Question:
À quoi sert autant de couple sur les hélices?
user18035
2017-08-22 15:25:37 UTC
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(Cette question est étroitement liée à cette question)

Un Cessna 172 typique a un moteur de 180 ch, avec une puissance max. vitesse de rotation de 2700 tr / min. Même les petits moteurs électriques de 1 ch peuvent atteindre ce régime, et par conséquent, je suppose que le reste de la puissance est converti en couple.

À quoi sert autant de couple, et que se passe-t-il s'il y a moins de couple à le même régime - c'est-à-dire

Un moteur électrique peut-il fonctionner de la même manière que le Lycoming IO-360 avec le même max. RPM, mais avec seulement la moitié du couple de ce dernier?

Considérez: est-ce la rotation, ou le couple, qui fait finalement bouger l'avion?
N'oubliez pas que le régime est une vitesse, le couple est une force. En l'absence de toute force, la vitesse est constante. ajoutez une force de friction / résistance externe et vous devez ajouter une force interne pour maintenir le régime. vous ne voulez donc pas vous soucier uniquement des rpms, mais aussi de ce que vous en faites.
Ensuite, vous aurez besoin d'un régime beaucoup plus élevé pour dépenser la même puissance. Cela pourrait se terminer de différentes manières, par exemple un accessoire plus petit et / ou moins de pales, un ventilateur de conduit ou un ventilateur à jet. La puissance est le couple multiplié par le tr / min multiplié par une constante. Moins de couple, même régime, c'est juste moins de puissance. Le ventilateur de refroidissement de votre ordinateur fonctionne également dans la plage de 2000 à 4000 tr / min, mais le couple est minime par rapport au moteur d'avion, tout comme la puissance.
Puissance = couple X tr / min. Donc, le même régime avec la moitié du couple est la moitié de la puissance.
Avez-vous pris en compte le poids des batteries nécessaires pour faire fonctionner le moteur électrique?
Vous devez également considérer que l'air n'a pas la même «épaisseur» pour la durée du vol. Ensuite, il y a la puissance au poids de l'énergie stockée. Le carburant est très efficace par rapport à la technologie disponible. Enfin, il y a le fait que les moteurs électriques sont excellents pour atteindre un réglage de puissance de sortie, mais pas si bons pour être variables. Vous ne pouvez pas facilement réduire la tension et décrète la puissance allant à l'hélice pour descendre. Vous devez contrôler les bits descendants ainsi que les bits ascendants et les bits de niveau du vol. Ils prennent tous des profils de puissance différents. (bien que les accessoires à pas variable puissent aider certains)
Je pense que cette question manque de compréhension des mécanismes impliqués. Pour le dire en termes simples (peut-être simplistes), la puissance du moteur détermine la force (masse * vitesse) de l'air que l'hélice peut accélérer vers l'arrière, et ainsi faire avancer l'avion. Le couple et, dans une certaine mesure, le régime ne sont vraiment pas pertinents dans ce contexte: quel que soit le couple produit par votre moteur électrique de 1 ch, il n'accélère que 1 ch d'air, tandis qu'une hélice pourrait être conçue pour fonctionner efficacement à 270 tr / min, soit 27 ( pensez aux grandes éoliennes).
Six réponses:
#1
+25
Koyovis
2017-08-22 17:54:36 UTC
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Même les petits moteurs électriques de 1 CV peuvent atteindre ce régime

Oui, mais peut-il maintenir ce régime quand quelque chose essaie de l'arrêter, telle est la question. Les moteurs à combustion de 1 ch peuvent également atteindre 2700 tr / min, mais vous ne pouvez pas y attacher une hélice, la coller en l'air et vous attendre à ce qu'elle maintienne le régime. Il faut beaucoup de couple pour créer une poussée aérodynamique.

C'est un fait que les moteurs électriques sont bien meilleurs pour produire du couple que les moteurs à combustion. Un moteur électrique produit un couple presque maximal au démarrage, le rotor étant immobile. Le moteur à combustion a besoin de faire des tours par minute pour produire du couple. Cet article compare les moteurs électriques aux moteurs à combustion pour alimenter une pompe hydraulique: un moteur électrique de 20 CV peut faire le travail qu’un moteur à combustion de 50 CV peut faire.

Électrique moteur:

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Moteur à combustion: le couple intermittent signifie l'impulsion de couple de la combustion.

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Mais attendez, est-ce encore possible? La puissance est la puissance, le kilowatt est le kilowatt, et peu importe le moteur que nous utilisons pour générer les kilowatts, ils devraient tous être égaux, dit la première loi de la thermodynamique, la conservation de l'énergie. Mais c'est important, car avec un moteur à combustion, le couple est fonction du régime. Augmentez donc le régime et la puissance augmente en raison de l'augmentation du régime et du couple. À un régime plus bas, le moteur à combustion peut tout simplement manquer de couple pour accélérer, tandis que le moteur électrique a une courbe de couple presque plate.

La même chose se produit avec les moteurs hors-bord, lorsque l'on compare 2 temps avec 4 temps. Le 2 temps a beaucoup plus de couple à bas régime, le 4 temps peut avoir la même puissance mais peut ne jamais atteindre les hauts régimes car il n'a pas la capacité de faire planer le bateau.

Mais je m'éloigne du sujet. Pour revenir à vos questions:

À quoi sert autant de couple, et que se passe-t-il s'il y a moins de couple au même régime

Pour maintenir l'arbre de sortie à ce régime pendant que l'hélice pousse tout cet air vers l'arrière. Cela nécessite une quantité importante de couple. S'il y a moins de couple au même régime, il y aura moins de poussée produite et l'avion ne volera pas aussi vite.

Un moteur électrique peut-il fonctionner de la même manière que le Lycoming IO-360 avec le même max. RPM, mais avec seulement la moitié du couple de ce dernier?

Et bien, ce qui est surprenant, c'est qu'une puissance n'est pas une puissance. Une partie du problème réside dans les fonctions de sortie de puissance, donc peut-être qu'un moteur électrique avec une puissance nominale inférieure peut être utilisé. Mais une chose est très claire: au régime de l'hélice, un certain couple est nécessaire à une certaine vitesse pour maintenir l'hélice en rotation. Cette quantité de couple sera toujours la même, quel que soit le type de moteur qui le produit.

Pour faire court, il n'est tout simplement PAS POSSIBLE de maintenir le même régime lorsque vous attachez une grosse hélice (l'hélice subit une traînée induisant donc un couple). Le couple n'est pas qu'un mot. C'est la force subie par l'arbre. Si vous voulez un couple inférieur, vous ne pouvez pas simplement dire «couple inférieur». La physique ne vous laissera pas. Pour réduire le couple, vous devez utiliser un accessoire plus petit. Ainsi, le couple est vraiment une mesure indirecte de la taille d'un accessoire que vous pouvez attacher au moteur.
@slebetman Ou combien de hauteur a l'hélice. Avec un CSP, il modifiera la hauteur pour maintenir le réglage du régime. Si vous avez un réglage de puissance trop bas, il tournera toujours au régime réglé, mais à un pas si bas qu'il ne maintiendra pas l'avion en l'air.
C'est la raison pour laquelle les moteurs IC ont des démarreurs et des volants d'inertie, et pourquoi ils calent si vous essayez de les faire fonctionner à une vitesse trop lente. Les moteurs IC fonctionnent en convertissant de petites "explosions" discrètes dans les cylindres en mouvement rotatif continu: si le moteur ne tourne pas assez vite, peu de ces explosions se produisent. Les moteurs électriques fonctionnent par une force magnétique continue, qui est toujours forte lorsque le moteur est à l'arrêt.
OK ... Maintenant, j'apprends à savoir exactement ce que fait exactement un moteur d'avion. Vous dites également que le couple est nécessaire pour pousser tout cet air vers l'arrière, alors puis-je obtenir de meilleures performances avec la même centrale électrique si j'ai une carrosserie beaucoup plus profilée?
@Anand S: Je pense que vous manquez toujours le point. Le couple n'est pas requis et est largement hors de propos. La puissance est ce qui est nécessaire. Le couple est essentiellement une conséquence de la rotation de l'hélice contre la résistance pour déplacer l'air. Si vous pouviez déplacer l'air sans utiliser de ventilateur rotatif (comme dans une fusée), vous n'auriez pas du tout de couple, mais vous auriez toujours besoin de la même puissance.
Le couple @jamesqf * est * requis, comme la force dans une fusée. Ils sont identiques, seul le cadre de référence est rotatif au lieu de linéaire.
@AnandS Le moteur fait tourner l'hélice, l'hélice fournit la poussée pour surmonter la résistance aérodynamique. Moins de résistamce, moins de poussée requise, moins de couple requis de la centrale électrique pour entraîner l'hélice.
Donc - juste pour augmenter ma compréhension de tout ce concept - s'il n'y avait pas de corps du tout, et juste l'hélice et un moteur _abstract_ (donc il ne reste que la résistance de l'air elle-même), donc je pense que le couple requis est la force la plus minimale nécessaire pour repousser l'air (ce qui en soi est assez petit comparé au fait de le canaliser autour d'une cellule) - n'est-ce pas?
@AnandS Le moteur et l'hélice ne savent pas ce qui est monté derrière eux, ils ne fournissent qu'une force vers l'avant (poussée). Tout ce qui est monté derrière eux et vole dans les airs, subit une force aérodynamique vers l'arrière (traînée). L'avion, moteur et hélice compris, accélérera ou décélérera jusqu'à ce que la poussée soit égale à la traînée, à ce point l'avion volera à une vitesse constante.
@Koyovis: Non, le couple ne serait pas nécessaire si vous aviez un moyen de déplacer l'air autrement qu'avec un ventilateur rotatif. Le couple n'est pas non plus important pour ce ventilateur rotatif. Un moteur électrique à couple élevé ferait simplement monter l'hélice à la vitesse de fonctionnement plus rapidement: la quantité d'air déplacée dépend de la puissance disponible. Un moteur IC à faible couple a besoin de plus de temps pour accélérer les charges - ce qui n'est pas vraiment perceptible dans les avions, mais la raison des engrenages dans des choses comme votre voiture. Et d'un autre côté, le moteur électrique à couple élevé est la raison pour laquelle les véhicules électriques comme Tesla peuvent accélérer si rapidement.
Le couple @jamesqf n'est pas important pour ce ventilateur rotatif? Tu m'as perdu mec.
@Koyovis: Eh bien, alors peut-être que vous comprendrez mieux si vous retournez la question et demandez si un moteur IC à faible couple comme par exemple le O-380, qui est évalué à 180 ch au régime de fonctionnement, aura une différence de performance significative par rapport à un moteur électrique à couple élevé de 180 ch tournant au même régime? (Mis à part les problèmes de poids et d'alimentation, bien sûr.)
@jamesqf, veuillez consulter [l'article lié ci-dessus] (http://www.hydraulicspneumatics.com/200/TechZone/HydraulicPumpsM/Article/False/6513/TechZone-HydraulicPumpsM)
@Koyovis: Je l'ai fait, et cela semble dire exactement ce que j'ai dit, que le couple plus élevé qu'un moteur électrique peut produire n'a pas d'importance. C'est encore moins pertinent lorsque vous essayez d'accélérer une hélice dans l'air que d'accélérer une pompe remplie d'eau / de fluide hydraulique.
@jamesqf, un moteur à combustion de 50 ch est nécessaire pour faire le travail d'un moteur électrique de 20 ch, en raison des caractéristiques de couple différentes des deux types. La puissance n'est pas la puissance, de manière assez surprenante, le moteur avec un couple plus faible à bas régime ne peut jamais atteindre sa région de régime plus élevé où la puissance maximale est spécifiée. Newton dit: la force déplace tout. Le couple est une force de rotation et il déplace tout en rotation. La fonction du couple en fonction du régime est extrêmement importante pour l'application, même pour les hélices. Un moteur électrique serait bien plus adapté pour entraîner une hélice à pas fixe ...
... construit pour la vitesse (un pas élevé): à TO cela crée beaucoup de traînée (à surmonter par le couple), ce qui ralentira l'hélice, ce qui amènera le moteur à combustion dans une région de régime inférieur où il y a moins couple disponible, etc. Le moteur électrique l'entraînera simplement à son couple maximum quel que soit le régime. Le point est le suivant: vous ne pouvez pas simplement prendre un point sur la courbe couple-régime et fonder une vérité globale sur cela.
#2
+19
Hobbes
2017-08-22 19:42:41 UTC
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Vous ignorez la résistance de l'air. Un petit moteur électrique peut accélérer l'hélice à 2700 tr / min dans le vide . Mais à 1 bar, l'hélice se déplace à contre-courant (pompant efficacement de l'air d'un endroit à un autre), ce qui nécessite un couple.

Un moteur moins puissant ne pourra pas faire tourner l'hélice à 2700 tr / min.

Avec un accessoire à pas variable, vous devriez être capable d'observer cela. Réglez le pas sur 0 et le moteur peut faire tourner l'hélice sans problème. À mesure que le pas augmente, la quantité d'air déplacée par l'hélice augmente également et le moteur utilisera plus de carburant pour continuer à fonctionner à la même vitesse, jusqu'à ce que vous atteigniez la puissance maximale du moteur.

Lorsque vous arrêtez d'appliquer un couple à l'hélice alors que l'avion est à l'arrêt, l'hélice s'arrête de tourner. Si l'hélice est entraînée par un moteur à pistons, elle s'arrêtera brusquement, car la course de compression prend beaucoup de puissance. Si vous deviez découpler l'hélice du moteur, l'hélice s'arrêterait un peu plus progressivement, car la traînée dépend de la vitesse (vitesse inférieure = moins de traînée).

Lorsque vous arrêtez d'appliquer un couple à l'hélice en vol, la vitesse de l'avion commence à pousser l'hélice et l'hélice agit comme un moulin à vent. La traînée dans cette configuration signifie que votre avion perdra rapidement de la vitesse.

Une observation encore plus simple est que le * but * d'une hélice est de convertir la rotation en mouvement d'air linéaire et le couple en poussée. S'il n'y a pas de couple, il ne peut y avoir de poussée.
Alors sans le couple nécessaire, l'hélice arrête tout simplement de pousser l'air? Qu'arrive-t-il réellement à l'hélice et aux forces de vol associées?
@AnandS: Non, l'hélice ne s'arrête pas seulement! Il accélère à la vitesse où la puissance du moteur correspond à la résistance de l'air.
#3
+3
Jan Hudec
2017-08-28 00:15:52 UTC
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Ce n'est pas le régime qui fait voler l'avion. C'est la puissance qui le fait.

Lorsque l'avion se déplace dans les airs, il subit de la traînée. Puisque la traînée agit dans la direction (opposée) du mouvement, elle fonctionne sur l'aéronef et enlève de l'énergie. Cette énergie doit être remplacée par le moteur. Si ce n'est pas le cas, l'avion ralentira (l'énergie cinétique est épuisée) ou descendra (l'énergie potentielle est épuisée).

La traînée se présente sous deux formes: induite et parasite. La traînée parasite est causée en gros par le «frottement» avec l'air (c'est assez compliqué en fait). Tout ce qui se déplace dans un fluide en fait l'expérience.

Plus intéressante est la traînée induite, qui est ressentie par une portance générant une voilure. Pour faire remonter l'air sur l'aile, il doit pousser l'air vers le bas en raison du principe d'action et de réaction. Cependant, cela augmente l'énergie cinétique de l'air et cela doit venir de quelque part. Pour cette raison, il n'est pas possible de pousser directement vers le bas. Plutôt une composante avant est inévitable qui effectue un travail négatif sur l'avion pour fournir cette énergie. C'est la traînée induite.

Maintenant, une hélice fonctionne comme une aile. Il se déplace dans l'air et le pousse, de sorte qu'il subit à la fois une traînée parasite et induite. La traînée doit être opposée par le couple, sinon elle épuisera l'énergie cinétique de rotation de l'hélice et l'hélice s'arrêtera.

Le moteur doit avoir assez de puissance pour fournir l'énergie aussi vite que toutes les formes de faites glisser pour l'épuiser.

#4
+1
xxavier
2019-08-26 20:02:08 UTC
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Lorsque vous placez un étai à l'extrémité de l'arbre d'un moteur, et que vous souhaitez faire tourner cet étai à un régime donné, l'existence de l'atmosphère induit un couple résistant qui doit être compensé par un égal et opposé couple agissant fourni par le moteur. A tout régime stable, la relation est:

puissance fournie = vitesse angulaire x couple.

Evidemment, et pour une vitesse angulaire donnée, si la puissance fournie à l'hélice est très élevée , le couple sera très élevé aussi ...

Enfin, une réponse qui évoque la relation clé entre couple, régime et puissance à l'arbre.
@pericynthion Veuillez vérifier la réponse liée dans OP.
#5
-1
AChog
2019-08-26 17:36:27 UTC
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Tout dépend de l'hélice que l'on peut utiliser:

  • L'hélice doit tourner à autant de RPM que possible car la force est proportionnelle à la vitesse au carré et on veut un petit PropPhiW possible (le AOA requis par la géométrie vitesse / vitesse de l'hélice). Une PropPhiW plus basse signifie une efficacité accrue.
  • Les pointes de l'hélice doivent tourner en dessous de la vitesse du son, ou bien des forces de frottement supplémentaires massives (-> portance / traînée entre dans la cave)
  • AOA0 (la différence entre l'ensemble PropAOA - PropPhiW) doit être au maximum. point de levage / traînée (le plus souvent autour de 4-6 °).

Pour faire tourner l'hélice, il faut d'abord un couple, suffisant pour amener l'hélice dans la région à haut rendement (faible PropPhiW) dans le sens de la vitesse et dans la région de portance / traînée maximale (AOA0).

Avoir beaucoup de couple facilite la configuration, on a plus de choix, mais il faut certainement une feuille Excel pour l'analyser complètement, fonctionner en dehors des coûts optimaux coûte beaucoup d'efficacité.

Bonjour et bienvenue sur le site! Je vois que vous essayez d'employer des termes mathématiques, mais ceux-ci semblent presque illisibles. Veuillez consulter [this] (https://math.meta.stackexchange.com/questions/5020/mathjax-basic-tutorial-and-quick-reference) pour une référence sur la façon d'utiliser la notation mathématique sur ce site. aussi, pensez à utiliser des paragraphes en insérant une ligne vide dans votre texte source.
#6
-1
Robert DiGiovanni
2019-08-27 08:05:25 UTC
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NON. Commencez par l'accessoire. Quelle quantité de puissance fera tourner cet hélice à 2700 tr / min. 1 CV? Non.

Revenons à James Watt une fois de plus et voyons ce que fait le cheval: soulever du poids!

La puissance et le couple ont été fusionnés dans des définitions modernes des applications à l'interne limites de combustion. Afin de se vanter de la puissance, nous voulons un régime suffisamment élevé pour faire circuler beaucoup de carburant dans le moteur, mais pas un régime trop élevé pour le brûler. Les problèmes de friction et de transfert de chaleur limitent le régime des moteurs d'avion à combustion interne, les jets font un peu mieux, mais il faut tout de même faire attention à ne pas surchauffer.

Vous pouvez donc comparer le couple de votre arbre de transmission / engrenage au couple de traînée de votre hélice, mais aucun couple n'est "gaspillé", vous brûlez simplement autant de carburant que nécessaire pour faire tourner l'hélice à un régime donné.

Merci de répondre. Si vous pouviez reformuler le troisième paragraphe de votre réponse pour être plus clair et plus facilement compréhensible, ce serait formidable. :)
Les moteurs à pistons @ClobberXD ont un couple nominal à un certain régime. La puissance sera moindre à bas régime et plus à régime plus élevé. Le couple est simplement forcexleverarm comme une scie à bascule. Votre couple de traînée pour l'hélice Cessna est assis de l'autre côté.
Ah, ça a plus de sens maintenant, merci!


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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