Razão de avanço - Advance ratio

Diâmetro da hélice.

Em aeronáutica e hidrodinâmica marítima, a relação de avanço é a relação entre a velocidade do fluido de fluxo livre e a velocidade de ponta da hélice , rotor ou ciclomotor . Quando um veículo movido a hélice está se movendo em alta velocidade em relação ao fluido, ou a hélice está girando lentamente, a proporção de avanço de sua (s) hélice (s) é um número alto; e quando está se movendo em baixa velocidade, ou a hélice está girando em alta velocidade, a relação de avanço é um número baixo. A relação de avanço é uma velocidade adimensional útil na teoria de helicópteros e hélices, uma vez que hélices e rotores experimentarão o mesmo ângulo de ataque em cada seção de aerofólio de pás com a mesma relação de avanço, independentemente da velocidade real de avanço. É o inverso da relação de velocidade de ponta usada para turbinas eólicas.

Definição matemática

Hélices

A relação de avanço J é um termo adimensional dado por:

${\ displaystyle J = {\ frac {V_ {a}} {nD}},}$

Onde

V a	é a velocidade do fluido de fluxo livre em m / s, normalmente a verdadeira velocidade do ar da aeronave ou a velocidade da água da embarcação
n	é a velocidade de rotação da hélice em rotações por segundo
D	é o diâmetro da hélice em m

Rotores e ciclotores de helicóptero

A relação de avanço μ é definida como:

${\ displaystyle \ mu = {\ frac {V _ {\ infty}} {\ Omega r}},}$

Onde

V ∞	é a velocidade do fluido de fluxo livre em m / s, normalmente a velocidade real do helicóptero
Ω	é a velocidade de rotação do rotor em ${\ displaystyle {\ frac {rad} {s}}}$
r	é o raio do rotor em m

Significado

Helicópteros

Helicópteros de rotor único são limitados em velocidade de avanço por uma combinação de velocidade de ponta sônica e estol de lâmina em recuo . À medida que a proporção de avanço aumenta, a velocidade relativa experimentada pela lâmina em recuo diminui de modo que a ponta da lâmina experimenta velocidade zero a uma proporção de avanço de um. Os rotores do helicóptero lançam a pá em retirada para um ângulo de ataque mais alto para manter a elevação à medida que a velocidade relativa diminui. Em uma proporção de avanço suficientemente alta, a lâmina alcançará o ângulo de ataque de estol e experimentará estol da lâmina em retirada. Os aerofólios especialmente projetados podem aumentar a taxa de avanço operacional, utilizando aerofólios de alto coeficiente de sustentação. Atualmente, os helicópteros de rotor único estão praticamente limitados a proporções de avanço inferiores a 0,7.

Hélices

A relação de avanço permite calcular o desempenho da hélice para quaisquer condições de voo. Para uma geometria de hélice específica, gráficos podem ser usados, fornecendo o coeficiente de tração Kt e o coeficiente de torque Kq dados como uma função do número de avanço J. Esses números adimensionais permitem calcular o empuxo e torque reais da hélice. Esses coeficientes são determinados experimentalmente para barcos por: pelos chamados testes em mar aberto, geralmente realizados em um túnel de cavitação ou em um tanque de reboque.

O empuxo pode ser calculado como:${\ displaystyle T = {kt} {\ rho} {n ^ {2}} {D ^ {4}}}$

Onde

T	é o impulso da hélice em N
kt	é o coeficiente de tração (adimensional)
ρ	é a densidade do fluido em kg / m³
n	é a velocidade de rotação em revolução por segundos
D	é o diâmetro da hélice em m

O torque pode ser calculado como:${\ displaystyle Q = {kq} {\ rho} {n ^ {2}} {D ^ {5}}}$

Onde

Q	é o torque da hélice em Nm
kq	é o coeficiente de torque (-)

Relação com a taxa de velocidade de ponta

O rácio de avanço é o inverso da relação de velocidade de ponta , , usados na aerodinâmica de turbinas eólicas: ${\ displaystyle \ lambda}$

${\ displaystyle \ mu = \ lambda ^ {- 1}}$.

Em operação, hélices e rotores geralmente estão girando, mas podem estar imersos em um fluido estacionário. Assim, a velocidade da ponta é colocada no denominador para que a proporção de avanço aumente de zero a um valor positivo não infinito conforme a velocidade aumenta. As turbinas eólicas usam o recíproco para evitar valores infinitos, uma vez que começam estacionárias em um fluido em movimento.

Veja também

• Projeto de ventilador axial
• Recuando parada da lâmina
• Rotor de helicóptero
• Rotor desacelerado
• Hélice de avião

Notas

links externos

• Desempenho da aeronave a hélice e a abordagem bootstrap
• Termodinâmica do MIT 11.7 Desempenho das hélices