He visto preguntas sobre aviones de hélice y altitud y su interacción. Pero me pregunto cuál es la relación entre solo la hélice y la altitud (densidad del aire cambiante). ¿Cómo se escala la eficiencia y la capacidad de una hélice con la altitud?
Escenario de la vida real que inspiró esta pregunta: se utiliza un sistema de hélice de dos palas y dos motores para impulsar una carga útil en una plataforma de globo (es decir, la sustentación se maneja mediante la flotabilidad del helio, no se requiere una velocidad mínima para mantenerse a flote). La hélice solo se utiliza para moverse horizontalmente lentamente (< 5 m/s). Esto ocurre a 65.000 pies y las hélices se analizaron en estas condiciones. Ahora, la nueva altitud será de 85.000 pies. ¿Cómo afecta eso la escala y el rediseño del sistema de propulsión? El número de Reynolds, por supuesto, será diferente para la misma velocidad aerodinámica deseada. Además, la resistencia del sistema será menor, por lo que se requerirá menos empuje a la misma velocidad aerodinámica. Pero si el empuje requerido era el mismo, ¿cómo afectan ese y otros factores a la eficiencia? Y sabiendo que el empuje requerido será de menor escala a la densidad del aire,
Anexo: ¿Se pueden usar las mismas hélices de 65 000 pies a 85 000 pies, o se requiere un nuevo diseño?
Sí, se puede utilizar la misma hélice.
El empuje de la hélice es proporcional a la densidad del aire . Lo mismo ocurre con la resistencia aerodinámica, por lo que su hélice funcionará igualmente bien en todas las altitudes. Dado que la velocidad del sonido disminuye con la temperatura, debe elegir la velocidad de la punta de la hélice para la capa más fría, que normalmente es la tropopausa. Allí, la velocidad del sonido es de 295 m/s y si las puntas de las hélices no superan el 85% de eso, la eficiencia debería ser aproximadamente constante sobre la altitud. Sin embargo, debe aceptarse una pequeña pérdida de eficiencia con la altitud, ya que el arrastre por fricción de la hélice aumenta con la altitud .
Esto no sería cierto para las hélices de los aviones, donde la resistencia del avión que están propulsando es constante (en realidad, aumenta un poco) con la altitud, pero dado que la demanda de empuje disminuye con la densidad, no se necesita una nueva hélice a 85 000 pies.
juan k
Roberto DiGiovanni