Potencia y fuerza en el despegueEn un ADAV/VTOL se debe convertir la potencia del motor tanto para un ascenso en modo helicóptero como para una traslación horizontal en modo avión.
Ya hemos visto que en modo avión,
Idealmente, se necesitaban grandes hélices que no aceleraran mucho el fluido. para obtener la mejor eficiencia propulsora.
¿Qué pasa con el despegue?
Vamos a simplificar las cosas para dibujar ecuaciones informativas y estimar un orden de magnitud. 
¿Es el motor de un avión lo suficientemente potente como para levantarlo en modo helicóptero?
Supondremos, por tanto, una sola hélice de sección
S soplando el aire hacia abajo. Este aire pasando de una velocidad 0 a una velocidad
v. La densidad del aire siendo
ro.
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Por lo tanto, el flujo másico de aire que cruza la hélice es:
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Por el principio de acción/reacción, la fuerza
F ejercida por el aire sobre la hélice es:
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para una masa
dm de fluido que pasa de la velocidad 0 a la velocidad
v por un momento
dt, el cambio en la energía cinética
dic fluido se escribe:
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formando la relación dEc/dt, reconocemos la potencia
P suministrado por la hélice, mientras que dm/dt se identifica con el caudal másico de fluido a través de la hélice:
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En esta etapa, se deben tener en cuenta varias cosas.* la fuerza
F y el poder
P son proporcionales a
ro x s, Sin embargo,
* la fuerza progresa a medida que
plaza velocidad
* poder como el
cubo velocidad.
Pero, ¿es esta velocidad v arbitraria? La respuesta es no. Si formamos la relación P/F, los productos
ro x s, desaparece y viene:
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Inmediatamente nota:
F=2P/v,
lo que demuestra que la fuerza F será óptimo si la velocidad v es pequeña, lo que equivale a tener un rotor grande para barrer una superficie S importante.Pero sería bueno aclarar las cosas. Ahora que tenemos la expresión
v = 2P/F , lo inyectamos por ejemplo en la relación
F = ro Sv²
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En el diseño de aeronaves, la fuerza F es impuesta por el peso de la máquina, pero es posible jugar en la sección S barrida por la hélice. de la relación
F^3 = 4 ro S P², por lo tanto expresamos P como sigue:
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¡Relación muy instructiva!por una fuerza
F = magnesio necesarios para el despegue (cuando
M es la masa del avión y
g la aceleración de la gravedad),
El parámetro S es el único grado de libertad para reducir la potencia necesaria.
Un reactor con una sección pequeña será catastrófico para levantar el dispositivo. Tendrá éxito, pero a costa de una abundancia de potencia mediocre y más allá de las posibilidades de un avión pequeño (equipado con unos pocos cientos de caballos de fuerza como máximo).
Pero esta es una buena noticia, porque habíamos visto que la calidad propulsora del avión requería:
* una gran sección de hélice, y,
* baja aceleración de las masas de aire,
que se encuentra exactamente para la calidad de ascenso (pero no es 100% sorprendente).
No existe por tanto incompatibilidad, sino por el contrario una ARMONÍA técnica en el diseño de la aeronave con grandes hélices, tanto para modo avión como para modo helicóptero.Para fijar un poco las ideas, si tomamos:*ro = 1,2 kg/m3
*M = 1000kg
* S = 10 m²
* con g = 9,81 m²,
la potencia requerida es de 140 240 W,
es decir, alrededor de 190 Ch.
Si tienes ganas de reírte con la sección de un reactor soplador de 0,5 m²... P = 627 W,
es decir, alrededor de 852 Ch. Además de consumir torrentes de combustible, el peso a bordo será enorme en un motor de pistón, a menos que cambies a una turbina de gas, que también tiene un rendimiento fangoso.
Al aumentar el número de nuestros rotores, por ejemplo, cuadricóptero con hélices de 4 x 4 m de diámetro,
*
S = 4 x Pi x 2² = aproximadamente 50 m²
*
P = 62 W, o unos 718 Ch, que es la potencia de los motores de aviones ligeros (que pesan unos 100 kg por 50 Ch).
En condiciones reales, habrá pérdidas, y
según Wikipedia, se requiere un factor de corrección de 1,5:
las pérdidas por viscosidad, así como otras pérdidas diversas (la potencia requerida por el rotor antipar, las pérdidas del reductor, etc.) representan aproximadamente el 50% de la potencia mínima de
froude (Ver
Teoría de Froude-Rankine). Por lo tanto, se puede obtener una estimación realista de la potencia del motor de un helicóptero multiplicando la fórmula anterior por un factor de 1,5.
Nos acordaremos : un motor de unos pocos cientos de caballos de fuerza puede soportar un ADAV de alrededor de 1000 kg siempre que esté equipado con numerosas hélices con secciones acumuladas de al menos 10 m², lo que también es favorable para la eficiencia de propulsión en modo avión.
