Tecnologia / Guia técnico
Sustentação, arrasto e coeficientes de seção de pá
A sustentação e o arrasto decompõem a força aerodinâmica em relação ao escoamento local. O empuxo do rotor e a força motriz a decompõem nas coordenadas do rotor. São decomposições diferentes da mesma força; portanto, a sustentação isolada não é torque no eixo nem potência elétrica de saída.
Defina as direções e as grandezas de referência em conjunto.
Um coeficiente ganha significado com sua densidade, velocidade relativa, área e condição de escoamento. Mudar uma referência pode mudar o valor numérico sem mudar a força.
01 / Direções das forças
A sustentação é transversal ao escoamento; o arrasto atua na direção dele.
Na descrição de uma seção, o arrasto atua na direção do escoamento de ar relativo e a sustentação é perpendicular a ele no plano escolhido.
Na descrição de uma seção, o arrasto atua na direção do escoamento de ar relativo e a sustentação é perpendicular a ele no plano escolhido. O sinal da sustentação depende da direção transversal positiva definida. Essas direções mudam quando a direção do escoamento relativo muda.
A explicação de força aerodinâmica da NASA usa essa decomposição baseada no escoamento. Ela não deve ser confundida com sustentação vertical em coordenadas do solo: a direção de sustentação de uma seção em rotação não precisa estar alinhada a nenhum eixo fixo do local.
02 / Escala de referência
Os coeficientes dividem a força por uma escala declarada.
Defina a pressão dinâmica q = 0.5ρW².
Defina a pressão dinâmica q = 0.5ρW². Com a área de referência A, as expressões de força da seção são L = qACl e D = qACd. A densidade é expressa em kg/m³, a velocidade relativa em m/s e a área em m², resultando em força em newtons.
Para uma seção bidimensional por unidade de envergadura, a escala correspondente usa a corda c: L′ = qcCl e D′ = qcCd, em N/m. Uma faixa finita usa uma largura explicitamente definida; sua referência não é automaticamente a área de todo o disco do rotor.
03 / Escolha da área
A área de referência afeta o coeficiente.
O mesmo arrasto medido, dividido por duas áreas de referência diferentes, resulta em dois valores de Cd diferentes.
O mesmo arrasto medido, dividido por duas áreas de referência diferentes, resulta em dois valores de Cd diferentes. A NASA destaca essa dependência da área. Comparar coeficientes exige, portanto, convenções compatíveis, em vez de considerar um número menor como um arrasto físico inerentemente menor.
Da mesma forma, L/D = Cl/Cd somente quando os dois coeficientes usam os mesmos q e A. Uma razão formada a partir de definições incompatíveis de área ou velocidade não representa essa razão entre forças.
04 / Ilustração
Um cálculo de força precisa de coeficientes assumidos.
Considere um valor ilustrativo de q de 240 Pa e uma área de referência de 0.05 m².
Considere um valor ilustrativo de q de 240 Pa e uma área de referência de 0.05 m². Se Cl = 1.0 e Cd = 0.08, então L = 12 N e D = 0.96 N. A razão entre as forças é 12.5.
Todas as entradas são hipotéticas. O resultado não é uma força de seção MARSTON nem uma polar ensaiada. Ele demonstra o efeito da escala; os coeficientes ainda precisam da geometria, do ângulo, do número de Reynolds e da condição de superfície aplicáveis.
05 / Projeção no rotor
Somente a componente apropriada impulsiona a rotação.
A componente tangencial da força contribui para o torque em torno do eixo do rotor por meio do seu raio.
A componente tangencial da força contribui para o torque em torno do eixo do rotor por meio do seu raio. Sua componente normal ao rotor contribui para uma ação diferente. Tanto a sustentação quanto o arrasto podem entrar nessas projeções, dependendo da direção local de entrada do escoamento.
Um Cl alto não fornece automaticamente um grande torque motor positivo. A direção, o arrasto e a condição de operação continuam relevantes. O guia de BEM conecta essas forças locais ao balanço do escoamento do rotor.
06 / Escopo dos coeficientes
Uma polar e o Cp do rotor descrevem níveis diferentes.
Uma polar de seção relaciona os coeficientes aerodinâmicos a condições como o ângulo de ataque.
Uma polar de seção relaciona os coeficientes aerodinâmicos a condições como o ângulo de ataque. O Cp do rotor descreve um limite de análise da potência que abrange o rotor. Nenhum deve substituir o outro apenas porque ambos são adimensionais.
Nenhum Cl, Cd, força ou curva de coeficientes reais de MARSTON é fornecido aqui. Essas relações explicam o cálculo do escoamento local sem estabelecer o desempenho da máquina completa.
Continue a análise com Escoamento relativo da pá e ângulo de ataque.
Continue a análise com Número de Reynolds das pás de pequena eólica e similaridade do escoamento.
Continue a análise com Estol aerodinâmico da pá e separação do escoamento.
Continue a análise dos dados de seção com as polares de perfil e as condições dos dados e a transição da camada limite. Para outros termos de forças e momentos, consulte o arrasto induzido e de perfil e o momento aerodinâmico e as mudanças de referência.
Informações gerais: NASA Glenn: direções das forças de sustentação e arrasto · NASA Glenn: escala comum dos coeficientes e razão entre forças · NASA Glenn: dependência do coeficiente de arrasto em relação à área de referência. 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 |
|---|---|---|
| q | 0.5ρW², Pa | Usa a referência de velocidade relativa da seção. |
| Cl | L/(qA), adimensional | A direção positiva e a área devem ser definidas. |
| Cd | D/(qA), adimensional | Mudar A muda o valor numérico do coeficiente. |
| L′ e D′ | Força por unidade de envergadura, N/m | Use a corda em vez da área de todo o disco. |
| Componentes no rotor | Projeções normal e tangencial da força | Seus eixos diferem dos eixos de sustentação e arrasto. |
Questões de engenharia.
A sustentação é sempre vertical?
Não. Sua direção é perpendicular ao escoamento local definido no plano da seção.
O Cl da seção é o mesmo que o Cp do rotor?
Não. Eles representam força e potência em níveis diferentes.
Dois valores de Cd podem usar áreas diferentes?
Sim; nesse caso, não podem ser comparados como grandezas com referências equivalentes.
Quando Cl/Cd é igual a L/D?
Quando ambos os coeficientes compartilham a mesma pressão dinâmica e a mesma área de referência.
Toda a sustentação cria torque no rotor?
Somente a projeção tangencial pertinente contribui para o torque em torno desse eixo.
12 N e 0.96 N são forças reais?
Não. São resultados de dados de entrada inventados.
Consulta técnica
Converse sobre a questão técnica.
A sustentação e o arrasto decompõem a força aerodinâmica em relação ao escoamento local. Compartilhe o modelo e as informações de operação ou projeto aplicáveis para uma discussão de engenharia.