Uma lâmina de rotor maior e mais lenta seria prática?

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Essencialmente um rotor é uma asa rotativa e o desenho dessa asa gera sustentação. Minha pergunta é: por que não aumentar a área da superfície do rotor e diminuir a velocidade do rotor? A força do rotor também será aumentada. Velocidades mais lentas do rotor também reduzem a turbulência criada pela maior área do rotor. Acredito que isso também irá aumentar a eficiência, pois a velocidade reduzida pode resultar em motores menores sendo usados para fazer o mesmo trabalho.

    
por j marais 01.01.2018 / 09:59

2 respostas

Na verdade, um rotor relativamente grande tem vantagens:

  • Baixas velocidades induzidas: menos areia e arbustos que são arrastados pela corrente de ar do rotor.
  • Baixa taxa de descida auto-rotacional.
  • Pouca potência exigida no foco.

No entanto, existem algumas desvantagens também:

  • O tamanho do helicóptero é menos prático no pouso, na decolagem, na liberação de prédios, etc.
  • O peso vazio é maior, um fator muito importante nas aeronaves VTOL.
  • O arrasto do hub é maior.

Um rotor menor terá um cubo menor e mais leve e um menor arrasto parasítico geral: mais eficiente para o vôo de cruzeiro. Existe um limite prático para o raio da lâmina de cerca de 12 m devido à queda estática do rotor quando não está a girar. De J. Gordon Leishman :

The static droop can increase quickly for larger rotor diameters and may cause problems when starting and stopping the rotor, especially in gusty wind conditions where the low centrifugal forces on the blades may lead to "blade sailing,"causing the rotor blades to flap and flex and perhaps impact the airframe.

A velocidade de rotação do rotor é determinada pela velocidade da ponta e é ajustada de tal modo que, na velocidade de cruzeiro, a ponta da lâmina avança abaixo do número de Mach da divergência de arrasto. Reduzir a velocidade da ponta permite alcançar uma velocidade de vôo mais alta.

Fonte da imagem

Existe um ótimo design para o tamanho do disco do rotor, determinado pelo peso. A relação entre o peso e a área do disco é o carregamento do disco e a analogia com o carregamento das asas das aeronaves de asa fixa é muito strong: uma grande área de asa cria mais arrasto e peso de construção. A relação entre o carregamento do disco e o peso operacional é parcialmente governada pela lei do cubo quadrado, e uma tendência clara pode ser observada quando os dois parâmetros são representados um contra o outro: existe um ótimo governado pelo peso, e o ótimo não é o maior diâmetro do rotor.

    
01.01.2018 / 22:06

Rogers diz ,

Theoretically the most efficient propeller is a large diameter, slowly turning single blade propeller.

Geralmente, tudo o mais sendo igual, se você conseguir uma hélice ou um ventilador de maior diâmetro em sua aeronave, terá maior eficiência. Nós vemos os turbofans recebendo maiores e maior e maior parcialmente por esse motivo. Também ressalta por que o Atlas AeroVelo tem rotores tão grandes.

Então por que não apenas adereços gigantes em tudo? Existem muitos fatores, incluindo

  • A praticidade da manufatura. Você consegue construir lâminas por tempo suficiente e firme o suficiente sem negar sua eficiência extra com peso?
  • O arranjo da aeronave. Você pode encaixar o suporte sob a asa, por exemplo? Ou, para um helicóptero, as pás terão folga suficiente nas pontas quando o rotor não estiver girando?
  • A velocidade relativa pretendida da aeronave. Como Airsick menciona em um comentário, em um helicóptero você pode ter muito pouca velocidade para frente antes de parar parte da lâmina. Em um avião de asa fixa, você irá mais rapidamente correr em fluxo supersônico nas pontas da lâmina (o que causa um arrasto e ruído inaceitáveis) conforme você tenta girar a hélice mais rápido.

Qualquer projeto de aeronave é o resultado de compensações e otimizações rigorosas e extensas. Os pontos que você faz são válidos, mas eles geralmente são limitados por outros fatores.

    
01.01.2018 / 19:15