Propulsão Aeronáutica versão junho de 2012 Desempenho do Grupo Moto-Propulsor a Hélice Dimensionamento Inicial de Hélices, Mapa de Eficiências de Hélices,

Propulsão Aeronáuticaversão junho de 2012

Desempenho do Grupo Moto-Propulsor a Hélice

Dimensionamento Inicial de Hélices,Mapa de Eficiências de Hélices,

Curva de Potência Propulsiva Disponibilizadapelo Grupo Moto-Propulsor

Engenharia Aeronáutica



Tópicos Abordados

● Dimensionamento Inicial de Hélices;

● Mapa de Eficiências de Hélices;

● Cálculo de Dimensionamento de Hélice para uma Aeronave;

● Cálculo Refinado de Dimensionamento de Hélice para uma Aeronave;

● Considerações a Respeito do Dimensionamento de Hélices;

● Potência Propulsiva Disponibilizada pelo Grupo Moto-Propulsor;

● Potência Disponibilizada para Hélices de Passo Fixo;

● Potência Disponibilizada para Hélices de Velocidade Constante;

● Cálculo de Potência para Hélice de Passo Fixo e Velocidade Constante;

● Considerações a Respeito de Desempenho de Tipos de Hélices;



Dimensionamento Inicial de Hélice

O desempenho do grupo moto-propulsor de uma aeronave depende da potência de eixo fornecida pelo motor, em todas as condições de vôo da aeronave, e da força propulsiva gerada pela hélice nas condições de operação do motor;

A força propulsiva gerada pela hélice, e consequentemente a potência propulsiva do grupo moto-propulsor para movimentar a aeronave, depende principalmente do diâmetro da hélice e do passo da hélice;

Um dos requisitos iniciais para o dimensionamento de um grupo moto-propulsor, para uma dada aeronave, é a determinação do diâmetro inicial para a hélice que será utilizada no motor selecionado;

O diâmetro inicial da hélice pode ser determinado considerando a potência de eixo máxima desenvolvida pelo motor;



Utiliza-se como referência a potência de eixo máxima do motor visto que essa potência comumente é especificada em uma dada rotação máxima;

Como requisito inicial de dimensionamento da hélice, considera-se ainda que a hélice, operando na condição de potência máxima do motor, irá operar na máxima eficiência aerodinâmica;

Os valores de eficiência aerodinâmica de hélice são apresentadas em mapas de eficiência, os quais relacionam a eficiência da hélice com o coeficiente

de avanço J e um coeficiente de velocidade CS, para diferentes perfis

aerodinâmicos de pá, número de pás e ângulo geométrico () a ¾ do raio da pá;

O coeficiente de velocidade é utilizado para estimar a velocidade máxima da aeronave utilizando a hélice com perfil aerodinâmico considerado;


Mapa de Eficiência para o Perfil Aerodinâmico Clark-Y, hélice de 2 pás




Os coeficientes adimensionais de desempenho são expressos por:

coeficiente de avanço (J):

coeficiente de velocidade (CS):

DNVJ

60

5/1

25/1

2 3600 )

60

(

NP

VNP

VCS

Com o coeficiente de velocidade (CS) é possível determinar a velocidade

máxima da aeronave, para o tipo de hélice selecionada, com base na potência máxima e na rotação na potência máxima;

Com a avanço (J) e a velocidade, determina-se o diâmetro da hélice;




Para uma dado motor, com potência de eixo máxima (P), rotação na potência máxima (N) e condições atmosféricas de vôo conhecidas (), a estimativa inicial do diâmetro da hélice (D) segue o roteiro abaixo:

dados de entrada: P, N, perfil, ângulo da pá a ¾ do raio e número de pás

equação de Cs: cálculo da velocidade máxima da aeronave

mapa de eficiências da hélice: valores de Cs e J para máxima eficiência

equação de J: cálculo do diâmetro da hélice




Cálculo de Dimensionamento Inicial de Hélice

Piper PA18-150 Super Cub

1 Motor a Pistão Lycoming O-320A1motor quatro tempos, quatro cilindros

configuração de cilindros opostos horizontalmentevolume total deslocado de 5,24L (320in3), razão de compressão 7,0:1

potência efetiva máxima de 150bhp a 2700rpm (ISA-SL+15oC)




Calcular o diâmetro de uma hélice para aplicação no motor Lycoming O-320A1 da aeronave Piper PA18-150 Super Cub, cujos parâmetros de operação do motor na potência efetiva máxima (sem transmissão) são apresentados a seguir:

condições atmosféricas ISA-SL: 101,325 kPa @ 288,15K

marca e modelo do motor Lycoming O-320A1

potência efetiva máxima do motor, BEP 111,7kW (150bhp)

rotação na potência máxima, N 2700 rpm

perfil aerodinâmico das pás Clark-Y

estimativa inicial do número de pás 2

estimativa de ângulo das pás a ¾ do raio 25º



1º PASSO: Obtenção dos coeficiente de velocidade e coeficiente de avanço para o tipo de hélice considerada, utilizando os mapas de desempenho


o75.0 25R

8,1SC

1J

Para máxima eficiência aerodinâmica da hélice:



CS = 1,8

J = 1




5/1

2

5/1

2 3600

3600

NBEPV

NPVCS

m/s 01,81

2700 . 1117001,225 . 36008,1

3600 5/1

2

5/1

2

NBEP

CV S

2º PASSO: Calcular a velocidade máxima da aeronave com o tipo de hélice

considerada, através do coeficiente de velocidade (CS):

Como o motor considerado não possui transmissão de potência, a potência de eixo máxima (P) é igual a potência efetiva máxima (BEP):




3º PASSO: Calcular o diâmetro da hélice com base no coeficiente de avanço (J) e na velocidade da hélice:


DNVJ

60

in 71m 803,12700 . 1,081,01 . 60

60

NJVD

Especificações Reais da Aeronave Piper PA18-150 e Hélice Hartzell Bi-Pá

velocidade máxima: 68,3 m/s (246 km/h)

diâmetro da hélice: 1,828 m (72 in)



Para o dimensionamento inicial de uma hélice é necessário conhecer os mapas de eficiência de um dado tipo de hélice. Para perfis aerodinâmicos clássicos, como o Clark-Y e RAF-6, os mapas de eficiências podem ser

obtidos na literatura;

Esses mapas são obtidos experimentalmente em túneis de vento, com instalações físicas dedicadas ao estudo de hélices;

Na prática, deve-se avaliar o diâmetro calculado para a hélice com os requisitos de espaço para acomodação da hélice na estrutura da aeronave, avaliando a possibilidade de colisão da hélice com o solo;

Por exemplo, se para uma hélice bi-pá Clark-Y o diâmetro for superior a altura disponível para acomodação da hélice, pode-se utilizar uma hélice tri-pá a fim de reduzir o diâmetro da hélice;

Considerações a Respeito do Dimensionamento Inicial de Hélice



Cálculo Refinado de Dimensionamento Inicial de Hélice

Extra EA-300

1 Motor a Pistão Lycoming AEIO-540-L1B5motor quatro tempos, seis cilindros






Desenho em Três Vistas da Aeronave Extra EA-300



Calcular o diâmetro de uma hélice para o motor Lycoming AEIO-540-L1B5 da aeronave Extra EA-300, cujos parâmetros de operação do motor na potência efetiva máxima (sem transmissão) são apresentados a seguir:


marca e modelo do motor Lycoming AEIO-540-L1B5




estimativa inicial do número de pás 2


altura do eixo do motor em relação ao solo 1,38m (54in)




1º PASSO: Obtenção dos coeficiente de velocidade e coeficiente de avanço para o tipo de hélice considerada, utilizando os mapas de desempenho

o75.0 25R

8,1SC

1J





CS = 1,8

J = 1




5/1

2

5/1

2 3600

3600

NBEPV

NPVCS

m/s 06,93

2700 . 2350021,225 . 36008,1

3600 5/1

2

5/1

2

NBEP

CV S



Como o motor considerado não possui transmissão de potência, a potência de eixo máxima (SEP) é igual a potência efetiva máxima (BEP):





in 18m 068,22700 . 1,093,06 . 60

60

NJVD

Com relação ao desenho em três vistas da aeronave, verifica-se que o altura disponível do eixo do motor ao solo permite acomodar uma hélice com 108in de diâmetro;

Entretanto, a utilização de uma hélice bi-pá com 81in deixaria um folga de somente 13,5in (34,2cm) em relação ao solo;

Para aumentar a folga entre a hélice e o solo deve-se utilizar uma hélice com maior número de pás.



Desempenho do Grupo Moto-Propulsor a HéliceDesempenho do Grupo Moto-Propulsor


Recalcular o diâmetro de uma hélice para o motor Lycoming AEIO-540-L1B5 da aeronave Extra EA-300, cujos parâmetros de operação do motor na potência efetiva máxima (sem transmissão) são apresentados a seguir:


marca e modelo do motor Lycoming AEIO-540-L1B5




estimativa final do número de pás 3


altura do eixo do motor em relação ao solo 1,38m (54in)



1º PASSO: Obtenção dos coeficiente de velocidade e coeficiente de avanço para a hélice tri-pá considerada, utilizando os mapas de desempenho

o75.0 25R

7,1SC

1J






CS = 1,7

J = 1

Passo fixo a eficiência é alta (80 a 85%) somente sob uma pequena faixa de velocidades de vôo.



5/1

2

5/1

2 3600

3600

NBEPV

NPVCS

m/s 89,87

2700 . 2350021,225 . 36007,1

3600 5/1

2

5/1

2

NBEP

CV S



Como o motor considerado não possui transmissão de potência, a potência de eixo máxima (P) é igual a potência efetiva máxima (BEP):





in 77m 953,12700 . 1,087,89 . 60

60

NJVD

Utilizando uma hélice tri-pá, o diâmetro da hélice reduz para 77in e a folga entre da hélice e o solo passa a ser de 15,5in (39,7cm);

Em relação a hélice bi-pá, a hélice tri-pá fornece uma folga maior;


Especificações Reais da Aeronave Extra EA-300 e Hélice MT Tri-Pá

velocidade máxima: 113,3 m/s (408 km/h)

diâmetro da hélice: 1,955 m (77 in)


Potência Disponibilizada pelo Grupo Moto-Propulsor

Cálculo da Curva de Potência Propulsiva Disponibilizada pelo Grupo Moto-Propulsor

para Hélices de Passo Fixo e Passo Variável

Engenharia Aeronáutica



Considerações sobre Desempenho do Grupo Moto-Propulsor

O desempenho de vôo de uma aeronave esta diretamente associado ao desempenho do grupo moto-propulsor que é utilizado na aeronave;

Comumente o desempenho de vôo de uma aeronave é expressa em função de um diagrama denominado envelope de vôo, que correlaciona a quantidade de energia que é necessária para manter o vôo da aeronave e a quantidade de energia disponibilizada para o vôo da aeronave, em função da velocidade de vôo;

A quantidade de energia por unidade de tempo necessária para o vôo da aeronave é chamada de potência requerida, e esta associada a

características aerodinâmicas da aeronave, principalmente o arrasto;

A quantidade de energia por unidade de tempo disponibilizada para o vôo é chamada potência disponibilizada pelo grupo moto-propulsor;



A potência disponibilizada pelo grupo moto-propulsor corresponde a quantidade de energia que é fornecida pela hélice ao escoamento de ar, na forma de potência propulsiva, para movimentação da aeronave;

Para estimar a curva de potência propulsiva disponibilizada pelo grupo moto-propulsor, em função da velocidade, é necessário conhecer a potência de eixo máxima que o motor é capaz de fornecer a hélice e a rotação do motor nessa potência máxima;

Entretanto, a escolha final da hélice depende da comparação da curva obtida com a curva de potência requerida para a aeronave;

A curva de potência requerida é obtida com base nas necessidades de desempenho da aeronave, como por exemplo peso da aeronave, área da asa, velocidade de cruzeiro, alcance ou autonomia.

Considerações sobre Desempenho do Grupo Moto-Propulsor



Para determinar a curva de potência disponibilizada pelo grupo moto-propulsor é necessário conhecer previamente:

● potência de eixo máxima do motor e rotação na potência máxima;

● diâmetro da hélice e número de pás;

● perfil aerodinâmico das pás e ângulo das pás a ¾ do raio;

Para o cálculo dos valores de potência propulsiva disponibilizada, em função da velocidade de vôo da aeronave, são utilizados os mapas de

desempenho da hélice em função dos coeficientes CP, CT e J;

Os mapas de desempenho da hélice apresentam as curvas dos coeficientes adimensionais de desempenho em função do tipo de perfil aerodinâmico, do ângulo da pá a ¾ do raio e do número de pás;

Estimativa da Potência Disponibilizada pelo Grupo Moto-Propulsor



Para o caso de conhecimento da curva de potência de eixo do motor que aciona a hélice em função da rotação do motor, determina-se o

coeficiente de potência para cada rotação do motor;

53

60 DN

PCP

Onde: P é a potência de eixo do motor em W, é a densidade do ar em kg/m3, N é rotação da hélice em rpm e D é o diâmetro da hélice em m.

Com o coeficiente de potência, utiliza-se o mapa de desempenho da hélice para determinar o coeficiente de avanço (velocidade da aeronave) e o coeficiente de tração da hélice (tração gerada pela hélice);





P

P

CC

NN 0

0

Para o caso de não conhecimento da curva de potência de eixo do motor em função da rotação do motor, correlaciona-se o coeficiente de potência de uma dada condição com o coeficiente na potência máxima:

Onde: N0 é a rotação da hélice na potência máxima do motor em rpm, CP0 é o

coeficiente de potência máxima, N é a rotação da hélice em rpm e CP é o

coeficiente de potência em uma dada rotação da hélice.

O coeficiente de potência máxima é obtido pelo mapa de desempenho da hélice com base no J de máxima eficiência e no ângulo da pá a ¾ do raio;



Para o caso de uma hélice passo fixo, o ângulo da pá a ¾ do raio será constante para todas as condições de operação da hélice;

Como o ângulo da pá é constante, o coeficiente de potência sofrerá alteração para diferentes condições de operação da hélice, ou seja, diferentes coeficientes de avanço;

Como a potência entregue pelo motor a hélice é função da rotação e a rotação interfere diretamente no coeficiente de avanço, diferentes coeficientes de avanço implicam em diferentes potências de eixo a serem entregues pelo motor a hélice;

Dessa forma, a rotação da hélice, o coeficiente de potência e a velocidade da aeronave estarão mutuamente conectadas através do mapa de

desempenho da hélice, para um dado ângulo a ¾ do raio da pá;

Potência Disponibilizada para Hélices de Passo Fixo



Coeficientes de Potência e Avanço Variáveis para Hélice de Passo Fixo




dados de entrada: P, N0, perfil aerodinâmico, ângulo da pá a ¾ do raio, número

de pás, diâmetro da hélice, J da hélice para eficiência máxima

mapa de desempenho da hélice: CP0 e CT0 para máxima eficiência

novo valor de J: velocidade da aeronave e CP

e CT do mapa de desempenho

equação da rotação: rotação da hélice pela

relação entre CP0 e CP

equação do CP: potência disponibilizada pelo

motor a héliceequação do CT: tração gerada pela hélice

potência propulsiva disponibilizada pela hélice: tração e velocidade

eficiência propulsiva




Para o caso uma hélice de passo variável, ou hélice de velocidade constante, a rotação do motor, e consequentemente da hélice, será constante em todas as condições de operação da hélice;

Como a rotação do motor e da hélice é constante, a potência entregue pelo motor a hélice também é constante, fazendo com que o coeficiente de potência da hélice seja constante;

Para que o coeficiente de potência seja constante para diferentes condições de operação, ou seja, diferentes coeficientes de avanço, o ângulo das pás a ¾ do raio deve variar em função da velocidade de vôo;

Nas hélices de velocidade constante, o controle do ângulo das pás para diferentes velocidades de vôo é realizado por um sistema automático

baseado no governador da hélice;

Potência Disponibilizada para Hélices de Velocidade Constante



Coeficiente de Potência Constante e Avanço Variável para Hélice de Velocidade Constante




dados de entrada: P, N0, perfil aerodinâmico, ângulo da pá a ¾ do raio, número

de pás, diâmetro da hélice, J da hélice para eficiência máxima

mapa de desempenho da hélice: CP0 e CT0 para máxima eficiência

novo valor de J: velocidade da aeronave e

ângulo da pá e CT do mapa de desempenho

equação do CT: tração gerada pela hélice

potência propulsiva disponibilizada pela hélice: tração e velocidade

eficiência propulsivavalor de CP: constante para todas as

condições de operação da hélice




Cálculo da Potência Disponibilizada para Motores a Hélice

Piper PA18-150 Super Cub

1 Motor a Pistão Lycoming O-320A1motor quatro tempos, quatro cilindros





Cálculo da Potência para Hélice de Passo Fixo

Desempenho do Grupo Moto-Propulsor

Determinar a curva de potência propulsiva disponibilizada para o grupo moto-propulsor da aeronave Piper PA-18 Super Cub, em função da velocidade de vôo, considerando a utilização de uma hélice de passo fixo:


diâmetro da hélice 1,803m (71 in)

potência efetiva máxima do motor ISA-SL 111,7kW (150hp)

rotação na potência máxima ISA-SL 2700 rpm


número de pás 2

ângulo das pás a ¾ do raio () 25º (constante para passo fixo)

velocidade máxima da aeronave 81,01 m/s (292 km/h)



Para a determinação da potência disponibilizada pela hélice de passo fixo, em função da velocidade, utiliza-se como base o dimensionamento inicial proposto anteriormente:

● ângulo da pá a ¾ do raio: = 25º

● diâmetro da hélice: D = 71in

● o coeficiente de avanço para eficiência máxima: J = 1

● coeficiente de potência no avanço de eficiência máxima: CP = 0,05

Como o avanço é função da velocidade de vôo e da rotação, para diferentes velocidades e rotações existirá um coeficiente de potência;

Cada novo coeficiente de potência implicará em uma nova rotação do motor, e consequentemente da hélice, gerando um novo avanço;




J CP CT CP0/CP N/Nmax N V (m/s)

P (W)

T (N)

T . V0 (W) H

1,0 0,050 0,043 1,000 1,000 2700 81,015 107430 1137 92148 86%

0,9 0,062 0,059 0,808 0,899 2428 65,669 96591 1254 82377 85%

0,8 0,071 0,074 0,706 0,840 2268 54,540 90249 1363 74351 82%

0,7 0,078 0,086 0,647 0,805 2173 45,710 86444 1458 66656 77%

0,6 0,083 0,095 0,611 0,782 2111 38,070 83994 1530 58252 69%

0,5 0,086 0,102 0,585 0,765 2064 31,025 82141 1568 48642 59%

0,4 0,090 0,106 0,560 0,748 2020 24,288 80381 1564 37977 47%

0,3 0,095 0,109 0,533 0,730 1972 17,779 78452 1519 27011 34%

0,2 0,100 0,109 0,505 0,711 1919 11,536 76358 1449 16721 22%

0,1 0,105 0,110 0,479 0,692 1869 5,618 74366 1380 7754 10%

0 0,109 0,111 0,462 0,679 1834 0,000 72983 1347 0 0%


Coeficientes para o Perfil Aerodinâmico Clark-Y, hélice de 2 pás




diâmetro da hélice 1,803m (71 in)

potência efetiva máxima do motor ISA-SL 111,7kW (150hp)

rotação na potência máxima ISA-SL 2700 rpm


número de pás 2

velocidade máxima da aeronave 81,01 m/s (292 km/h)

ângulo das pás a ¾ do raio variável

Cálculo da Potência para Hélice de Velocidade Constante

Determinar a curva de potência propulsiva disponibilizada para o grupo moto-propulsor da aeronave Piper PA-18 Super Cub, em função da velocidade de vôo, considerando a utilização de uma hélice de velocidade constante:



Para a determinação da curva de potência disponibilizada pela hélice de velocidade constante, em função da velocidade, utiliza-se como base o

dimensionamento inicial proposto anteriormente:

● ângulo da pá a ¾ do raio para eficiência máxima: = 25º

● diâmetro da hélice: D = 71in

● o coeficiente de avanço para eficiência máxima: J = 1

● coeficiente de potência no avanço de eficiência máxima: CP = 0,05

Como a rotação da hélice, e conseqüentemente a rotação do motor, não varia para uma hélice de velocidade constante, a potência entregue pelo motor a hélice será constante, dessa forma, o valor do coeficiente de

potência será constante para todas as condições de operação da hélice;




J CP CT CP0/CP N V (m/s)

P (W)

T (N)

T . V (W) H

1,0 0,050 0,043 1,000 25,0 2700 81,015 107430 1137 92148 86%

0,9 0,050 0,048 1,000 23,5 2700 73,038 107430 1260 92002 86%

0,8 0,050 0,054 1,000 22,0 2700 64,922 107430 1404 91150 85%

0,7 0,050 0,060 1,000 20,5 2700 56,807 107430 1561 88701 83%

0,6 0,050 0,066 1,000 19,0 2700 48,692 107430 1719 83696 78%

0,5 0,050 0,073 1,000 18,5 2700 40,577 107430 1909 77467 72%

0,4 0,050 0,080 1,000 18,0 2700 32,461 107430 2099 68150 63%

0,3 0,050 0,088 1,000 17,5 2700 24,346 107430 2296 55904 52%

0,2 0,050 0,095 1,000 17,0 2700 16,231 107430 2493 40464 38%

0,1 0,050 0,098 1,000 16,5 2700 8,115 107430 2572 20871 19%

0,0 0,050 0,101 1,000 16,0 2700 0,000 107430 2651 0 0%


Coeficientes para o Perfil Aerodinâmico Clark-Y, hélice de 2 pás

CP = 0,05



Comparação de Desempenho de Diferentes Tipos de Hélices

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Velocidade da Aeronave (m/s)

Potê

ncia

Dís

poni

vel (

hp) hélice de velocidade constante

hélice de passo fixo

71in Clark-Y Propeller 2-blades



Comparação de Desempenho de Diferentes Tipos de Hélices

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90Velocidade da Aeronave (m/s)

Traç

ão (N

)

hélice de velocidade constante

hélice de passo fixo

71in Clark-Y Propeller 2-blades



A força propulsiva, ou tração, gerada pelas hélices, sejam estas de passo fixo ou de velocidade constante, tendem a diminuir com o aumento da velocidade da aeronave;

Na medida em que se aumenta a velocidade da aeronave, para um dado ângulo de pá e rotação N, aumenta-se o ângulo de deslizamento do

escoamento na pá, reduzindo o ângulo de ataque ;

Com a redução do ângulo de ataque, diminui-se o coeficiente de

sustentação CL do aerofólio da pá, reduzindo a sustentação gerada pela

pá, e conseqüentemente, a força propulsiva gerada pela pá;

Esses fatores demonstram a limitação da aplicabilidade de propulsão a hélices para determinadas faixas de velocidade da aeronave. Acima de determinadas velocidades, a propulsão a jato torna-se mais eficiente;

Considerações sobre o Desempenho de Tipos de Hélice



se: V aumenta aumenta diminui T diminui

se: V diminui diminui aumenta T aumenta

DESEMPENHO EM VÔO

rotação constante




Analisando a tração estática gerada pelas hélices, ou seja a tração para velocidade da aeronave nula, verifica-se que para um dado motor a

pistão, a tração gerada por uma hélice de passo fixo é 50% menor do que a tração gerada por uma hélice de velocidade constante;

Isto porque as pás de uma hélice de passo fixo, na condição de velocidade da aeronave nula, estão sujeitas a grandes ângulos de ataque , devido ao ângulo ser nulo, acarretando no stall aerodinâmico da pá;

Nesse caso, somente uma parcela do comprimento radial da pá gera força propulsiva, estando a maior parte da pá em condição de sustentação nula, ou quase nula;

Na medida em que a aeronave ganha velocidade durante a decolagem, o ângulo de ataque da pá diminui e a sustentação ao longo da pá aumenta;




Para melhorar o desempenho de decolagem de uma aeronave, com um dado motor determinado, pode-se utilizar uma hélice de passo variável;

No caso de uma hélice de passo variável, como hélices de velocidade constante, o passo da hélice durante a decolagem deve ser ajustado

para fornecer um ângulo de pá mínimo, ou seja passo mínimo;

Na prática, o piloto da aeronave controla o ângulo das pás da hélice através de uma manete de passo de hélice. Cada posição da manete define um passo geométrico característico. Durante a decolagem o piloto deve ajustar a manete para a condição de passo mínimo, visando minimizar o valor de estando o valor de nulo;

Sendo o ângulo da pá em um valor mínimo, o ângulo de ataque da pá estará dentro da faixa de geração de sustentação do perfil aerodinâmico;




Nas hélices de passo fixo, todos os pontos de operação da hélice no mapa de desempenho estarão sobre a curva do ângulo da pá a ¾ do raio escolhido durante o dimensionamento;

Nesse caso, existe uma relação direta entre a velocidade da aeronave e a potência entregue pelo motor a hélice;

Nas hélices de velocidade constante os pontos de operação poderão estar localizados sobre varias curvas de ângulo da pá a ¾ do raio, dependendo do passo ajustado pelo piloto através da manete de hélice;

Esse fato possibilita que a aeronave desenvolva mesma velocidade de vôo em condições de potência do motor diferentes, permitindo a otimização do desempenho da aeronave em uma dada condição de vôo (por exemplo, melhor consumo de combustível).




Painel de Instrumentos de uma Aeronave a Pistão, detalhe do Console das Manetes

manete de potência

manete de hélice

manete de mistura
















Para determinar a potência requerida

● escolha as condições de vôo críticas, altitude e velocidade (Vcr);

● obtenha o CL para este vôo: CL= W/(0.5*ρ*Vcr2).

● obtenha o correspondente CD a partir do polar de arrasto da aeronave.

● obtenha a potência requerida: THP=0.5*ρ*Vcr3*S*CD.

A hélice absorve potência (BHP) desenvolvida pelo motor e libera THP (potência propulsiva).



Relações de Potência Geradas no Motor Convencional

Potência Teórica (Cycle Horsepower, CHP):

potência da combustão completa ideal

Potência Indicada (Indicated Horsepower, GHP):

combustão ideal a menos da eficiência térmica (T )

Potência Efetiva (Brake Horsepower, BHP):

indicada a menos da eficiência mecânica (M )

745ff ΔHC

CHP

745ff

T

ΔHCGHP

745ff

TM

ΔHCBHP

Cf – consumo de combustível



Relações de Potência Geradas no Motor para Propulsão à Hélice

745ff

TMS

ΔHCSHP

745ff

TMSH

ΔHCTHP

Potência de Eixo (Shaft Horsepower, SHP):

efetiva a menos da eficiência da transmissão (S )

Potência Real (True Horsepower, THP):

de eixo a menos da eficiência da hélice (H )

EFICIÊNCIAS

• Eficiências• Eficiência Global, overall

• Eficiência Térmica (Ciclo), thermal

• Eficiência Propulsiva, propulsive

– Impulso Específico, Isp [s]– Consumo de Combustível Específico, (Thrust) Specific Fuel Consumption,

(T)SFC [lbm/hr lbf] or [kg/s N]

• Implicações da Eficiência Propulsiva no Projeto do Motor

• Tendências na Eficiência Térmica e Propulsiva

Representação esquemática – turbinas a gás aplicadas a aeronaves

Eficiência Propulsiva – motores subsônicos

Eficiência Global –

ÊFICIÊNCIA GLOBAL DO SISTEMA PROPULSIVO

• Tendência da eficiência térmica são dirigidas pelo aumento das razões de compressão e correspondente aumento na temperatura de entrada da turbina

• Tendência na eficiência propulsiva são devido geralmente ao aumento da razão de by-pass

CRUISE FUEL CONSUMPTION vs. BYPASS RATIO

Documents

Propulsão Aeronáutica versão junho de 2012 Desempenho do Grupo Moto-Propulsor a Hélice Dimensionamento Inicial de Hélices, Mapa de Eficiências de Hélices,