Modificación de la curva de la hélice en el banco de pruebas

esta es mi primera pregunta de intercambio de pila, así que tengan paciencia conmigo si me he perdido una regla: intenté buscar esta pregunta sin éxito.

Tengo una hélice lista para usar con el propósito de un eventual vuelo a gran altitud. Utilicé los perfiles aerodinámicos para hacer curvas aproximadas de eficiencia de la hélice/c_thrust/c_torque/c_power vs relación de avance, así como la potencia/empuje/torque/rpm vs velocidad aerodinámica.

Mi pregunta es: si tuviera que hacer girar este accesorio en una plataforma de prueba en tierra, hay dos cambios principales que puedo ver: la densidad del aire atmosférico y el hecho de que la velocidad del aire es cero. ¿Cómo puedo predecir cómo se comportará la hélice cuando la velocidad del aire se mantenga en cero (la plataforma cancelará el empuje generado)? Buscando cosas como RPM máximas posibles, torque, etc. y cómo cambia el comportamiento de la hélice.

Muchas gracias, feliz de proporcionar más detalles.

Respuestas (1)

Afortunadamente, la velocidad en el avión de la hélice no es cero una vez que la hélice funciona. Aspirará y acelerará el aire que tiene delante tanto como lo expulsa por la parte trasera, acelerándolo aún más. Esto ya fue formulado por Robert Edmund Froude y se llama hipótesis de Froude . Lea esta respuesta para más.

Usando las ecuaciones de la respuesta vinculada, ya puede calcular la eficiencia de su hélice y la velocidad de flujo en el plano de la hélice una vez que lo ejecute en su banco de pruebas. Lo más probable es que su hélice esté diseñada para una velocidad de flujo superior a la que se puede lograr en condiciones estáticas, por lo que esto le ayudará a calibrar sus cálculos solo para velocidades de hélice bajas. Pero como ya hay una velocidad de flujo, todas las ecuaciones funcionarán.

Su hélice tiene una relación de avance que le dice qué tan rápido debe girar para una velocidad de vuelo determinada. Para extraer más empuje, la hélice debe girar un poco más rápido, de modo que se produzca un ángulo de ataque positivo en las palas en toda la envergadura de la hélice.

En condiciones estáticas, no logrará un buen ángulo de ataque en todo el tramo. Cuanto más rápido gire la hélice, más experimentará un ángulo de ataque demasiado alto, una condición que será peor en la raíz y solo las puntas exhibirán condiciones de flujo cercanas a las adecuadas. Dado que la parte interna de la hélice está calada, creará mucha resistencia para poco empuje. Por lo tanto, el máx. Los números de RPM y torque son muy difíciles de predecir, y las mediciones en ese punto no tendrán ningún valor para predecir el comportamiento de la hélice una vez que funcione con su relación de avance de diseño. La densidad del aire debería ser un problema menor: aumentará la presión dinámica y, en consecuencia, la potencia que se necesita para hacer funcionar la hélice a una velocidad determinada.

¡Muchas gracias! Seguí viendo tu nombre y respuestas cuando aprendí sobre hélices, ¡y también me has ayudado mucho en el pasado! Salud
@ Peter Kampf Seguí su enlace a su otra respuesta y cálculo en el mismo. Encontré un problema, que hice como una pregunta aquí, y agradecería sus pensamientos: Aviation.stackexchange.com/questions/55633/…
@dumbpropnerd: Su ejemplo tiene una velocidad aerodinámica de 3 m/s y necesita una velocidad de 11 m/s en el plano del disco de apoyo para funcionar. Con esa aceleración masiva, las simplificaciones habituales de la teoría de la hélice simple se rompen (el aumento de velocidad es pequeño en comparación con la velocidad de vuelo), por lo que diferentes ecuaciones darán resultados diferentes. Pruebe su hélice a velocidades más altas y las diferencias se reducirán.
Kampf ¡Gracias! Sospeché que esto tenía algo que ver con que esta era una teoría simplificada, ya que había hecho mi otro análisis usando factores de inducción tomados en cuenta, etc. También me di cuenta de que la teoría de la hélice simple ni siquiera tiene en cuenta las características de la hélice, solo el velocidad de vuelo, empuje requerido y densidad del aire, antes de hacer un cálculo de eficiencia. ¿Cómo es esto posible? Entiendo que es la eficiencia ideal de la hélice, pero ¿cómo es útil esto sin tener en cuenta la geometría de la hélice?
@ Peter Kampf Como ejercicio, utilicé la teoría de la propiedad simple para calcular esta eficiencia ideal de Froude en muchos escenarios. Encontré que para un sistema conocido dado (C_drag, área frontal), la velocidad del aire (y por lo tanto el empuje requerido, a partir de los cálculos de arrastre) y la densidad del aire no tuvieron impacto en el cambio de la eficiencia ideal. Este resultado no es intuitivo para mí. ¿Tiene sentido esto para ti? Aquí están mis cálculos: ibb.co/kPPqzU
@dumbpropnerd: Los detalles de la hélice están ocultos en la eficiencia de la hélice. Con una mala distribución de torsión (piense en una hélice fija a la velocidad incorrecta, por ejemplo), este número reflejará todos los efectos causados ​​por la naturaleza no ideal de la hélice. Y lo que describes suena como un accesorio fijo a la velocidad incorrecta.
@ Gracias. En ese caso, ¿qué utilidad tienen los cálculos? Si observa la imagen que publiqué, los resultados utilizan la teoría de la hélice simple (no se eligió una hélice, solo lo que requiere el vuelo). ¿Significa esto que para las condiciones de vuelo dadas, la hélice será ineficiente independientemente de las características de giro y hélice?
Modificación de la curva de la hélice en el banco de pruebas
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