Relación entre la fuerza de sustentación y el par producido en la hélice utilizada para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical

Hay muchas respuestas para esta pregunta, pero ninguna de ellas es específica. Necesito encontrar la relación exacta entre la fuerza de sustentación de una hélice de paso específico, ángulo de ataque, dimensiones y material con el par que se produce en una hélice a una velocidad específica a una cierta altitud de un avión de despegue y aterrizaje vertical para flotar y volar hacia adelante. ¿Pueden algunos expertos en el campo derivar esta relación?

Hay demasiadas variables para captar esto en una ecuación, hay algunos antecedentes en esta respuesta y en esta
Además, algunos expertos en el campo han derivado las muchas ecuaciones que describen esto, en particular Prouty (Rendimiento, estabilidad y control del helicóptero) y Leishman (Principios de la aerodinámica del helicóptero). En los primeros capítulos, encontrará que el diámetro del rotor, el perfil de la pala , giro de la hoja, AoA de la hoja, velocidad de avance, altitud y algunos otros parámetros están involucrados. En otras palabras: tu pregunta es muy amplia.

Respuestas (2)

Lo que estás buscando es la teoría del elemento Blade :

Por lo tanto, la expresión para el par de toda la hélice es

q = 1 2 ρ V 2 B ∫ 0 R q C d r

  • Q - par total requerido por la hélice
  • p (rho) - densidad de la atmósfera en la que actúa la hélice
  • V - velocidad de flujo libre (también conocida como velocidad del aire del avión)
  • B - número de palas en la hélice
  • R - radio de la hélice
  • Qc - Torque requerido por un segmento de una pala de hélice en dr
  • dr - pequeño delta de radio

Qc es la fuerza dF (ver fig.2) de la sección dr que estamos calculando, multiplicada por el radio R en el que se encuentra la sección.

Figura 2

Figura 2

Como podemos ver en la figura, dF es la fuerza aerodinámica total (ascensor + arrastre) de la sección de la pala de la hélice dr que estamos calculando, proyectada sobre el plano de la hélice. df se puede calcular por la ecuación: ecuación dFdonde:

  • ф = arcsin(V/(2*pi/n)) es el ángulo del recorrido de la hoja con respecto al aire
  • V - velocidad de flujo libre
  • n-rpm
  • г (gamma)- ángulo entre el componente de sustentación y la fuerza aerodinámica resultante dR (*nota: debe ser dD/DL)
  • dLdL y dD se calculan igual que para un perfil de ala. (*nota: asegúrese de usar los coeficientes de elevación y arrastre correctos Cl y Cd en alfa = beta - ф)
¿Puedes explicar qué significan los términos en la ecuación y cómo aplicar esta fórmula?
La ecuación se reduce a Q = Q.
@Koyovis es como decir que F=m*a se reduce a F=F... bueno, sí, pero eso es una simplificación excesiva.
¿Cuál es la relación entre la fuerza de sustentación L y el par Q?
@Koyovis Una hélice es esencialmente un ala giratoria. Cuando gira, cada sección de cada pala produce sustentación y arrastre. El vector formado por la suma L + D de una sección de una pala, y proyectado sobre el plano (disco) de la hélice, forma una fuerza que actúa contra la rotación de la hélice. La suma de estas fuerzas a lo largo de cada pala, multiplicada por el radio en el que actúan estas fuerzas, es el par total necesario para hacer girar la hélice.
Lo siento. Entendí mal tu última pregunta. Actualizaré la respuesta un poco más tarde hoy.

La relación de par producido por el motor y la fuerza de sustentación será el arrastre del rotor. El aumento de la fuerza de elevación al aumentar las rpm o el AOA requerirá un aumento proporcional en la potencia de salida del motor. La densidad del aire también juega un papel.

Con un helicóptero común, el par se equilibra aumentando o disminuyendo el par del rotor de cola.

Gracias por responder a @RobertDiGiovanni, ¿puede poner eso en una fórmula considerando todas las constantes de proporcionalidad y qué sucede si se usa un motor eléctrico para impulsar el rotor?
@Mohammed Siddique usar un motor eléctrico es una buena idea. A partir de una pequeña escala, la potencia de entrada, la elevación y el par se miden fácilmente.
Bueno, estoy diseñando un motor y he calculado la fuerza de elevación que producirá el rotor, solo necesito averiguar cuánto par debe producir mi motor para lograr esa elevación. ¿Puedes ayudarme @RobertDiGiovanni.
No sin conocer la relación sustentación/resistencia del perfil aerodinámico que está utilizando para su rotor. Dependiendo del dron, es posible que puedas hacer "ingeniería inversa" a partir de los drones existentes (en la tienda de pasatiempos).
¿Cómo depende la relación elevación/arrastre del par? Me puedes explicar un poco mas. @RobertDiGiovanni
La relación sustentación/resistencia del rotor . Es un ala giratoria.
¡Sí! No sé, cómo explicarte, pero "¿cuánto par y velocidad necesita generar mi hélice para obtener la elevación/resistencia esperada..." ¿Puedes por favor dar la respuesta a esta pregunta en forma matemática?... ¡O conoces algún sitio web para aprender este concepto específico!... Por favor, dame la fórmula para esto o si no hay nada parecido... ¡explícame por qué o dame el nombre de un sitio web que me explique esta pregunta! @RobertDiGiovanni
@Mohammed Siddique Bueno, agradezco que podamos seguir trabajando en ello. La fórmula para sustentación y arrastre es similar: todos tienen el mismo rho (densidad del aire), la misma área, la misma velocidad (al cuadrado) Elevación = área x rho x V 2 x coeficiente de sustentación (o arrastre de puntal). El coeficiente es el tipo de perfil aerodinámico en un ángulo de ataque dado (y también lo es la resistencia). Una vez que tenga esos valores, sabrá cuánto torque del rotor habrá (como con un helicóptero). Entonces sabrá cuánto contrapar requiere el rotor de cola. Pruebe Airfoil Tools para principiantes en la red.
trate su rotor como un perfil aerodinámico giratorio. La resistencia promedio expresada sobre su longitud (recuerde V 2 !) será su par . por v 2 , el "punto dulce" del momento angular del rotor no está a medio camino entre cada extremo (pero puede controlarse variando AOA a lo largo de la pala). Mira un molino de viento.
es decir, el centro de la carga de arrastre se puede controlar variando el AOA a lo largo de la hoja
¡Muchas gracias! @RobertDiGiovanni. Ahora, puedo continuar con mi trabajo en toda regla.
Relación entre la fuerza de sustentación y el par producido en la hélice utilizada para aeronaves de despegue y aterrizaje vertical
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