Como modelar realisticamente o impulso estático da hélice?

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Estou fazendo gráficos de empuxo estático versus diâmetro do suporte para um motor 600 kW e um diâmetro do suporte até 5 m. Eu vi o post 'Qual é a equação para calcular o empuxo estático?'e usando sua fórmula e eficiência de suporte fixo, recebo um gráfico bastante linear. No 5 m, o impulso é 19 kN.

Os fatores estruturais se tornam cada vez mais importantes em diâmetros maiores, mas que outros fatores aerodinâmicos (talvez mudanças na eficiência do suporte com o diâmetro) precisam ser considerados para tornar o gráfico mais realista?

Atualização - presumo que o tom do suporte possa ser ajustado para maximizar o impulso estático, mas a torção é otimizada para o vôo de alta velocidade (200mph). A potência total do motor também está disponível na melhor velocidade para o tamanho do suporte sendo testado. este Equação para vincular velocidade, impulso e potência simplificado assumindo que a eficiência unitária do motor é a mesma que eu tenho usado.

$$ T_0 = \ sqrt [\ LARGE {3 \:}] {P ^ 2 \ cdot \ eta_ {Prop} ^ 2 \ cdot \ pi \ cdot \ frac {d_P ^ 2} {2} \ cdot \ rho} $ $

por Pilothead 16.05.2018 / 21:31

2 respostas

Isso depende basicamente do carregamento do suporte e do RPM. Se você não estiver satisfeito com os resultados baseados na teoria do disco de momento, o próximo passo seria usar o cálculo baseado na teoria dos elementos blade.

Se eu fosse você, certamente executaria alguns casos de teste com uma geometria da hélice conhecida, escalando a hélice. Uma das maneiras mais fáceis de fazer isso é usar o QPROP do Prof. Mark Drela no MIT. Este é um software livre e, além disso, é um programa de linha de comando muito adequado para esse tipo de atividade, porque todos os parâmetros podem ser alterados em movimento, de preferência por meio de um script bash ou python.

HTH

15.06.2018 / 10:21

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 ...

insira a descrição da imagem aqui

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.

insira a descrição da imagem aqui

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.

15.06.2018 / 15:37