La traînée est nettement plus élevée pour une hélice éolienne.
La traînée aérodynamique et l'énergie perdue dans le moteur y contribuent. J'estime que vous coulerez au moins 200 pi / min plus rapidement si vous laissez l'éolienne à hélice.
Pour la traînée aérodynamique, il est impossible de convertir cela en une estimation en pieds par minute car cela varie beaucoup avec la conception de l'hélice et la traînée globale de l'avion. Mais vous pouvez voir ici: Aerodynamics for Naval Aviators, 1965 (page 149 dans les numéros de page, ou 167 dans le PDF) que la traînée peut augmenter considérablement.
Une correction typique -pitch prop a une hauteur d'environ 15 degrés (plus de détails en bas). Une hélice à vitesse constante qui a perdu la pression d'huile et qui ne se met pas automatiquement en drapeau ressemble probablement plus à 5 degrés. (Les hélices à mise en drapeau sont utilisées sur les avions multimoteurs pour réduire la traînée en cas de panne d'un moteur. Les hélices sans mise en drapeau sont utilisées sur les avions monomoteurs, donc si le contrôle de pas échoue mais que le moteur fonctionne toujours, vous ne perdez pas toute votre puissance) . Dans l'ensemble, la traînée parasite réelle de l'hélice (aérodynamique simple) augmente jusqu'à un facteur de 3 . Pas des ordres de grandeur, mais c'est significatif. Puisqu'il n'y a aucun moyen pour moi d'estimer la part de la traînée totale due à l'hélice, tout ce que je peux dire, c'est que c'est probablement perceptible. Cependant, si vous avez un accessoire de croisière ou un accessoire réglable réglé sur un pas élevé, il est possible que cela fonctionne presque à égalité, car au-dessus de 22 degrés, l'hélice de moulin à vent a en fait moins de traînée.
Mais alors il y a le facteur supplémentaire de la traînée créée par le moteur, qui est probablement beaucoup plus important. Il est possible de trouver un chiffre approximatif raisonnable. L'estimation et la physique au lycée sont nécessaires.
Un avion sans puissance perd de l'énergie potentielle, sous forme d'altitude, pour traîner. Puisque la vitesse de l'avion ne change pas, son énergie cinétique ne change pas non plus et seule l'énergie potentielle doit être considérée. Nous calculons la vitesse à laquelle l'énergie est évacuée de l'avion par le moteur en rotation.
Le travail est la quantité d'énergie qui est transférée d'un endroit à un autre, et la puissance est la quantité de travail au fil du temps. La formule du travail (dans un système de rotation, comme un moteur) est le couple * thêta, où thêta est la distance angulaire totale tournée. La puissance (watts) est exprimée en joules par seconde, bien qu'ici je vais calculer la puissance en joules / minute car nos autres unités de temps sont également en minutes. Le joule, bien sûr, est l’unité de travail et d’énergie.
Supposons qu’un avion pesant 1 000 kg vole à 1 500 mètres AGL. Son énergie potentielle est:
1000 kg * 1500 mètres * 9,8 (gravité) = 14 700 000 J (14,7 mJ)
En supposant un moulin à hélice à 200 tr / min , la vitesse angulaire est:
2pi radians / tour * 200 tours / minute = ~ 1260 radians / minute
J'évalue le couple, donné en newton -mètres, se situe quelque part entre 50 et 500 Nm, tendant vers le côté haut. 50 est de mon expérience personnelle en tournant une hélice à vitesse lente à la main, c'est à peu près autant de force; mais dans l'air je pense que c'est extrêmement optimiste. 500 est une estimation plus élevée, justifiée comme suit.
Les avions monomoteurs tels que le Cessna 172 ont souvent un moteur de 180 CV. L'hélice a normalement une capacité de capture d'air suffisante pour transférer ces 180 CV dans l'air à la ligne rouge du moteur d'environ 2700 tr / min.
Conversion de HP en joules / minute (1 watt = 1 joule / seconde):
180 HP * (746 watts / HP) * (60 secondes / minute) = 8057 kJ / minute
En supposant que l'efficacité de l'hélice est relativement constante avec le régime, vous pouvez convertir la capacité de livraison de puissance de l'hélice de manière linéaire avec le régime:
8057 kJ / minute * (200 RPM / 2700 RPM) = 596 kJ / minute
L'hélice devrait donc être capable de transférer environ 600 kJ / minute dans le moteur. C'est dans le stade approximatif de mon estimation de 500. Cependant, comme toute la puissance normale du moteur ne va pas dans l'hélice (en raison de pertes mécaniques et d'accessoires alimentés par le moteur), l'estimation de 500 semble être assez proche, et je m'en tiens à c'est pour des maths plus simples. Cette estimation est jolie place du pantalon - de nombreuses sources d'erreur, comme les variations d'efficacité de l'hélice avec le régime et la conduite en marche arrière - sont ignorées. Mais si l'hélice est moins efficace, elle dissipe plus de puissance - donc même mon estimation haute pourrait être trop basse.
Revenons à la panne moteur. La puissance dissipée par le moteur est donc:
1260 * (50 à 500 ou vous choisissez) = 63 kJ à 630 kJ par minute
Un Cessna 152 a un taux de descente de 725 fpm lors d'un vol au meilleur plané avec l'hélice arrêtée (les meilleures vitesses de plané sont normalement spécifiées avec l'hélice arrêtée); Le Cessna 172 est plus proche de la masse que j'utilise et a des performances de glisse similaires, je vais donc utiliser le même nombre. C'est un calcul estimé, de toute façon. À une vitesse de descente de 725 pi / min (221 mètres par minute), il faut normalement 6,78 minutes pour purger les 1500 mètres d'altitude avec lesquels vous avez commencé. Division de l'énergie potentielle par le temps:
14 700 000 / 6,78 = 2,168 MJ / min de perte d'énergie
À l'estimation basse (probablement raisonnable uniquement pour un moteur qui a souffert perte de compression totale mais pas d'autres dommages), perdre 63 kJ / min supplémentaires n'augmente votre taux de chute que de
(2.168 + .063) / 2.168 = 1.029
environ 3%, soit de 725 fpm à 746 fpm. Vous ne remarquerez peut-être même pas cela sur les instruments, bien que si vous vous accrochez à une ligne électrique à la dernière seconde, vous le remarquerez certainement. Cependant, à l'estimation haute, perdre 630 kJ / min supplémentaires augmenterait votre taux de chute de:
(2,168 + 0,630) / 2,168 = 1,29
29%, ou de 725 fpm à 935 fpm. C'est très important. Et cela n'inclut même pas la traînée aérodynamique supplémentaire de l'hélice en rotation. C'est uniquement dû à l'énergie perdue dans le moteur.
Donc, en conclusion: En cas de panne de courant, arrêtez l'hélice .
Il y a cependant , un dernier point. Si vous avez perdu de la puissance à cause d'une panne mécanique, il est très possible que l'hélice s'arrête toute seule en raison des dommages causés par la perte de puissance. Cependant, le manque de carburant est la cause la plus fréquente de perte de puissance en vol. Si vous manquez de carburant, l'hélice continuera probablement de tourner à moins que vous ne l'arrêtiez vous-même.
- Pitch angle en degrés est différent de la façon dont le pitch est normalement décrit, qui est mesuré en pouces, où quelque chose comme 76 "x60" serait typique. Vous pouvez calculer l'angle de tangage en fonction des mesures de l'hélice en pouces en utilisant la formule de l ' angle d'hélice. Si vous le faites, rappelez-vous que le pas de l'hélice est spécifié à 75% du diamètre de la pale, plutôt qu'à 100% comme dans les manuels de mathématiques.