¿El par requerido para hacer girar una hélice aumenta con las RPM?

Actualmente he estado experimentando con diferentes hélices: hélice 12x12, hélice 16x12 (ambas de dos palas) y hélice 22x14 (6 palas). Fueron propulsados ​​por un motor eléctrico de 2,4 kW con 260 kV en una configuración de batería 6S/5200mAh/12C.

La hélice 12x12 produjo 2 kg de empuje a toda velocidad, el 16x12 produjo 4,5 kg de empuje. Así que pensé que el 22x14 produciría alrededor de 6 kg porque su área de hoja más grande sería más eficiente. Sin embargo, obtuve solo 0,8 kg de empuje y reconocí que el motor se desaceleraría a ciertas RPM.

Tengo que decir que la hélice grande es bastante pesada, así que ¿podría ser que el motor tendría suficiente potencia para hacer girar la hélice más rápido pero le falta suficiente par para llegar allí?

"¿Podría ser que el motor tendría suficiente potencia para hacer girar la hélice más rápido pero carece de suficiente par para llevarlo allí?" - No creo que la potencia y el par estén separados de esa manera. La falla en producir suficiente potencia es falla en producir suficiente torque, y la falla en producir suficiente torque es falla en producir suficiente potencia. Aunque es cierto que la potencia máxima de salida de un motor depende del par.
@TannerSwett: a cualquier velocidad de rotación dada , la potencia y el par son proporcionales, pero la proporcionalidad es diferente a diferentes velocidades. Los motores generalmente tienen un par limitado a baja velocidad (pueden producir mucho par pero no mucha potencia efectiva) y una potencia limitada a altas velocidades (es decir, entregan la potencia máxima a solo una fracción del par que pueden alcanzar a baja velocidad). El comportamiento intermedio depende de los detalles del motor.

Respuestas (5)

Por supuesto. Más hojas y más grandes es más arrastre. El arrastre también es proporcional a la velocidad al cuadrado. Incluso manteniendo las RPM, una hélice más grande (diámetro) tendrá el diámetro adicional volando más rápido.

Para mantener RPM más altas (o para usar una hélice más grande), la fuerza para cancelar el aumento de la resistencia es mayor y, por lo tanto, el par (fuerza por distancia) que impulsa la hélice.

Coloque la hélice en el vacío y el motor no tendrá problemas con la hélice aparte de las cargas en el eje (pero no habrá ningún empuje).

Entonces, ¿crees que podría ser que mi motor simplemente no pueda entregar sus 2,3 kW porque el par requerido es demasiado alto, por lo que no alcanza sus RPM máximas a las que su potencia es máxima? Eso básicamente significaría que necesito un motor que produzca su potencia máxima a velocidades más bajas, ¿verdad?
@SimonHenn: las hélices correctas, más grandes y hambrientas de torque, generalmente funcionan más lentamente.

La potencia mecánica es siempre el producto de un esfuerzo (torque) por una variable de flujo (RPM). De manera similar, la energía eléctrica es siempre el producto de un esfuerzo (voltaje) por una variable de flujo (corriente).

El problema de diseño de optimizar una combinación de motor y hélice para obtener la máxima potencia siempre se reduce a esto: 1) determinar las RPM a las que el motor produce la potencia máxima (par x RPM), 2) conocer el voltaje y la corriente necesarios para producir esa potencia, y 3) especificar la hélice que puede absorber esa cantidad de potencia a esas RPM específicas.

El análisis se complica por el hecho de que, desde el punto de vista del modelado de sistemas dinámicos, un motor de CC es un girador , en el que la variable de esfuerzo de entrada (voltaje) es proporcional a la variable de flujo de salida (RPM).

Agregué un enlace al artículo de Wikipedia para "girador", porque nunca antes había escuchado el término. Aunque después de leer el artículo, no puedo decir que realmente lo entienda mejor.

Si los demás factores permanecen constantes, el par necesario para hacer girar una hélice aumentará con las RPM. El requerimiento de potencia es una función del torque y RPM.

Sí, el par requerido aumenta con las RPM. Con la teoría del impulso simple, el par Q en un rotor o hélice es:

q = C q ⋅ ρ ⋅ A ⋅ Ω 2 ⋅ R 3

Dónde Ω es la velocidad angular = RPM. Entonces, el torque requerido aumenta con el cuadrado de RPM, y como potencia = q ⋅ Ω , la potencia aumenta con RPM 3 . Todos los demás factores permanecieron como estaban, por supuesto.

Sin embargo, esa es una teoría de impulso simple, que no considera la solidez del disco ni el arrastre del perfil de la pala. Para un empuje y un radio de pala dados, el par y la potencia aumentan con el número de palas, ya que hay que superar una mayor resistencia del perfil de pala.

En primer lugar, tome la hoja de seis y tírela. 2 aspas son mejores hasta que el arco golpea el suelo frente a su avión, luego vaya con 3. Curioso en cuanto a la aplicación aquí, ¿es un ultraligero? También podría ayudar considerar el tono, pero definitivamente estás en el camino correcto con el 16x12. Si no me equivoco es más largo que el 12x12 con el mismo paso. Puede obtener un dispositivo de medición de rpm en una tienda de pasatiempos para medir las rpm máximas, pero como ya está midiendo el empuje, no es absolutamente necesario. Ahora puedes probar 15x12, 17x12, quizás 18x10 (más largo con menos tono) hasta que lo consigas perfecto. El paso es como los engranajes de un automóvil, más bajo significa una mejor aceleración desde parado y mejor en ascenso, más alto dará menos rpm en crucero. Seguiría intentándolo y me aseguraría de que la batería o el motor puedan soportar la carga sin incendiarse.

Gracias por tu respuesta. Sé que 2 cuchillas suelen ser más eficientes. Sin embargo, el propósito de este proyecto es maximizar el empuje por área, por lo que 6 o incluso 12 palas deberían ser mejores aquí. Mi problema era que con la hélice de 6 palas de 20 pulgadas obtenía como un tercio del empuje de la hélice de 12 pulgadas con el mismo motor. Ahora sé que se debe al mayor requisito de par de la hélice más grande.
DE ACUERDO. Esta es una excelente para continuar por tres razones. En primer lugar, también estamos viendo interferencias de turbulencia de pala en la pala 6 en comparación con la 2. En segundo lugar, debido al paso 12, es probable que esté girando palas estancadas. Tercero, ver la carga máxima en su batería/motor, que puede monitorear con un vatímetro. Entonces, tal vez obtenga un blader de 10 pulgadas y 6 con un rango de paso de 4 a 12 (varios de ellos). Observe que todo esto cambia una vez que el avión se está moviendo. Con un viento en contra de 150 mph, un tono más alto es mejor. Con las pruebas de banco estático, el AOA es más, como un ala. Esta es la razón por la que se desarrollaron puntales de paso variable.
Entonces, para no estropear el final, después de continuar con seguridad con palas más pequeñas, encontrará que, al igual que con los jets, obtiene más empuje por área aumentando la potencia del motor y agregando palas, a expensas de la eficiencia. Los jets tienen más empuje, pero no son tan eficientes en combustible como los motores de pistón con hélices de 2 palas. Pero son mucho más rápidos de hecho.
Entonces, después de elegir el límite de diámetro de la hélice, gire un 2 palas de tono bajo casi a la velocidad del sonido. Ese es su límite de RPM. Luego intente lanzar para obtener el máximo empuje, ese es su mejor AOA. Si las RPM aún no están cayendo, el motor tiene más para dar. Amplíe la hoja 2 o muévase a la hoja 3. Experimento muy chulo. Podría ser bueno acercarse desde el lado pequeño/rápido. No creas que pasarás de 4 o 5 palas, ¡puedo estar equivocado!
Bien, ¿qué sugeriría como límite para la velocidad de la punta de la hoja? Mach 0.6?
Una hélice de 12 pulgadas girando a 20 000 rpm: 1 pie x 3,14 x 20 000 r/min x 1 milla/5280 pies x 60 min/hora = 713 mph de velocidad punta. Un potente motor eléctrico puede hacer esto. Como estamos probando el empuje, y como la "elevación" desde la hélice será el cuadrado de su velocidad, sugiero comenzar con 2 palas, AOA más bajo (alrededor de 6 pasos) y rápido, con mach 1 como límite. Como técnico, disfrutaría mucho agregando datos experimentales para acompañar la teoría (pero teniendo cuidado de evitar el arco prop)
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