Seria mais eficaz aumentar o comprimento ou o acorde de uma pá do rotor para melhor desempenho?

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Seria mais eficaz aumentar o comprimento ou o acorde de uma lâmina de rotor de helicóptero para um melhor desempenho? (Digamos, 10%?)

    
por ptgflyer 03.02.2015 / 18:00

3 respostas

Não é tão fácil. O comprimento da lâmina, o acorde e a potência do motor são conectados de maneiras complexas e, para cada desempenho desejado, há uma combinação ideal desses parâmetros.

Os rotores (e asas) geram sustentação acelerando o ar para baixo. O elevador é proporcional à taxa de mudança de inércia do ar. Isso, no entanto, também altera a energia cinética do ar e, portanto, requer energia. Isso é chamado de arrastamento induzido.

Como a inércia é proporcional à velocidade, mas a energia cinética é proporcional ao quadrado da velocidade, é mais eficiente acelerar uma quantidade maior de ar a uma velocidade menor.

A quantidade de ar afetada é proporcional à área do disco do rotor (toda a área em que as lâminas se movem) e isso é simplesmente ($ \ pi \ vezes $) quadrado de comprimento da lâmina . Então, de certo modo, a resposta é fácil: apenas o comprimento da lâmina tem efeito, o acorde da lâmina não.

No entanto, aumentar o comprimento da lâmina também aumenta a forma e o arrasto das lâminas, portanto, além de algum ponto, a resistência ao arrasto excederá o arrasto induzido e qualquer aumento adicional no comprimento da lâmina não melhorará ainda mais a eficiência.

Ainda mais importante, uma lâmina mais longa será mais pesada e, portanto, terá que ser mais strong para suportar a força centrífuga ao girar, e mais rígida para não dobrar demais quando não estiver. Mas isso tornará ainda mais pesado e você alcançará um ponto em que simplesmente excederá as capacidades do material. E, claro, maior peso também significa que é necessário mais levantamento. Estes efeitos reduzirão ainda mais o comprimento ideal das lâminas.

O acorde da lâmina é então um parâmetro secundário governado por duas preocupações: o acorde deve ser longo o suficiente para que as lâminas possam gerar o levantamento necessário sem parar e elas devem ser strongs o suficiente, sendo a força proporcional à espessura do acorde. / p> Portanto, se você quer melhorar a carga, você pode tentar melhorar a eficiência, o que você poderia fazer com as lâminas mais longas, mas você precisa encontrar um material com maior força específica, caso contrário o peso aumentado superará a eficiência aerodinâmica aprimorada. .

Se você não tem isso, você terá que aumentar principalmente o poder dos motores. O comprimento ideal da lâmina também pode ser maior, mas você estará atingindo os limites do material rapidamente; é por isso que existem helicópteros multi-rotor.

Se você quis dizer velocidade, isso é um problema completamente diferente e nem o comprimento da lâmina nem o acorde desempenham um papel significativo. Em movimento para a frente, a velocidade de um helicóptero é limitada por duas restrições: uma porção suficiente da lâmina recuada deve mover-se para trás em relação ao fluxo de ar e a ponta da lâmina que avança não deve exceder a velocidade do som. um pouco menor). O primeiro requisito significa que a velocidade da ponta deve ser cerca de três vezes maior do que a velocidade máxima à frente, caso contrário, o lado recuado do rotor não será capaz de gerar sustentação suficiente e a aeronave rolará para esse lado. Juntamente com o segundo parâmetro, limita a velocidade para cerca de um quarto do Mach crítico. Há alguns helicópteros experimentais de rotor duplo (intermesing, side-by-side) que não se importam com a assimetria de sustentação e podem voar um pouco mais rápido. Mas não tem nada a ver com o comprimento da lâmina; as pás do rotor maior giram em rotações mais baixas para manter uma velocidade de ponta similar.

    
04.02.2015 / 07:57

Desempenho de helicóptero, como no poder necessário para:

  1. Altitude máxima
  2. Hover ceiling
  3. Velocidade de subida
  4. Velocidade máxima

Os pontos 1. 2. e 3. resumem-se à pergunta: como podemos maximizar o empuxo para uma determinada potência do motor instalada? Isso é feito aumentando o comprimento da lâmina e diminuindo a solidez do rotor (acorde da lâmina e número de lâminas), análogo a ter uma proporção de aspecto mais alta para uma determinada área de asa em uma asa fixa. Existe um limite para isso: no hover, não queremos exceder o número de Mach crítico, já que usaremos a potência do motor para superar o arraste da compressibilidade. A resposta para os pontos 1. 2. e 3. .: comprimento da lâmina.

O item 4. é o ímpar, agora queremos diminuir o comprimento da lâmina e aumentar a solidez da lâmina para reter o levantamento. Novamente, o número crítico de Mach é o fator limitante, agora porque a velocidade da ponta é adicionada à velocidade de avanço do helicóptero. Um disco de rotor único é inclinado para a frente para produzir impulso, e também deve produzir todo o levantamento necessário. O alívio do carregamento do disco do rotor permite maior velocidade:

  • Um disco de rotor menor inclinado mais para frente, em combinação com uma asa fixa, faz o rotor funcionar mais como uma hélice e permite uma maior velocidade de avanço.
  • A utilização de rotores duplos de rotação contrária permite lâminas mais curtas por rotor.
  • Usando propulsores separados para empuxo, como um autogiro.
  • Inclinar os rotores, portanto, em alta velocidade, uma asa fixa fornece o levantamento e as hélices desproporcionais fornecem o impulso.

A resposta para o ponto 4: acorde da lâmina, mas de preferência mais lâminas, ou outro rotor, ou uma asa fixa adicional.

Fonte da imagem

A partir do ano passado, o recorde de velocidade de um helicóptero de rotor simples foi mantido pelo Westland Lynx, usando uma tecnologia especial de ponta de asa de alta velocidade para adiar o número crítico de Mach.

Ultrapassar 200 nós é uma experiência rara para um piloto de helicóptero puro. Rotores de inclinação podem fazer isso rotineiramente. Este helicóptero composto é construído para velocidade também.

Fonte da imagem

    
22.09.2017 / 11:40

Eu suponho que você esteja perguntando especificamente sobre o aumento de sustentação. Há muitas outras restrições e problemas que entram em jogo ao projetar um aerofólio, mas aqui está a resposta curta.

Tenha em mente que o principal fator limitante será o arrasto no aerofólio. Existem dois tipos principais de arrasto: o arrastar de formulário e o arrasto de superfície. Forçar arrasto é o arrasto causado pela área e forma de um objeto que se move pelo ar - pense nisso como segurar sua mão pela janela do seu carro com a palma voltada para a frente. O outro tipo de arrasto é o arrastamento da superfície, esse é o arrasto causado pela área da superfície paralela ao fluxo de ar - pense nisso como se você segurasse sua mão pela janela com o polegar para frente.

O levantamento é proporcional à área da superfície do aerofólio. Aumentar o tamanho do aerofólio aumentará o arrasto da superfície, independentemente do clima. Você aumenta o comprimento ou a largura. No entanto, aumentando o comprimento de um aerofólio vai introduzir mais forma de arrasto, enquanto aumenta o acorde é "só" vai aumentar o arrasto de superfície.

Portanto, a resposta curta à sua pergunta é: aumentar o acorde é mais eficiente do que aumentar o comprimento. No entanto, há obviamente muito mais em jogo, ou então os rotores helo seriam curtos e curtos!

    
03.02.2015 / 22:30