디스크 로드

유체역학에서 디스크 로딩 또는 디스크 로딩은 공기나사와 같은 액추에이터 디스크 전체의 평균 압력 변화입니다.헬리콥터 메인 로터 및 테일 로터를 포함하여 디스크 부하가 상대적으로 낮은 공기 나사를 일반적으로 로터라고 합니다. 프로펠러는 디스크 ^[1]부하가 더 높습니다.V-22 Osprey 틸트로터 항공기는 호버 모드의 헬리콥터에 비해 디스크 로딩이 높지만, 고정 날개 모드의 디스크 로딩은 터보프롭 ^[2]항공기에 비해 상대적으로 낮습니다.

로터

호버링 헬리콥터의 디스크 하중은 전체 메인 로터 디스크 면적에 대한 무게의 비율이다.총 헬리콥터 중량을 로터의 날개에 의해 휩쓸리는 영역인 로터 디스크 영역으로 나누어 구합니다.원반면적은 하나의 회전날개의 스팬을 원의 반지름으로 한 후 완전히 회전하는 동안 날개가 포함하는 면적을 구함으로써 구할 수 있다.헬리콥터가 조종되고 있을 때, 헬리콥터의 디스크 로딩이 바뀝니다.로드가 높을수록 로터 ^[3]속도를 유지하는 데 더 많은 전력이 필요합니다.낮은 디스크 로딩은 높은 리프트 스러스트 ^[4]효율을 나타내는 직접적인 지표입니다.

헬리콥터의 무게를 늘리면 디스크 로딩이 증가합니다.일정 중량의 경우 로터가 짧은 헬리콥터는 디스크 부하가 더 높고 공중에 떠 있는 데 더 많은 엔진 출력이 필요합니다.낮은 디스크 로딩은 로터크래프트의 ^[5][6]자동 회전 성능을 향상시킵니다.일반적으로 자동 자이로(또는 자이로플레인)는 헬리콥터보다 낮은 로터 디스크 하중을 가지며, 이는 자동 ^[3]회전에서 더 느린 강하 속도를 제공한다.

프로펠러

왕복 및 프로펠러 엔진에서 디스크 부하는 프로펠러 유도 속도와 자유 흐름 ^{[citation needed]}속도 사이의 비율로 정의할 수 있습니다.디스크 로딩이 낮아지면 효율이 높아지므로 일반적으로 효율의 관점에서 큰 프로펠러를 사용하는 것이 좋습니다.회전하는 슬립스트림으로 인해 디스크 로딩이 증가하면 최대 효율이 감소합니다. 반대로 회전하는 프로펠러를 사용하면 이 문제를 완화할 수 있어 상대적으로 디스크 ^[7]로딩이 높은 경우에도 높은 효율성을 얻을 수 있습니다.

에어버스 A400M 고정익 항공기는 ^[8]프로펠러에 매우 높은 디스크 부하를 가할 것이다.

이론.

운동량 이론 또는 디스크 액추에이터 이론은 W.J.M. 랭킨(1865), Alfred George Greenhill(1888) 및 R.E. Froude(1889)에 의해 개발된 이상적인 액추에이터 디스크의 수학적 모델을 설명합니다.헬리콥터 로터는 무한히 얇은 원반으로 모델링되며, 원반 영역과 회전 축을 따라 일정한 압력 상승을 유도하는 무한한 수의 블레이드가 있습니다.선회하는 헬리콥터의 경우, 공기역학적 힘은 수직이며 헬리콥터 무게의 균형을 정확히 잡으며 횡력이 없다.

헬리콥터의 상승 작용은 로터를 통과하는 공기에 하강 반응을 일으킵니다.하향 반응은 공기에서 하향 속도를 만들어 운동 에너지를 증가시킨다.회전자에서 공기로의 이러한 에너지 전달은 회전익의 유도 동력 손실이며, 이는 고정익 항공기의 리프트 유도 항력과 유사하다.

선형 운동량 보존은 원류장의 하류 유도 속도와 질량 흐름 단위당 로터 추력을 관련짓는다.에너지 보존은 이러한 매개변수와 로터 디스크에서의 유도 속도를 고려합니다.질량의 보존은 질량 흐름을 유도 속도와 관련짓는다.헬리콥터에 적용되는 운동량 이론은 유도 동력 손실과 항공기 성능 분석에 사용할 수 있는 회전자 추력 사이의 관계를 제공한다.공기의 점도와 압축성, 마찰손실 및 웨이크 내 슬립스트림의 회전은 ^[9]고려되지 않는다.

운동량 이론

로터 디스크에서 균일한 유도 $속도{\displaystyle }$v {\$displaystyle$ v$$$},$ 공기 밀도로서 ${\$ {\$dot$ {m$}$ $A$의 액추에이터 디스크의 경우 디스크 영역을 통과하는 질량 ${\displaystyle {}^{\stackrel{}{}}}$ m ${\$ {\$displaystyle$$$$^{\dot {m$}}}은$$ 다음과 같습니다.

$({displaystyle {m}}=\rho \,A,v})$

질량 보존에 의해 (속도에 관계없이) 디스크의 상류 및 하류 모두 슬립스트림 전체에 걸쳐 질량 유량이 일정하다.수평 호버에 있는 헬리콥터의 멀리 상류에 있는 흐름은 정지되어 있기 때문에 출발 속도, 운동량, 에너지는 0이 됩니다.디스크의 동종 슬립스트림의 $속도$가 w$\displaystyle$w인 경우, 운동량을 보존함으로써 디스크에서 발생한 총 $추력{\displaystyle }$ T$\displaystyle$T는$$ 운동량의 변화율과 같으며, 시작 속도는 0이라고 가정하면 다음과 같습니다.

${{displaystyle T=m}},w.}$

에너지 절약을 통해 로터가 수행하는 작업은 슬립스트림의 에너지 변화와 같아야 합니다.

${\displaystyle T,v=tfrac {1}{2}},{\dot {m}},{w^{2}}}.}$

T$(\displaystyle$ T$)$를 대체하고 용어를 삭제하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

$({displaystyle v=black {1}{2}},w})$

따라서 원반 하류의 슬립스트림 속도는 원반에서의 속도의 두 배입니다. 이는 리프팅 라인 ^[9]이론에 의해 예측된 타원 하중 고정 날개와 같은 결과입니다.

베르누이의 원리

Bernouli의 원리를 사용하여 디스크 로드를 계산하려면 훨씬 하류의 슬립스트림 압력은 $시작{\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle {압력\mathrm{}}_{}}$ p 0$({$p_${0$과 같으며 대기 압력과 같다고 가정합니다.시작점부터 디스크까지 다음과 같은 특징이 있습니다.

$\displaystyle p_{0}=,p_{1}+\{tfrac {1}{2},\rho \,v^{2}.}$

디스크와 원거리 웨이크 사이에는 다음이 있습니다.

${\displaystyle p_{2}+\{tfrac {1}{2},\rho,v^{2}=,p_{0}+\{tfrac {1}{2},\rho \,w^{2}.}$

방정식을 조합하여 $(\displaystyle$ T/,A$)$를 로드하는$$ 디스크는 다음과 같습니다.

${\displaystyle {\frac {T} {A}}=p_{2}-,p_{1}=sqtfrac {1}{2},\rho \,w^{2}}$

원거리 웨이크 시 총 압력은 다음과 같습니다.

${\displaystyle p_{0}+{\tfrac {1}{2}},\rho,w^{2}=,p_{0}+{\frac {T}{A}}}.}$

따라서 디스크 전체의 압력 변화는 디스크 로딩과 동일합니다.디스크 위의 압력 변화는 다음과 같습니다.

${\displaystyle p_{0}-{\tfrac {1}{2}},\rho,v^{2}=,p_{0}-,{\tfrac {1}{A}}.}$

디스크 아래에서 압력 변화는 다음과 같습니다.

${\displaystyle p_{0}+{\tfrac {3}{2}},\rho,v^{2}=,p_{0}+,{\tfrac {4}}{\frac {T}{A}}}}.}$

슬립스트림의 압력은 디스크 ^[9]전체의 정압 점프를 제외하고 항상 다운스트림으로 떨어집니다.

필요한 전력

운동량 이론에서 추력은 다음과 같습니다.

$({displaystyle T=m},w=m},(2v)=2\rho,A,v^{2}).}$

유도 속도는 다음과 같습니다.

${\displaystyle v=syslogrt {\frac {T}}{A}}\cdot {frac {1}{2\rho }}.}$

$여기$서 T$(\$$displaystyle$ T$/A)$는 전과 같은 디스크 로딩이며, 호버에서 필요한 $전력{\displaystyle }$ P$(이상적$인 경우)는$$ 다음과 같습니다.

${\displaystyle P=Tv=T{\sqrt {\frac {T}}{A}}\cdot {frac {1}{2\rho }}.}$

따라서 유도 속도는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

${\displaystyle v=syslogfrac {P}{T}}=\left[{\frac {T}{P}}\right]^{-1}.}$

따라서 유도속도는 $출력부하{\displaystyle }$ T$P(\displaystyle$ T$/P$^[10]에 반비례합니다.

예

디스크 로드 비교

항공기	묘사	최대 총중량	총 디스크 영역	최대 디스크 로드 수
로빈슨 R22	경전투헬기	1,450파운드 (635kg)	4972 피트(46.2 m2)	2.6파운드/ft2 (14 kg/m2)
벨 206B3 제트레인저	터보샤프트 유틸리티 헬리콥터	3,200파운드 (1,451 kg)	872피트2(81.1m2)	3.7파운드/ft2(18kg/m2)
CH-47D 치누크	탠덤 로터 헬리콥터	50,000파운드 (22,680 kg)	5,655 피트2 (5262 m)	8.8파운드/ft2 (43 kg/m2)
밀미-26	중형 헬리콥터	123,500파운드(56,000kg)	8,4952 피트 (7892 m)	14.5파운드/ft2(71kg/m2)
CH-53E 슈퍼 종마	중형 헬리콥터	73,500파운드 (33,300 kg)	4,900피트2(460m2)	15파운드/피트2(72kg/m2)
MV-22B 오스프리	틸트로터 V/STOL	60,500파운드 (27,400 kg)	2,268 피트2 (211.42 m)	26.68파운드/ft2 (162.63kg/m2)

「 」를 참조해 주세요.

• 날개 하중

레퍼런스

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