Quais são as eficiências relativas dos vários estágios de uma hélice contrarrotativa?

Question

Quais são as eficiências relativas dos vários estágios de uma hélice contrarrotativa?

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Depois de analisar os resultados de CFD de um projeto de drone em que estou envolvido, notei que os dados mostram uma geração de impulso significativamente aumentada (+ 10%) no segundo estágio de um ventilador com duto de contra-rotação no estágio 2. Ambos os estágios usam aerofólios idênticos e giram na mesma rpm. Eles também têm baixa solidez, o que significa que se parecem mais com hélices do que com ventiladores de avião, pois as pás ocupam uma pequena proporção da área do disco.

Geralmente, as hélices são menos eficientes quando o fluxo de ar de entrada tem uma velocidade alta, então eu esperaria que, em qualquer fã do estágio N que usasse estágios idênticos, o estágio N produzisse menos empuxo do que o estágio N-1, mas aparentemente eu estou faltando alguma coisa.

Em uma resposta anterior aqui Peter Kämpf mencionou que a primeira etapa do Kuznetsov NK-12 o turboélice pré-roda o fluxo para melhorar as condições de criação de empuxo no segundo estágio. Como funciona esse processo? Requer um design específico dos estágios para trabalhar em conjunto?

aerodinâmica hélice design do motor propulsão

por AEhere 09.07.2019 / 11:05

2 respostas

A hélice traseira opera no ambiente de alta pressão que a hélice dianteira gera. O empuxo é uma função da pressão de estagnação do fluxo de entrada - o mesmo princípio do levantamento translacional em helicópteros.

15.07.2019 / 04:01

Tags aerodinâmica hélice design do motor propulsão

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O principal aspecto a se pensar é que o primeiro estágio não apenas acelera o ar para baixo, mas também faz com que ele gire ("turbilhão") na mesma direção que a hélice do primeiro estágio.

Isso acontece porque a hélice do primeiro estágio, sendo um aerofólio, gera elevação e arraste. O elevador corresponde ao ar sendo acelerado no eixo do duto; o arrasto corresponde ao ar sendo acelerado circularmente em torno dele. A quantidade de força de turbilhão está, portanto, relacionada ao empuxo e à relação L / D efetiva da hélice.

O perfil aerodinâmico da hélice do segundo estágio encontra o ar que está se movendo em direção a ela na velocidade tangencial da hélice, mais a velocidade tangencial do ar que foi acelerada circularmente ("pré-turbilhão") na direção oposta no primeiro estágio.

Essa velocidade aumentada significa que o ângulo de ataque do aerofólio do segundo estágio será aumentado em comparação com o encontrado no primeiro estágio e, portanto, maior elevação é produzida na mesma RPM.

Para equilibrar a carga nos dois estágios, você precisa ajustar o passo ou as RPM da hélice do segundo estágio.

Observe que, após o segundo estágio, o ar será "girado" novamente para estar mais próximo de um fluxo não rotativo, e esse é um dos motivos pelos quais um par contra-rotativo pode ser mais eficiente que uma única hélice: no geral, o sistema gasta menos energia em agitar o ar do que em acelerá-lo axialmente.