นแบบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพใบพัดทรงทอรอยด์ ......สาหรับอากาศยานไร้คนขับขนาดเล็ก (วิทยานิพนธ์) กรุงเทพมหานคร : มหาวิทยาลัยพระจอม .......เกล้าพระนครเหนือ 11. Zachary Michael Davis, AERODYNAMIC EVALUATION OF TOROIDAL PROPELLERS …….FOR VTOL APPLICATIONS: A CFD STUDY [Online], 2024, Available: ……..https://scholarworks.calstate.edu/downloads/k930c553g [17 July 2567] 118

Abstract

The study and design of toroidal propellers for unmanned aerial vehicles aim to enhance thrust efficiency and reduce operational noise. This study analyzed the geometric characteristics of the propeller and the gaps between the blades, with gap sizes of 50, 55, 60, 6 5 , 7 0 , 7 5 , and 8 0 millimeters. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations were conducted using Ansys software to evaluate the design performance. Subsequently, the propeller’s was tested and the noise levels generated during operation were measured to assess its effectiveness in noise reduction. The findings from the study and design of the toroidal propeller, based on testing across seven different configurations, indicate that a blade gap of 8 0 millimeters provides the highest thrust at 0 . 3 2 4 Newtons. Furthermore, this configuration exhibits the lowest operational noise level at 6 1 . 1 decibels, making it the quietest among all tested cases. Additionally, when compared to conventional propellers, the toroidal propeller demonstrates a lower noise level during operation. The results obtained from Computational Fluid Dynamics closely align with the experimental results, confirming that CFD simulations can serve as a reliable tool for predicting the thrust efficiency of toroidal propellers.

อ้างอิงผลงานนี้ / Cite this

รหัสโปรเจค

AE-2567-001

ชื่อเรื่อง

การออกแบบและทดสอบประสิทธิภาพใบพัดประเภท Toroidal / Design and Performance Test of Toroidal Propellers

ผู้จัดทำ

รวิสรา จันทร์สุข, รัตติยากร สุวรรณทอง, วชิรวิชญ์ บุญมี, ชนกันต์ ชัยสวัสดิ์

อาจารย์ที่ปรึกษา

ผศ.ดร.บุญชัย วัจจะตรากุล

ปีการศึกษา

2567 (C.E. 2024)

หน่วยงาน

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ (MAE) มจพ.

URL

https://maeconnect.eng.kmutnb.ac.th/projects/cmoi2nh0p001i0gyrs2meyr68