propulsÃo i motores a hÉlice helicópteros · 2012 jemb prancha 3 motores a hÉlice teoria do...
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2012 JEMB Prancha 1
PROPULSÃO I MOTORES A HÉLICE
Helicópteros
Prof. José Eduardo Mautone Barros [email protected]
www.mautone.eng.br
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MOTORES A HÉLICE Teoria do Disco Atuador
Hipóteses
– Escoamento invíscido, incompressível e permanente
– Escoamento limitado pelas linhas de cisalhamento (linhas de separação ou slipstream)
– A hélice é uma descontinuidade plana (disco atuador)
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MOTORES A HÉLICE Teoria do Disco Atuador
Voo Pairado (V0 = 0)
onde, W é o peso da aeronave. Mas,
Carga efetiva no disco [N/m2]
(100 p/ helicópteros, 300-400 p/ Fans)
𝑊 = 𝑇 = 𝜌0𝑉𝑃𝐴𝑝 (𝑉𝑒 − 𝑉0)
𝑉𝑝 =𝑉𝑒 + 𝑉0
2⟹ 𝑊 = 2𝜌0𝐴𝑃𝑉𝑃
2
𝐼𝐷𝐸 = 𝑊/𝐴𝑃
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MOTORES A HÉLICE Teoria do Disco Atuador
Potência Requerida (V0 = 0)
Subida vertical (V0 < 0) é igual a hélice comum, com a velocidade livre igual a razão de subida da aeronave.
Descida vertical (V0 > 0 e Ve < Vp < V0 e T = -W e Pp- >Pp
+) observando os sinais dos vetores velocidade. (Windmill)
𝑃 = 2𝜌0𝑉𝑃3𝐴𝑝= W
𝐼𝐷𝐸
2𝜌0
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MOTORES A HÉLICE
Teoria do Disco Atuador
Voo Horizontal (disco inclinado)
Vv e Vh velocidades vertical e horizontal induzidas no disco, respectivamente. A velocidade horizontal é VH.
𝑊 = 2𝜌0𝐴𝑃𝑉𝑣𝑉𝑃
1
2𝜌0𝐶𝐷𝐴𝑃𝑉𝐻
2 = 2𝜌0𝐴𝑃𝑉ℎ𝑉𝑃
𝑉𝑃2 = (𝑉𝐻+𝑉ℎ)2+𝑉𝑣
2 = 𝑉𝐻2
+ 2𝑉𝐻𝑉ℎ + 𝑉ℎ2+𝑉𝑣
2
VH
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MOTORES A HÉLICE
Teoria do Disco Atuador
Voo Horizontal (disco inclinado)
Usando as relações de momento e os vetores velocidade
𝑃 = 0,5𝜌0𝐴𝑝𝑉𝑃(𝑉𝑒2 − 𝑉𝐻
2)
𝑃 = 0,5𝜌0𝐴𝑝
1
4𝐶𝐷𝑉𝐻
3 +1
16𝐶𝐷
2 𝑉𝐻4
𝑉𝑃+
1
𝑉𝑃
𝐼𝐷𝐸
2𝜌0
2
𝑉𝑃4 − 𝑉𝐻
2𝑉𝑃2 − 0,5𝐶𝐷𝑉𝐻
3𝑉𝑃 =1
16𝐶𝐷
2𝑉𝐻4 +
𝐼𝐷𝐸
2𝜌0
2
VH
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MOTORES A HÉLICE
Hélices de Helicóptero
– Histórico do desenvolvimento do helicóptero
http://www.youtube.com/watch?v=6_hScNDX53Y
– Desenvolvimento de juntas para compensar a variação no ângulo de ataque das pás da hélice ao longo do seu giro.
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MOTORES A HÉLICE Hélices de Helicóptero
– Juntas que permitem o movimento de batimento (flap) e avanço e recuo (lead-lag)
– Estes movimentos de cada pá controlam a pressão diferencial de sustentação no plano do disco
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MOTORES A HÉLICE
Hélices de Helicóptero • A junta de lead-lag compensa momentos
gerados pelo flapping devido ao efeito de Coriolis
• O stall do rotor de helicópteros convencionais ocorre a 400 km/h
Antes
Depois
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MOTORES A HÉLICE
Hélices de Helicóptero
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MOTORES A HÉLICE
Hélices de Helicóptero
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Exercícios 1) Um helicóptero, pesando 2400kgf, com um rotor único de 15m
de diâmetro, voa nivelado com uma velocidade horizontal de
15m/s. Qual a potência necessária usando a teoria do disco
atuador? O coeficiente de arrasto, referido a área do disco é
0,006. A potência real requerida é maior ou menor que a
calculada?
2) Deduzir a equação de potência requerida para voo vertical de
subida.
3) Deduzir a equação de potência requerida para voo vertical de
descida.
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Exercícios 4) Santos=Dumont projetou e
construiu um helicóptero em
1906, o No. 12 que nunca
chegou a voar. Ele pesava
170kg, com o tripulante, e
contava com dois rotores
horizontais de diâmetro de
2,25m cada. A propulsão era
feita por uma hélice de tração
com 2m de diâmetro e um
motor Levavasseur de 24CV.
Esta potência de motor seria
suficiente para manter o voo
pairado do helicóptero?
MOTORES A HÉLICE
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Bibliografia HOUGHTON, E. L. et CARPENTER, P. W. Aerodynamics for Engineering
Students. New York: John Wiley & Sons, 1993. 4ed. 515p.
MATTINGLY, J. D., HEISER W. H. et DALEY, D. H. Aircraft Engine
Design. AIAA Education Series. Washington: AIAA, 1987. 582p.
SELDON, J. Basic Helicopter Aerodynamics. AIAA Education Series.
Washington: AIAA, 1990. 136p.