Propulsión de héliceComenzaremos pensando independientemente del sistema de propulsión sobre lo que crea el avance.
El principio es el de acción-reacción: toda fuerza ejercida por un cuerpo 1 sobre un cuerpo 2 genera simultáneamente
una fuerza recíproca ejercida por el cuerpo 2 sobre el cuerpo 1, de igual intensidad y en dirección opuesta.
Esto es fácil de imaginar entre 2 cuerpos sólidos, pero no se limita a cuerpos sólidos. El campo que nos interesa es en particular el ejercido por
"la toma de apoyo sobre un fluido".
Puedes apoyarte en un fluido siempre que lo aceleres hacia atrás. Lanzar impulso hacia atrás creará una fuerza de reacción que empuja hacia adelante.
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Razonaremos sobre la figura anterior, donde
V0 es la velocidad aguas arriba del dispositivo, y
V1 la velocidad aguas abajo del dispositivo anotó A.
Para una rebanada de fluido de masa infinitesimal
dm que pasa a través del dispositivo durante el tiempo infinitesimal
dt, el principio fundamental de la dinámica da:
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Preguntando
dm = dm/dt el caudal másico de fluido a través del dispositivo (en kg/s), la fuerza del fluido sobre el dispositivo se expresa rápidamente
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Esta ecuación también es válida para
un aerogenerador, un aerogenerador frenará el fluido con una velocidad V1 inferior a V0, al contrario
en modo hélice, el dispositivo acelera el fluido hacia atrás y tenemos V1 > V0si quitamos los vectores, aquí está la expresión de la fuerza
F líquido en el dispositivo,
en reacción a su movimiento hacia atrás.
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Más allá de las cuestiones aerodinámicas que ya se han mencionado, también es necesario
elegir un sistema que tenga una buena eficiencia de propulsión.
La eficiencia propulsora es en principio la relación entre 2 potencias:PA: la potencia recibida por el dispositivo, que es el producto de la fuerza sobre el dispositivo y la velocidad V0 del dispositivo
Pcin: la potencia cinética suministrada al fluido entre aguas arriba y aguas abajo del dispositivo, que es
Dm x (V1²/2-V0²/2)Estas son las fórmulas resultantes:
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Intentaremos expresar de forma muy sencilla la eficiencia de propulsión del aparato en función de las velocidades:
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por lo que aparece una fórmula bastante ligera: PR = 2 / (1+ V1/V0) eso debe ser analizado.Contrariamente a la intuición, el hecho deacelerar violentamente el fluido dará como resultado una salida de propulsor muy pobre, aunque la fuerza de la hélice será intensa.Para fijar las ideas, si
V1 = 4xV0, en un
RP = 0,4 = 40 %, se desperdicia el 60 % de la energía del dispositivo.
Si
V1 = 2V0 :
RP = 0,66; es mejor pero no muy bueno.
Si
V1 = V0 :
RP = 1 = 100%, el rendimiento es ideal... ¡pero ya no hay fuerza de fluido en el dispositivo!
Por lo tanto, estamos en una paradoja o más bien en un compromiso por encontrar: para tener una buena eficiencia de propulsión, V1 debe estar cerca de V0, solo un poco por encima.Pero si tomamos la fuerza del dispositivo F = Dm x (V1 - V0), nos damos cuenta de que tendremos que aumentar Dm para mantener la fuerza.
En términos más simples, tendrás que remover mucho aire, pero sin acelerarlo mucho.
Y técnicamente, equivale a tener una gran hélice, que agita un gran tubo de fluido acelerándolo suavemente.Vamos a intentar
expresar la eficiencia de propulsión de la fuerza del ala FA : dónde
F es la fuerza helicoidal y
A la sección (en m²) agitada por el dispositivo.
Como preliminar, podemos expresar la velocidad
V del fluido al nivel de la hélice igualando la potencia que aplica al fluido con la potencia cinética recuperada por el fluido.
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simplificando las ecuaciones por
Dm(V1-V0), viene una fórmula simple:
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La vitesse
V ubicación del fluido en el dispositivo es el promedio de
V1 et
V0Esto se utilizará para calcular el caudal másico de fluido.
Dm = A x ro x V durante el cual
ro es la densidad del fluido (en kg/m3):
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