Un Estudio Empírico de la Interferencia de Rotores Superpuestos para un Sistema de Propulsión de Aeronaves No Tripuladas Pequeñas
Autores: Brazinskas, Mantas; Prior, Stephen D.; Scanlan, James P.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2016
Acceso abierto
Artículo científico
2016
Un Estudio Empírico de la Interferencia de Rotores Superpuestos para un Sistema de Propulsión de Aeronaves No Tripuladas Pequeñas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Investigación
Sistemas de propulsión superpuestos
Configuraciones de rotores
Datos empíricos
Pérdida de eficiencia
Compartición de empuje
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
La mayoría de la investigación sobre sistemas de propulsión superpuestos de helicópteros de tamaño completo implica configuraciones coaxiales (totalmente superpuestas). Las configuraciones de rotores parcialmente superpuestos (tándem, multirotor) han recibido menos atención, y los datos empíricos producidos a lo largo de los años son limitados. El aumento en la demanda de aeronaves no tripuladas pequeñas y compactas ha expuesto la necesidad de investigaciones empíricas de sistemas de propulsión superpuestos a pequeña escala (Número de Reynolds < 250,000). La interferencia entre rotores en estado estático en varias configuraciones de sistemas de propulsión superpuestos se midió empíricamente utilizando rotores T-Motor de 16 pulgadas x 5.4 pulgadas. Se fabricó un banco de pruebas diseñado específicamente que permite probar varias configuraciones de rotores superpuestos. Primero, se recopilaron datos de un solo rotor, luego se tomaron mediciones de rendimiento a diferentes empujes y velocidades de punta en una variedad de configuraciones de superposición. Los estudios se llevaron a cabo en un modo de equilibrio de torque del sistema. El rendimiento de los rotores superpuestos se comparó con un sistema de propulsión de doble rotor aislado, revelando factores de interferencia que se compararon con la teoría del momento. Las pruebas revelaron que en el sistema de propulsión coaxial equilibrado por torque, el rotor superior supera al rotor inferior en relaciones de separación axial entre 0.05 y 0.85. Además, en la misma región, la distribución del empuje entre los dos rotores cambió en un 21%; el rotor superior produjo más empuje que el rotor inferior en todo momento. Se registró un rendimiento máximo como una pérdida de eficiencia del 22% cuando la relación de separación axial fue mayor que 0.25. El rendimiento de un sistema coaxial equilibrado por torque alcanzó una pérdida de eficiencia del 27% cuando la relación de separación axial fue igual a 0.05. Se registró que el efecto de recuperación de remolino del sistema coaxial tenía una ganancia de eficiencia del 4% en la región de relación de separación axial entre 0.05 y 0.85. La menor pérdida de eficiencia (3%) se registró cuando la relación de separación de rotores estaba entre 0.95 y 1 (la relación de separación axial se mantuvo en 0.05). Las pruebas realizadas con una relación de separación de rotores de 0.85 mostraron que la pérdida de eficiencia disminuyó cuando la relación de separación axial fue mayor que 0.25. El rotor inferior superó al rotor superior en la región de relación de separación de rotores de 0.95 a 1 (la relación de separación axial se mantuvo en 0.05) con un empuje total del sistema de 8 N, y coincidió con el rendimiento del rotor superior en el empuje total probado de 15 N.
Descripción
La mayoría de la investigación sobre sistemas de propulsión superpuestos de helicópteros de tamaño completo implica configuraciones coaxiales (totalmente superpuestas). Las configuraciones de rotores parcialmente superpuestos (tándem, multirotor) han recibido menos atención, y los datos empíricos producidos a lo largo de los años son limitados. El aumento en la demanda de aeronaves no tripuladas pequeñas y compactas ha expuesto la necesidad de investigaciones empíricas de sistemas de propulsión superpuestos a pequeña escala (Número de Reynolds < 250,000). La interferencia entre rotores en estado estático en varias configuraciones de sistemas de propulsión superpuestos se midió empíricamente utilizando rotores T-Motor de 16 pulgadas x 5.4 pulgadas. Se fabricó un banco de pruebas diseñado específicamente que permite probar varias configuraciones de rotores superpuestos. Primero, se recopilaron datos de un solo rotor, luego se tomaron mediciones de rendimiento a diferentes empujes y velocidades de punta en una variedad de configuraciones de superposición. Los estudios se llevaron a cabo en un modo de equilibrio de torque del sistema. El rendimiento de los rotores superpuestos se comparó con un sistema de propulsión de doble rotor aislado, revelando factores de interferencia que se compararon con la teoría del momento. Las pruebas revelaron que en el sistema de propulsión coaxial equilibrado por torque, el rotor superior supera al rotor inferior en relaciones de separación axial entre 0.05 y 0.85. Además, en la misma región, la distribución del empuje entre los dos rotores cambió en un 21%; el rotor superior produjo más empuje que el rotor inferior en todo momento. Se registró un rendimiento máximo como una pérdida de eficiencia del 22% cuando la relación de separación axial fue mayor que 0.25. El rendimiento de un sistema coaxial equilibrado por torque alcanzó una pérdida de eficiencia del 27% cuando la relación de separación axial fue igual a 0.05. Se registró que el efecto de recuperación de remolino del sistema coaxial tenía una ganancia de eficiencia del 4% en la región de relación de separación axial entre 0.05 y 0.85. La menor pérdida de eficiencia (3%) se registró cuando la relación de separación de rotores estaba entre 0.95 y 1 (la relación de separación axial se mantuvo en 0.05). Las pruebas realizadas con una relación de separación de rotores de 0.85 mostraron que la pérdida de eficiencia disminuyó cuando la relación de separación axial fue mayor que 0.25. El rotor inferior superó al rotor superior en la región de relación de separación de rotores de 0.95 a 1 (la relación de separación axial se mantuvo en 0.05) con un empuje total del sistema de 8 N, y coincidió con el rendimiento del rotor superior en el empuje total probado de 15 N.