前払比率

プロペラ前進比または係数は、航空学および海洋流体力学において、乗り物（飛行機や船など）の前進速度とプロペラの回転速度の関係を表すために使用される無次元数です。これは、さまざまな速度でのプロペラの効率を理解するのに役立ち、特にプロペラ駆動乗り物の設計と分析に役立ちます。これは、自由流の流体速度と、プロペラ、ローター、またはサイクロローターの先端速度の比です。プロペラ駆動乗り物が流体に対して高速で移動している場合、またはプロペラが低速で回転している場合、そのプロペラの前進比は高い数値になります。乗り物が低速で移動している場合、またはプロペラが高速で回転している場合、前進比は低い数値になります。前進比は、ヘリコプターとプロペラの理論において有用な無次元量です。これは、実際の前進速度に関係なく、同じ前進比でプロペラとローターがすべてのブレード翼断面に対して同じ迎え角を経験するためです。これは、風力タービンに使用される 先端速度比の逆数です。

前進率Jは次式で与えられる無次元項である: ^{[1] [2]}

${\displaystyle J={\frac {V_{a}}{nD}},}$

どこ

進角比μは次のように定義される: ^{[3] [4]}

${\displaystyle \mu ={\frac {V_{\infty }}{\Omega r}},}$

どこ

低前進比 (J < 1): 前進比が低い場合、車両はプロペラの速度に対してゆっくりと前進します。これは通常、低速時またはプロペラが非常に高速で回転しているときに発生します。

高前進比 (J > 1): 前進比が高い場合、車両はプロペラの回転速度に比べて速く前進します。これは通常、速度が高いとき、またはプロペラの回転が遅いときに発生します。

前進比はプロペラの効率を決定する上で重要です。異なる前進比では、プロペラはより多くの推力またはより少ない推力を生み出す可能性があります。エンジニアはこの比率を使用してプロペラとエンジンの設計を最適化し、車両が意図した巡航速度で効率的に動作することを保証します。プロペラ理論を参照してください。

たとえば、飛行機のプロペラは、離陸時（前進比が低い）と巡航高度（前進比が高い）の両方で効率的である必要があります。同様に、ボートのプロペラの設計は、低速操縦用に設計されているか、高速移動用に設計されているかによって異なります。

シングルローターヘリコプターの前進速度は、音速の先端速度と後退ブレードの失速の組み合わせによって制限されます。前進比が増加すると、後退ブレードが受ける相対速度が減少し、前進比 1 でブレードの先端の速度はゼロになります。ヘリコプターのローターは、相対速度が減少するにつれて揚力を維持するために、後退ブレードをより高い迎え角に傾けます。十分に高い前進比では、ブレードは失速迎え角に達し、後退ブレードの失速が発生します。特別に設計された翼型は、高揚力係数翼型を使用することで、動作前進比を高めることができます。現在、シングルローターヘリコプターは実質的に 0.7 未満の前進比に制限されています。^[5]

前進比は風力タービンの空気力学で使用される先端速度比の逆数である：^[6]${\displaystyle \lambda}$

${\displaystyle \mu =\lambda ^{-1}}$。

運転中、プロペラとローターは通常回転していますが、静止した流体に浸されている場合もあります。したがって、先端速度が分母に配置され、速度が増加するにつれて、前進比はゼロから正の無限大でない値に増加します。風力タービンは、流体が動いている状態で静止した状態から始まるため、無限大の値を防ぐために逆数を使用します。

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• プロペラ機の性能とブートストラップアプローチ 2010-12-28 にWayback Machineでアーカイブ
• MIT 熱力学 11.7 プロペラの性能