Tecnologia / Guia técnico
Estol aerodinâmico da pá e separação do escoamento
O estol aerodinâmico trata de como o escoamento e as forças respondem ao estado de uma seção. Não é o mesmo que o rotor parar, um desligamento elétrico por proteção ou um conceito específico de controle de passo. A separação também não significa que toda força aerodinâmica se torna zero.
Acompanhe o estado do escoamento, em vez de uma única indicação de ângulo.
O ângulo de ataque importa por meio da seção e das condições reais. Escoamentos permanentes e escoamentos que variam rapidamente podem produzir históricos de força diferentes com um ângulo instantâneo semelhante.
01 / Separação
O escoamento próximo à superfície pode se separar do contorno.
A camada limite responde às mudanças de pressão ao longo de uma superfície.
A camada limite responde às mudanças de pressão ao longo de uma superfície. Sob condições que causam separação, o escoamento próximo à superfície deixa de seguir o contorno da mesma forma que o escoamento aderido. A distribuição resultante de pressão e cisalhamento muda a força aerodinâmica.
A discussão da NASA sobre inclinação relaciona o escoamento separado com dificuldades de previsão de sustentação e arrasto. Essa mudança física não deve ser reduzida a um limite universal de ângulo compartilhado por todos os perfis, números de Reynolds ou estados de superfície.
02 / Resposta das forças
O estol não elimina simplesmente toda a sustentação.
Uma seção em estol pode ter sustentação menor que seu pico anterior e arrasto maior, ainda exercendo força aerodinâmica.
Uma seção em estol pode ter sustentação menor que seu pico anterior e arrasto maior, ainda exercendo força aerodinâmica. O histórico de forças depende do perfil e das condições. “Deixar de produzir sustentação útil” não deve ser interpretado como força zero em todos os pontos.
Em um rotor, as mudanças de direção e magnitude das forças alteram as componentes normal e tangencial. A descrição do estol de uma seção, isoladamente, não determina com que rapidez o rotor inteiro desacelera nem qual potência elétrica resulta.
03 / Polar estática
Uma curva permanente representa condições indicadas.
Uma polar permanente relaciona os coeficientes ao ângulo depois de estabelecido o estado de escoamento representado.
Uma polar permanente relaciona os coeficientes ao ângulo depois de estabelecido o estado de escoamento representado. Ela preserva as dependências do perfil, do número de Reynolds e das condições da superfície. Uma relação linear genérica de sustentação não pode ser extrapolada através da separação como se o escoamento continuasse aderido.
O ângulo de sustentação máxima também não é um limite universal do produto. Seu significado deve permanecer associado às condições representadas pela curva, em vez de ser copiado como regra de operação do rotor.
04 / Resposta dinâmica
Um escoamento variável pode criar atraso e histerese.
Quando o escoamento ou o ângulo muda com rapidez suficiente, a resposta da seção pode depender de seu estado anterior.
Quando o escoamento ou o ângulo muda com rapidez suficiente, a resposta da seção pode depender de seu estado anterior. Separação e recolamento não seguem necessariamente o mesmo caminho. Um laço em uma representação de coeficiente em função do ângulo expressa essa dependência do histórico.
A documentação de aerodinâmica não permanente do OpenFAST trata o estol dinâmico separadamente dos dados permanentes de seção. Portanto, o mesmo ângulo instantâneo pode corresponder a forças diferentes nas partes crescente e decrescente de um histórico definido de movimento.
05 / Escala temporal
Uma entrada variável tem mais do que um ponto final.
A escala de travessia da corda c/W compara um comprimento de seção com sua velocidade relativa do escoamento.
A escala de travessia da corda c/W compara um comprimento de seção com sua velocidade relativa do escoamento. Para os valores hipotéticos c = 0.20 m e W = 10 m/s, essa escala é 0.020 s. Não é uma previsão de atraso do estol nem um tempo de controle da turbina.
A taxa de mudança e o histórico importam além do ângulo final. A explicação do escoamento relativo descreve como mudanças de rotação ou de escoamento incidente podem alterar o ângulo da seção.
06 / Distinção do sistema
Um fenômeno físico de estol não é uma declaração de controle.
Um projeto pode usar ou evitar aspectos do estol, mas essa estratégia exige sua própria implementação definida.
Um projeto pode usar ou evitar aspectos do estol, mas essa estratégia exige sua própria implementação definida. Passo fixo, passo variável e orientação elétrica não estabelecem, individualmente, um esquema específico de limitação de potência por estol.
Esta página não atribui à MARSTON ângulo de estol, perfil aerodinâmico, redução de força ou algoritmo de controle. Ela explica por que os dados de coeficientes precisam de condições e, quando pertinente, de uma descrição dependente do tempo.
Continue a análise com Escoamento relativo da pá e ângulo de ataque.
Continue a análise com Sustentação, arrasto e coeficientes de seção de pá.
Continue a análise com Número de Reynolds das pás de pequena eólica e similaridade do escoamento.
Informações gerais: NASA Glenn: separação e efeitos de inclinação · OpenFAST: separação não permanente, estol dinâmico e histerese. Essas referências explicam conceitos do setor; são independentes dos documentos aplicáveis a produtos e projetos MARSTON.
Conceitos e condições essenciais.
Interprete cada grandeza com sua referência, suas unidades e as condições indicadas. Uma relação geral não estabelece um valor específico de um modelo.
| Conceito / grandeza | Significado / relação | Condições / limites |
|---|---|---|
| Separação | Escoamento próximo à superfície que se afasta do contorno | Muda a distribuição de pressão e cisalhamento. |
| Polar estática | Coeficientes para uma condição permanente indicada | Não extrapole indefinidamente uma reta de escoamento aderido. |
| Estol dinâmico | Resposta não permanente dependente do histórico | Ângulos instantâneos iguais não precisam produzir forças iguais. |
| c/W | Escala de tempo de travessia da corda, s | Não é um atraso universal nem um ajuste de controle. |
| Resposta do sistema | Comportamento do rotor e do sistema elétrico | Não é estabelecido apenas pelo estol de uma seção. |
Questões de engenharia.
Estol significa que o rotor para?
Não. Ele descreve um estado aerodinâmico, não a parada da máquina inteira.
Uma seção em estol não exerce força alguma?
Não. Sustentação e arrasto podem continuar significativos mesmo após um pico de sustentação.
Um ângulo de estol é válido para todas as seções?
Não. Geometria, número de Reynolds, superfície e histórico podem importar.
Uma polar permanente pode prever todos os transientes?
Não necessariamente; o estado não permanente e a histerese exigem seu próprio tratamento.
0.020 s é um atraso real de estol?
Não. É apenas uma escala hipotética de travessia da corda.
A orientação elétrica comprova regulação por estol?
Não. A característica de orientação não permite inferir uma estratégia de controle.
Consulta técnica
Converse sobre a questão técnica.
O estol aerodinâmico trata de como o escoamento e as forças respondem ao estado de uma seção. Compartilhe o modelo e as informações aplicáveis de operação ou projeto para uma conversa de engenharia.