En aeronáutica e hidrodinámica marina, la relación de avance es la relación entre la velocidad del fluido de la corriente libre y la velocidad de la punta de la hélice , el rotor o el ciclorotor . Cuando un vehículo propulsado por hélice se mueve a alta velocidad en relación con el fluido, o la hélice gira lentamente, la relación de avance de su (s) hélice (s) es un número alto; y cuando se mueve a baja velocidad, o la hélice gira a alta velocidad, la relación de avance es un número bajo. La relación de avance es una velocidad no dimensional útil en la teoría de helicópteros y hélices, ya que las hélices y los rotores experimentarán el mismo ángulo de ataque en cada perfil aerodinámico de las palas.sección en la misma relación de avance independientemente de la velocidad de avance real. Es la inversa de la relación de velocidad de la punta utilizada para las turbinas eólicas.
Definición matemática
Hélices
La tasa de avance J es un término adimensional dado por: [1] [2]
dónde
V a es la velocidad del fluido de la corriente libre en m / s, típicamente la velocidad real de la aeronave o la velocidad del agua de la embarcación norte es la velocidad de rotación de la hélice en revoluciones por segundo D es el diámetro de la hélice en m
Rotores y ciclotores de helicópteros
La relación de avance μ se define como: [3] [4]
dónde
V ∞ es la velocidad del fluido en flujo libre en m / s, típicamente la verdadera velocidad del helicóptero Ω es la velocidad de rotación del rotor en r es el radio del rotor en m
Significado
Helicópteros
Los helicópteros de un solo rotor tienen una velocidad de avance limitada por una combinación de velocidad de punta sónica y pérdida de la pala en retirada . A medida que aumenta la relación de avance, la velocidad relativa experimentada por la hoja en retroceso disminuye de modo que la punta de la hoja experimenta velocidad cero con una relación de avance de uno. Los rotores de helicópteros inclinan la pala en retirada a un ángulo de ataque más alto para mantener la sustentación a medida que disminuye la velocidad relativa. Con una relación de avance suficientemente alta, la hoja alcanzará el ángulo de ataque de pérdida y experimentará una pérdida de la hoja en retirada. Las aspas aerodinámicas especialmente diseñadas pueden aumentar la relación de avance operativo utilizando aspas aerodinámicas de alto coeficiente de sustentación. Actualmente, los helicópteros de un solo rotor están prácticamente limitados a proporciones de avance inferiores a 0,7. [5]
Hélices
La relación de avance permite calcular el rendimiento de la hélice para cualquier condición de vuelo. Para una geometría de hélice específica, se pueden utilizar gráficos que proporcionen el coeficiente de tracción Kt y el coeficiente de par Kq dado como una función del número de avance J. Estos números adimensionales permiten calcular el empuje y el par de giro reales de la hélice. Estos coeficientes se determinan experimentalmente para embarcaciones mediante: las denominadas pruebas en aguas abiertas, generalmente realizadas en un túnel de cavitación o en un tanque de remolque.
El empuje se puede calcular como:
dónde
T es el empuje de la hélice en N kt es el coeficiente de tracción (adimensional) ρ es la densidad del fluido en kg / m³ norte es la velocidad de rotación en revoluciones por segundo D es el diámetro de la hélice en m
El par se puede calcular como:
dónde
Q es el par de la hélice en Nm kq es el coeficiente de par (-)
Relación con la relación de velocidad de la punta
La relación de avance es la inversa de la relación de velocidad de la punta ,, utilizado en aerodinámica de turbinas eólicas: [6]
- .
En funcionamiento, las hélices y los rotores generalmente giran, pero podrían sumergirse en un fluido estacionario. Por lo tanto, la velocidad de la punta se coloca en el denominador para que la relación de avance aumente de cero a un valor positivo no infinito a medida que aumenta la velocidad. Las turbinas eólicas usan el recíproco para evitar valores infinitos, ya que comienzan estacionarios en un fluido en movimiento.
Ver también
Notas
- ^ Clancy, LJ (1975), Aerodinámica , Sección 17.2, Pitman Publishing Limited, Londres. ISBN 0-273-01120-0
- ^ Prof. ZS Spakovszky . " 11.7.4.5 Rendimiento típico de una hélice " Turbinas del MIT , 2002. Termodinámica y propulsión, página principal
- ^ Leishman, J. Gordon (2005). Principios de aerodinámica de helicópteros (2ª ed.). Nueva York, NY: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-85860-1.
- ^ Jarugumilli, T .; Benedict, M .; Chopra, I. (1 de mayo de 2012). "Investigación experimental del rendimiento de vuelo hacia adelante de un rotor cicloidal de escala MAV". 68º Foro Anual y Exhibición de Tecnología de la American Helicopter Society .
- ^ Leishman, J. Gordon (2007). El helicóptero: pensar hacia adelante, mirar hacia atrás . College Park, Maryland: College Park Press. ISBN 978-0-9669553-1-6.
- ^ Spera, editor, David A. (2009). Tecnología de aerogeneradores: conceptos fundamentales de la ingeniería de aerogeneradores (2ª ed.). Nueva York, NY: ASME Press. ISBN 978-0791802601.CS1 maint: texto adicional: lista de autores ( enlace )