Tecnologia / Guia técnico
Escoamento relativo da pá e ângulo de ataque
A velocidade do ar vista por uma seção de pá em movimento difere da velocidade do vento vista a partir do solo. O ângulo de ataque pertence a esse escoamento relativo local; por isso, não pode ser lido diretamente da orientação da nacele nem de uma seta de vento estacionária.
Subtraia o movimento antes de comparar os ângulos.
Use um referencial comum para as velocidades do ar e da seção. A diferença vetorial estabelece o escoamento visto pela seção; sua orientação em relação à corda estabelece o ângulo de ataque.
01 / Referencial
A velocidade relativa é uma diferença vetorial.
Sejam U a velocidade do ar e v a velocidade da seção, ambas expressas em um mesmo referencial inercial.
Sejam U a velocidade do ar e v a velocidade da seção, ambas expressas em um mesmo referencial inercial. A velocidade do ar relativa à seção é W = U − v. Subtrair os módulos descartaria a direção e, em geral, produziria um resultado diferente.
A explicação de velocidade relativa da NASA distingue o vento no solo do movimento do ar relativo a um corpo móvel. Uma pá em rotação acrescenta uma velocidade de seção diferente em cada raio; por isso, o cálculo deve acompanhar uma seção específica, não apenas o centro do rotor.
02 / Componentes locais
A rotação acrescenta uma contribuição tangencial.
Em um exemplo alinhado simplificado, escolha x na direção positiva do escoamento axial e t na do movimento positivo da seção.
Em um exemplo alinhado simplificado, escolha x na direção positiva do escoamento axial e t na do movimento positivo da seção. Se U = (6, 0) m/s e v = (0, 8) m/s, então W = (6, −8) m/s nesses eixos.
O módulo da velocidade relativa é 10 m/s, não 6 m/s nem 6 − 8 m/s. Esses valores inventados omitem a indução e outros movimentos. Eles ilustram a aritmética vetorial sem descrever uma pá MARSTON em operação.
03 / Direção do escoamento
O ângulo requer uma linha de referência identificada.
Nesse exemplo, o ângulo agudo entre W e a direção tangencial negativa é arctan(6/8), aproximadamente 36.9°.
Nesse exemplo, o ângulo agudo entre W e a direção tangencial negativa é arctan(6/8), aproximadamente 36.9°. Medir a partir da direção axial fornece outro ângulo. Ambos podem descrever o mesmo vetor se as convenções forem explícitas.
Um símbolo de ângulo de entrada do escoamento precisa, portanto, de uma direção zero e um sinal. Um valor positivo em uma convenção de coordenadas de pá não é automaticamente positivo em outra. O vetor físico deve permanecer inalterado quando as coordenadas são transformadas.
04 / Comparação com a corda
O ângulo de ataque combina geometria e escoamento.
Em uma convenção bidimensional de seção definida, o ângulo de ataque compara a corda local orientada com W.
Em uma convenção bidimensional de seção definida, o ângulo de ataque compara a corda local orientada com W. Se o ângulo de entrada do escoamento φ e o ajuste da corda β compartilham uma referência e um sinal escolhidos de modo que α = φ − β, essa relação é uma subtração geométrica.
Isso não significa que passo, torção e ângulo de ataque sejam intercambiáveis. A geometria incorporada pode permanecer fixa enquanto φ muda com o escoamento ou a rotação. Por outro lado, mudar um ajuste geométrico só muda α em combinação com o escoamento relativo atual.
05 / Três dimensões
Um modelo de seção usa uma projeção.
A explicação das coordenadas de perfil do OpenFAST define sustentação, arrasto e ângulo de ataque da seção usando o escoamento relativo projetado em um plano bidimensional local.
A explicação das coordenadas de perfil do OpenFAST define sustentação, arrasto e ângulo de ataque da seção usando o escoamento relativo projetado em um plano bidimensional local. O escoamento ao longo da envergadura continua fazendo parte da situação tridimensional mais ampla, mesmo quando um modelo de seção não o representa explicitamente.
O escoamento desalinhado, a deformação e as velocidades induzidas podem mudar as componentes locais. O exemplo simples de duas componentes não estabelece suas magnitudes nem substitui um modelo que incorpore os movimentos e as hipóteses de escoamento pertinentes.
06 / Significado
Um cálculo de direção não é uma polar aerodinâmica.
Conhecer α não determina, por si só, a sustentação, o arrasto ou a potência de saída.
Conhecer α não determina, por si só, a sustentação, o arrasto ou a potência de saída. Essas grandezas também dependem da seção e das condições do escoamento. O guia dos coeficientes explica a próxima etapa física.
Esta página define a geometria do escoamento local sem atribuir a MARSTON um perfil, arranjo de passo, faixa de ângulos ou lei de controle reais. O guia de geometria da pá trata separadamente das grandezas do desenho técnico.
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.
Continue a análise com Teoria do elemento de pá e da quantidade de movimento: acoplamento e hipóteses.
Amplie a análise do escoamento local com a densidade do ar e suas entradas ambientais e as grandezas de pressão dinâmica e estática.
Informações gerais: NASA Glenn: velocidade relativa e referenciais · OpenFAST: plano local do perfil e projeção do escoamento relativo. 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 |
|---|---|---|
| U | Velocidade do ar no referencial escolhido, m/s | Mantenha sua direção e referência. |
| v | Velocidade da seção de pá específica, m/s | Use o mesmo referencial de U. |
| W | U − v, velocidade relativa do ar | Uma diferença vetorial, não uma subtração de módulos de velocidade. |
| φ e β | Ângulos de escoamento e de corda em coordenadas definidas | Informe as referências antes de subtrair. |
| α | Ângulo entre a corda e o escoamento relativo | Não determina a força por si só. |
Questões de engenharia.
A velocidade do vento no solo é a velocidade relativa da seção?
Geralmente não. O movimento da seção e o escoamento induzido pertinente mudam a velocidade relativa.
Posso subtrair os módulos das velocidades?
Em geral, não; as velocidades devem ser subtraídas como vetores em um referencial comum.
Por que a velocidade do exemplo é 10 m/s?
As componentes perpendiculares de 6 e −8 m/s fornecem √(6²+8²).
O passo é igual ao ângulo de ataque?
Não. O ângulo de ataque também depende do escoamento de ar relativo local.
α = φ − β é uma notação universal?
Somente com referências angulares e sinais compatíveis e explicitamente definidos.
Isso identifica os ângulos de um modelo real?
Não. Isso explica uma relação de coordenadas e um exemplo hipotético.
Consulta técnica
Converse sobre a questão técnica.
A velocidade do ar vista por uma seção de pá em movimento difere da velocidade do vento vista a partir do solo. Compartilhe o modelo e as informações de operação ou projeto aplicáveis para uma discussão de engenharia.