SISTEMAS PROPULSIVOS

Sistemas de hélicesESAC – CCAer

REVISÃO

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.

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• 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.