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TEORIA DA HÉLICE E APLICAÇÕES
Lecture 4: Desempenho de Hélices
2011
Departamento de Engenharia Aeronáutica
Instituto Tecnológico de Aeonáutica
Cristiane Martins
Propulsão a Hélice
Tópicos Abordados
Análise Dimensional
Parâmetros Adimensionais de Desempenho de Hélices;
Exercício Resolvido para Correlação de Desempenho de Hélices;
Propulsão Aeronáuticaversão maio de 2012
Desempenho de HélicesParâmetros Adimensionais para
Correlação de Desempenho de Hélices
Engenharia Aeronáutica
Propulsão Aeronáuticaversão maio de 2012
Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho de Hélices
Mapa de Desempenho de Hélices
Para representar o desempenho de uma mesma hélice, em diferentes
regimes de operação, comumente são apresentadas as curvas de potência,
torque e eficiência propulsiva da hélice em função de um coeficiente
adimensional J, chamado de coeficiente de avanço.
O conjunto destas curvas em função do coeficiente J é chamado de mapa
de desempenho da hélice;
Os parâmetros de desempenho contidos no mapa de desempenho são
calculados pelo método simplificado na estação a ¾ do raio da pá;
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Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho de Hélices
Mapa de Desempenho de Hélices
N D
VJ
coeficiente de avanço J
V ~ velocidade da aeronave [m/s]
N ~ rotação da hélice [rps]
D ~ diâmetro da hélice [m]
mapa de desempenho da hélice do exercício resolvido, calculado pelo método simplificado considerando ângulo da pá a ¾ do raio de 22,4o
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Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho de Hélices
Coeficientes Adimensionais de Tração, Torque e Potência
O mapa de desempenho de uma dada hélice, com dado perfil
aerodinâmico, pode ser utilizado para estimar o desempenho de uma outra
hélice aerodinâmicamente semelhante (mesmo perfil aerodinâmico, mas com
ângulo de pá a ¾ do raio e diâmetro diferentes);
Para isso, é necessário reduzir os parâmetros de desempenho de tração,
torque e potência na forma de coeficientes adimensionais;
Os coeficientes adimensionais são respectivamente o coeficiente de
tração CT, coeficiente de torque CQ e coeficiente de potência CP;
As curvas de desempenho na forma de coeficientes adimensionais são
apresentadas em função do coeficiente de avanço J e do ângulo na estação a
¾ do raio da pá, para cada perfil aerodinâmico de pá e número de pás da
hélice.
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Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho de Hélices
Coeficientes Adimensionais de Tração, Torque e Potência
42
60 D
N
TCT
52
60 D
N
QCQ
53
53
60
602
60 D
N
QN
DN
PCP
coeficiente de tração CT
coeficiente de torque CQ
coeficiente de potência CP
Unidades: em kg/m3; N em rpm; D em m, T em N, Q em N.m e P em W.
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Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho de Hélices
Mapas de Desempenho de Hélices em Função dos Coeficientes
coeficientes para o perfil aerodinâmico RAF-6, hélice de 2 pás
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Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho de Hélices
coeficientes para o perfil aerodinâmico RAF-6, hélice de 3 pás
Mapas de Desempenho de Hélices em Função dos Coeficientes
Propulsão Aeronáuticaversão maio de 2012
Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho de Hélices
coeficientes para o perfil aerodinâmico Clark-Y, hélice de 2 pás
Mapas de Desempenho de Hélices em Função dos Coeficientes
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Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho de Hélices
coeficientes para o perfil aerodinâmico Clark-Y, hélice de 3 pás
Mapas de Desempenho de Hélices em Função dos Coeficientes
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Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho de Hélices
coeficientes para o perfil aerodinâmico Clark-Y, hélice de 3 pás
Mapas de Desempenho de Hélices em Função dos Coeficientes
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Exercício Resolvido de Cálculo do Desempenho de uma Hélice Utilizando os Parâmetros Adimensionais de Correlação de Desempenho
Engenharia Aeronáutica
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Descrição Geral
Exercício Resolvido de Cálculo do Desempenho de uma Hélice
Determinar a tração e o torque de acionamento de uma hélice bi-pá de
passo variável (ângulo de pá variável) utilizando os coeficientes
adimensionais, com condições de operação mostradas na tabela abaixo:
condições atmosféricas ISA-SL: 101,325 kPa @ 288,15K
diâmetro da hélice 96 in (2,438m)
rotação da hélice 2000 rpm
velocidade da aeronave 44,44 m/s (160 km/h)
coeficiente de avanço 0,547
perfil geométrico das pás RAF-6
ângulos da pá a ¾ do raio 15, 20, 22.4, 25 e 30º
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Coeficientes de Potência e Tração - Perfil RAF-6 - hélice de 2 pás
Exercício Resolvido de Cálculo do Desempenho de uma Hélice
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Resolução do Exercício
Exercício Resolvido de Cálculo do Desempenho de uma Hélice
parâmetroângulo da pá a ¾ do raio
15º 20º 22,4º 25º 30º
V [m/s] 44,44
J 0,547
15º 20º 22,4º 25º 30º
CP 0,03 0,056 0,071 0,85 0,112
CT 0,04 0,075 0,09 0,105 0,125
P [W] eixo 117354 219061 275782 332503 438122
T [N] 1925 3610 4331 5053 6016
Q [N.m] 560 1045 1316 1587 2092
P [W] propulsiva 85470 160284 192470 224555 267351
H 72,8% 73,2 69,8% 67,5% 61,1%
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Resolução do Exercício
Exercício Resolvido de Cálculo do Desempenho de uma Hélice
parâmetroângulo da pá a ¾ do raio
15º 20º 22,4º 25º 30º
V [m/s] 44,44
J 0,547
15º 20º 22,4º 25º 30º
CP 0,03 0,056 0,071 0,85 0,112
CT 0,04 0,075 0,09 0,105 0,125
P [W] eixo 117354 219061 275782 332503 438122
T [N] 1925 3610 4331 5053 6016
Q [N.m] 560 1045 1316 1587 2092
P [W] propulsiva 85470 160284 192470 224555 267351
H 72,8% 73,2 69,8% 67,5% 61,1%
valores calculados pelo método simplificado a 22,4º utilizando os coeficientes
aerodinâmicos CL e CD
PEIXO = 239000 W
T = 4064 N
Q = 1140 N.m
PPROPULSIVA = 181000 W
H = 75,6%
