Existem alguns parâmetros-chave no projeto da hélice, sendo os principais o poder de impulsionar a hélice e o empuxo que a hélice oferece.
Um elemento de lâmina de uma hélice se parece com a figura acima, de E. Torenbeek, Síntese de projeto de aeronave subsônica, que mostra os ângulos característicos:
- O ângulo entre o acorde da pá e o plano da hélice é o passo geométrico (ângulo da lâmina $ \ beta $)
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Ângulo de ataque do elemento blade $ \ alpha = \ beta - \ Phi $
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O ângulo de inclinação efetivo é $ \ Phi = arctan (V / \ omega * r) $. Isso é geralmente dado em relação à velocidade de rotação $ n $ = ciclos por segundo da hélice, e o diâmetro da hélice R: $$ \ Phi = arctan \ frac {V} {n \ cdot D} * \ frac {1} {\ pi \ cdot r / R} $$
A relação de adiantamento J da hélice é
$$ J = \ frac {V} {n \ cdot D} $$
A velocidade induzida deve ser constante sobre a lâmina, implicando que $ \ beta $ diminui linearmente com o aumento de r: o giro da lâmina da hélice. Como a torção muda linearmente, um ponto na lâmina pode ser considerado como a lâmina representativa $ \ beta $, e isso geralmente é obtido em 70% ou 75% da distância radial.
Pode-se mostrar que, para uma determinada geometria da pá, os coeficientes de potência e empuxo $ C_P $ e $ C_T $ da hélice são determinados apenas por J e $ \ beta_ {0,75} $. Se a velocidade da ponta estiver abaixo da velocidade do som e as lâminas não estiverem paradas, os efeitos numéricos de Mach e Reynolds são insignificantes. $$ C_P = \ frac {P} {\ rho \ cdot n ^ 3 \ cdot D ^ 5} $$ $$ C_T = \ frac {T} {\ rho \ cdot n ^ 2 \ cdot D ^ 4} $$
Agora podemos procurar $ C_P $ como função de J em relatórios NACA do servidor NACA (ver NACA WR 286). Infelizmente, esses diagramas não são fornecidos em unidades métricas, portanto, precisariam ser convertidos. Mas há muitas outras fontes, como abaixo, de uma pergunta neste fórum .
Em relação aos perfis: o projeto da hélice é bastante especial, mas os perfis NACA antiquados ainda estão sendo usados em pás de helicópteros tanto para o rotor principal quanto para o rotor de cauda. Para um perfil simétrico, o NACA 0012 seria uma opção representativa, novamente disponível no servidor de relatórios da NASA, por exemplo NACA TN 4357. Uma pesquisa no google sobre dados NACA 0012 resulta em muitos acessos. Um livro de referência sobre isso é Theory Of Wing Sections, de Abbott & Von Doenhoff.
Para o comprimento do acorde, convém dar uma olhada nos designs de hélice existentes e sua proporção (raio da hélice / corda média). Você poderia começar com um valor de 15 a 20.
Há bastante mais informações sobre o projeto de hélices para a fase de pré-projeto em que você está, no livro de Torenbeek mencionado acima, incluindo o design para adereços de incidência variável.