04 - sistemas de hélices aula
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SISTEMAS PROPULSIVOS
Sistemas de hélicesESAC – CCAer
REVISÃO
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Propeller
Adjustable-pitch propeller
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Propeller
Figure: EMB120, Brasilia
• The propeller is a rotating airfoil,
subject to induced drag, stalls, and other
aerodynamic principles that apply
to any airfoil.
• It provides the necessary thrust to
pull, or in some cases push, the aircraft through the air.
• The engine power is used to rotate the propeller, which in turn generates thrust very similar to the manner in which a wing
produces lift.
• Thrust produced depends on
• the shape of the airfoil• the angle of attack of the
propeller blade• and the revolutions per
minute (rpm) of the engine
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Propeller
Changes in propeller blade angle from hub to tip / Relationship of travel distance and speed of various portions of propeller blade.
• As the blade rotates, there is a difference in the actual speed of the various portions of the blade
• Changing the angle of incidence (pitch) from the hub to the tip to correspond with the speed produces uniform lift throughout the length of the blade
• Twist
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• FINALIDADE DA HÉLICE• CRIAR FORÇA PROPULSIVA PELA
TRANSFORMAÇÃO DA ROTAÇÃO DO MOTOR (RPM) EM TRAÇÃO (FORÇA PARA CRIAR DESLOCAMENTO)
• A HÉLICE É FORMADA BÁSICAMENTE POR UM CUBO.
• ONDE ESTÃO INSTALADAS AS PÁS.
• A hélice esta montada no eixo de manivelas do mcv.
• A hélice esta montada no eixo da hélice do mre (turbohélice).
• Fatores aerodinâmicos
• Uma aeronave em deslocamento cria uma força de arrasto contrário a esse deslocamento• A força de tração (empuxo) é igual ao arrasto, em vôo nivelado, atuando para frente.
• A tração (empuxo) é força (f= m.A)
• F= força• M=
massa• A=
aceleração
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• O trabalho feito pela hélice é igual a força de tração vezes a distância percorrida pela aeronave T= f.D
• POTENCIA P = T/t
• A potencia p= f. D/t• COMO D/t É IGUAL A
VELOCIDADE, POTENCIA É IGUAL A P= F.V
• T= trabalho
• D= distancia
• V= velocidade da aeronave
• P = potência
• Substituindo t por f.D teremos:
• F= força• T= trabalho
O motor fornece potência ao EIXO, a hélice converte essa potência em cavalo- força.
• t= tempo
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COMO JÁ VIMOS O MOTOR FORNECE POTÊNCIA AO EIXO, A HÉLICE CONVERTE ESSA POTÊNCIA EM CAVALO- FORÇA.
NESSA CONVERSÃO ALGUMA FORÇA É PERDIDA.
A EFICIÊNCIA DA HÉLICE É DADA PELA LETRA GREGA eta (h).
A EFICIÊNCIA DA HÉLICE VARIA DE 50% A 87% DEPENDENDO DE QUANTO ELA RECUA.
O RECUO DA HÉLICE É DADO PELA DIFERENÇA ENTRE O PASSO GEOMÉTRICO E O PASSO EFETIVO.
• RECUO = PASSO GEOMÉTRICO - PASSO EFETIVO
• PASSO GEOMÉTRICO DISTANCIA QUE A HÉLICE DEVE REALMENTE AVANÇAR EM UMA REVOLUÇÃO
• PASSO EFETIVO DISTANCIA QUE A HÉLICE REALMENTE AVANÇA EM UMA REVOLUÇÃO
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• FORÇAS QUE ATUAM NA HÉLICE GIRANDO.
• FORÇA CENTRÍFUGA – Tende a expulsar a pá do cubo.
• FORÇA DE FLEXÃO DE TORQUE – Causada pelo torque na forma de resistência ao ar, tende a dobrar as pás para trás na direção oposta a rotação.
• FORÇA FLEXÃO DE EMPUXO – É causada pelo empuxo, tende a dobrar as pás para frente quando a aeronave é puxada para frente .
• FORÇA DE TORÇÃO AERODINÂMICA– Atua no centro de pressão e tende a levar as pás para ângulos maiores.
• FORÇA DE TORÇÃO CENTRÍFUGA – Será sempre maior que a de torção aerodinâmica dessa forma as pás da hélice quando gira tem sempre a tendência de ir para ângulos menores.
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• Linha básica de referência
• Linha central da pá
• Comprimento da pá
• Raio da Hélice
• Linha básica de referência - Linha imaginária que serve de base para determinar as estações da pá.
• Raio da Hélice – É a distância que vai da linha básica de referência á ponta da pá.
• Linha central da pá – Linha imaginária que divide teoricamente a pá no sentido longitudinal, serve como eixo de rotação p/ mudança de ângulos.
• Comprimento da pá – distância que se estende da face da base da pá até sua ponta.
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• FLANCO - Destina-se a dar resistência a pá.
• BASE OU RAIZ - É a extremidade de fixação da pá ao cubo da hélice.
• PONTA - É a parte mais afastada da pá e definida como as suas ultimas seis polegadas.
• ESTAÇÕES – medidas a cada seis polegadas a partir do centro do cubo (linha básica de referência.)
• Bordo de ataque – parte mais grossa da pá vai de encontro ao ar quando a hélice gira.
• Bordo de fuga – Parte mais fina da pá por onde o ar escoa.
• Costa da pá ou lado da cambra – lado curvado ou arqueado da pá .
• Face da pá – Lado plano da pá.
• Corda da pá – Linha imaginária que vai do bordo de ataque até o bordo de fuga.
• PÁ DA HÉLICE
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• Corda da pá • ângulo da pá (b)
• b• Corda da pá – linha que vai do
bordo de ataque ao bordo de fuga na sua maior extensão. • Ângulo da pá (b) – Formado entre
a corda e o plano de rotação.
• Ângulo de ataque (a) – Formado entre a corda e o vento relativo do aerofólio da pá.
• Ângulo de ataque (a)
• Ângulo da pá (b)
• Ângulo de ataque (A)
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• Vento relativo
• Ângulo De Bandeira
• Ângulo Nulo
• Ângulo Mínimo• Ângulo
Maximo
• Ângulo Reverso
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• OPERAÇÃO DA HÉLICE.
• Movimentos da hélice.
• Rotação (RPM).
• Translação ou trajetória.
• Ângulos importantes.
• Da pá.
• De ataque.
O ângulo de ataque (formado pelo vento relativo e a corda) ao se chocar com o ar causa deflexão criando na face da pá, lado voltado para o motor, uma região de pressão.
O ângulo de ataque cria ao mesmo tempo, no dorso da pá (cambra), uma região de depressão.
A pressão maior do lado da face direciona a força para a frente.
Aerodinamicamente a tração será dada pelo formato da pá e o ângulo de ataque.
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• A tração também é o resultado da massa de ar manipulada.
• F = m. a onde m = massa e a = aceleração.
Quanto maior a aceleração imprimida a massa de ar maior será a sua velocidade .
Então a tração será dada pela massa de ar manipulada pela hélice vezes a velocidade da esteira de ar produzida pela hélice menos a velocidade da aeronave.
A massa de ar manipulada por sua vez depende do ângulo da pá (formado pela corda e o plano de rotação da hélice).
Ângulo maior, maior massa de ar trabalhada . • RPM menor.
Ângulo menor, menor massa de ar trabalhada . • RPM maior.
• É através do ângulo da pá que se ajusta a carga da hélice para controlar sua rpm (rotação).
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PASSO VARIÁVEL DE DUAS POSIÇÕES
PASSO VARIÁVEL E VELOCIDADE CONSTANTE
PASSO CONTROLÁVEL
PASSO AJUSTÁVEL NO SOLO
PASSO FIXO
TIPOS DE HÉLICE
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Hélice que tem seu ângulo (passo) introduzido na sua construção e que não pode ser depois modificado.
São utilizadas em aeronaves de potência, velocidade, alcance ou altitude baixas.
São planejadas para melhor eficiência em uma determinada velocidade de rotação e deslocamento.
Podem ser comparadas a um automóvel de uma única marcha que inicia a corrida com baixo rendimento, aumenta até um ponto limite e depois estabiliza.
HÉLICE DE PASSO FIXO
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HÉLICE DE PASSO AJUSTÁVEL NO SOLO
Operam como uma hélice de passo fixo, porem seu ângulo pode ser mudado com ela parada atuando especificamente em seus mecanismos .
Também são utilizadas em aeronaves de potência, velocidade, alcance ou altitude baixas.
Para operar em pistas curtas usa ângulo pequeno, para voos longos ajusta-se o seu ângulo para valores maiores .
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HÉLICE DE PASSO VARIÁVEL
O ângulo pode ser modificado em voo.
Na decolagem o passo ou ângulo da hélice é mantida em mínimo para se obter a máxima RPM.
Na subida a força do motor (torque) é reduzida para potencia de subida o passo ou ângulo da hélice é aumentado e ocorre a redução da RPM.
Na altitude de cruzeiro (estabilização do nível de voo) quando força menor é requerida do que na decolagem e subida, a potencia do motor é outra vez reduzida e o passo ou ângulo da hélice aumenta ocorrendo a redução da RPM.
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• HÉLICE DE PASSO FIXO DE MADEIRA
Seu ângulo (passo) é determinado na sua construção e não pode ser alterado.
A escolha do ângulo é decidida pelo uso normal da Hélice (voo nivelado).
São utilizadas em aeronaves leves, pequenas, que utilizam motores de baixa potência.
É uma hélice de baixo peso, simples e de produção bem econômica.
• Características da Hélice de Madeira
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Características de construção da hélice de madeira
A hélice de madeira não é construída em uma peça única, mas por camadas de madeira duras, secas e bem selecionadas.São utilizados o mogno, a cerejeira, a nogueira e o carvalho
sendo também utilizado o vidoeiro. São utilizados de cinco a nove camadas com ¾ de espessura
cada uma.
Essas camadas são colocadas com resina a prova d’água e secadas durante aproximadamente uma semana.
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Depois de construída e desbastada com utilização de transferidores e gabaritos de bancadas são feitos os contornos e estabelecidos os ângulos das pás.
Um revestimento de tecido é colado nas ultimas 12” a 15” de cada pá e friso de metal é preso na maior parte do bordo de ataque a ponta de cada pá.
Material do friso: flandres, monel, latão e aço inoxidável.
Nas pontas das pás são feitos furos para drenagem de água que tende a se acumular por ação de força centrifuga.
O friso é fixado por parafuso de cabeça escareada e soldado.
• Características da Hélice de Madeira (continuação)
O acabamento da madeira é feito com aplicação de camada de verniz claro e impermeável.
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HÉLICE DE PASSO FIXO - METAL
São semelhantes na aparência com as de madeira, porem tem a seção das pás mais finas.
São amplamente utilizadas na maioria das aeronaves leves.
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• Hélice de Metal - CARACTERISTICAS
Foram fabricadas em uma peça única de duralumínio, sendo atualmente utilizado a liga de alumínio anodizado.
Tem mais eficiência de refrigeração pois o passo efetivo é bem próximo ao cubo.
São mais leves que as de madeira com custo de manutenção mais baixo.
Pode-se torcer ligeiramente as pás para modificar seu passo.
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Fixed-pitch propeller
• In a fixed-pitch propeller, the
tachometer is the indicator of engine
power.
• A tachometer is calibrated in
hundreds of rpm and gives a direct
indication of the engine and propeller
rpm.
• The instrument is color coded, with a green arc denoting
the maximum continuous
operating rpm.
• Some tachometers have additional
markings to reflect engine and/or
propeller limitations.
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• O SISTEMA POSUI: UMA MANETE DE HÉLICE
• MÁX RPM (100% - 2200 rpm)
• MIN RPM (75% - 1650 rpm)
• BANDEIRA (corte do motor)
GOVERNADOR DE HÉLICE
• RPM (%) DA HÉLICE
• TODA A FRENTE
• POSIÇÃO INTERMEDIÁRIA
• TODA RECUADA
MANETE DE HÉLICE
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0 ÓLEO VINDO DO MOTOR PASSA NA BOMBA DO GOVERNADOR.
QUANDO A PRESSÃO DE ÓLEO FORNECIDA PELA BOMBA DO GOVERNADOR (DE 0 A 385 PSI) ULTRAPASSA 400 PSI A VÁLVULA DE ALIVIO ATUA. 0 ÓLEO PASSA PELA VÁLVULA SOLENÓIDE DO BATENTE SECUNDÁRIO (CANCELADO) E VAI A VÁLVULA BETA. DA VÁLVULA BETA 0 ÓLEO SEGUE PARA O SERVO MECANISMO DA HÉLICE ATRAVÉS DA VÁLVULA PILOTO.
A MOLA DE VELOCIDADE AO SER COMPRIMIDA PELA MANETE DE HÉLICE ABAIXA A V. PILOTO PERMITINDO A PASSAGEM DE ÓLEO PARA O SERVOMECANISMO DA HÉLICE.
ISSO ACARRETA DIMINUIÇÃO DO PASSO, AUMENTO DE RPM, QUE SENTIDA PELO EIXO DO GOVERNADOR COMANDA A SUBIDA DA VÁLVULA PILOTO OBSTRUINDO A PASSAGEM DE ÓLEO.
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Fixed-pitch propeller
• MOTORES A HÉLICE • Fabricação de Hélices • HARTZEL • AVIA PROPELLERS • TENESSEE PROPELLERS • HAMILTON (RATIER FIGEAC) • AEROCOMPOSITE • MT-PROPELLERS
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Balanceamento
- Estático e dinâmico
- Necessário para todo e qualquer rotor
EFEITO HÉLICE
Aeronave Brasília EMB 120 Efeitos de filmagem na hélice jul11.wmv
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Bibliografia
• LOWRY, J. T. Performance of Light Aircraft. Reston: AIAA, 1999. 475p.
• HOUGHTON, E. L. et CARPENTER, P. W. Aerodynamics for Engineering Students. New York: John Wiley & Sons, 1993. 4ed. 515p.
• MATTINGLY, J. D., HEISER W. H. et DALEY, D. H. Aircraft Engine Design. AIAA Education Series. Washington: AIAA, 1987. 582p.
• MATTINGLY, J. D. Elements of Gas Turbine Propulsion. New York: McGraw-Hill, 1996. 960p.
• THEODORSEN, T. Theory of Propellers. New York: McGraw-Hill, 1948. 164p.
• TORENBEEK, E. Synthesis of Subsonic Airplane Design. Delft: Delft University Press, 1982.