Um artigo para estimar o empuxo estático com um exemplo do C-172 é aqui. Além disso, uma NASA relatório 447 no cálculo do impulso estático pode ser interessante. Uma planilha do Excel para calcular o empuxo estático é aqui. Há uma discussão SE aqui e aqui.
A fórmula para o impulso é ...
Onde: F = impulso (Newton) d = diâmetro do suporte (polegadas) rpm = rotação (por minuto) passo = passo (polegadas) Vo = velocidade da aeronave (m / s)
Se você deseja impulsionar em outras unidades: para converter newtons em gramas, multiplique newtons por 1000 / 9.81. Para converter gramas em onças, multiplique gramas por 0.035274. Para converter onças em libras, divida onças por 16.
Nota: a equação é codificada para uma densidade de "dia padrão" no nível do mar de 1.225kg / m ^ 3.
O impulso de uma hélice não é constante para diferentes velocidades de vôo. Reduzir a velocidade de entrada geralmente aumenta o impulso. Uma redução da velocidade da aeronave para zero tende a aumentar ainda mais o impulso, mas muitas vezes uma rápida perda de impulso pode ser observada nesse regime. É por isso que o impulso estático de uma hélice não é um número tão importante para uma hélice - a imagem de uma hélice, trabalhando sob condições estáticas, pode ser distorcida e desfocada.
Enquanto uma aeronave não se move, sua hélice opera sob condições estáticas. Não há ar se movendo em direção à hélice devido à velocidade do vôo; a hélice cria sua própria entrada. Uma hélice, com sua distribuição de acordes e torções projetada para o ponto de operação em condições de voo, não apresenta um desempenho muito bom em condições estáticas. Ao contrário de um rotor de helicóptero maior, o fluxo ao redor da hélice relativamente pequena é fortemente distorcido e pode até ser parcialmente separado. A partir da teoria do momento das hélices, aprendemos que a eficiência em velocidades mais baixas depende fortemente da carga de energia (potência por área de disco), e essa relação para uma hélice é muito maior que a de um rotor de helicóptero. Somos capazes de atingir cerca de 80-90% do impulso, conforme previsto pela teoria do momento para o ponto de design, mas podemos atingir apenas 50% ou menos do impulso ideal previsto em condições estáticas.
O impulso estático depende também da entrada, influenciada pelo ambiente da hélice (fuselagem, vento lateral, distância ao solo). As medições do impulso estático podem ser feitas com facilidade, mas o tratamento teórico é muito complicado e só é possível com um grau de confiança menor do que os cálculos nas proximidades do ponto de projeto. Devido à separação do fluxo local, o comportamento das hélices sob condições estáticas pode ser muito sensível em relação às configurações de ângulo da lâmina e ao formato do aerofólio.
Para obter uma imagem da largura de banda do impulso estático, foram examinados vários relatórios mais antigos da NACA e algumas publicações de revistas modelo. Os resultados são combinados no gráfico a seguir.
fonte
O fonte forneceu um exemplo de cálculo de modelo de aeronave aplicável a aeronaves de tamanho normal.
Temos duas hélices diferentes com um ângulo de lâmina de 10 ° e 25 °, respectivamente. O primeiro tem um diâmetro de D = 200 mm, o tamanho do segundo é D = 300 mm. Qual seria o mais adequado para construir um modelo de aeronave VTOL? Quanto impulso podemos esperar usando um mecanismo .60 do 2000 W (assumindo uma caixa de engrenagens adequada)?
No diagrama acima, lemos um parâmetro de impulso estático de 0.32 [kg ^ (1 / 3) / m], respectivamente 0.1 [kg ^ (1 / 3) / m] ao redor do centro da faixa azul. Para calcular o empuxo, precisamos multiplicar esses valores com a potência P [W] e o diâmetro D [m] com a potência do 2 / 3. A realização do cálculo da primeira hélice (ângulo da lâmina 10 °) produz T = 0.32 * 54.288 [N] e, portanto, um impulso estático de 17.4 N, enquanto a segunda hélice maior fornece apenas 0.1 * 71.138 = 7.1 N. Usar o mesmo motor em um helicóptero com seu rotor grande de diâmetro 1 me ângulos de inclinação baixos, nos daria uma força de elevação superior a 55 N!
Este exemplo mostra que o diâmetro de uma hélice é tão importante para a tração estática quanto em condições de vôo. Mas, para impulso estático, o ângulo da lâmina também é muito importante - provavelmente ainda mais importante do que para o ponto de projeto, onde uma caixa de engrenagens pode corresponder muito bem a quase qualquer passo da hélice e velocidade de vôo.