Para a mesma massa (digamos 400kgs), qual requer mais energia (em HP) entre helicóptero e avião? Diga que ambos são projetados no máximo (o material necessário é considerado durante o projeto) para minimizar a energia necessária.
Editar: A pergunta deve ser assim: Qual deles requer mais energia para levantar um helicóptero (para fazê-lo pairar) e para fazer um avião de asa fixa voar? Não fazê-los se mover na mesma velocidade.
Os aviões voam criando sustentação a partir de suas asas. Isso causa algum arrasto, mas as asas boas têm taxas de elevação / arrasto no intervalo 15-20. Isso significa que o arrasto dependente de elevação é apenas 5% da elevação. Helicópteros, por outro lado, geram sustentação diretamente da confiança; não há multiplicador envolvido.
Por exemplo, um plano de kg 4000 terá um peso de 40.000 Newton, portanto o arrasto incorrido será 2000-3000 Newton. Um helicóptero 4000 kg precisará produzir o elevador 40.000 Newton apenas para pairar.
É claro que aviões e helicópteros têm um arrasto adicional da velocidade do ar para a frente e, para aviões, isso é obviamente inevitável para evitar paradas.
Vejamos isso de uma maneira extremamente simplificada.
Uma aeronave com massa $ m_ {ac} $ permanece no ar empurrando o ar para baixo, ou especificamente, dando um fluxo de massa $ \ ponto {m} _A $ [kg / s] de ar a uma certa velocidade para baixo $ v_A $ [Senhora]. Isso dá um impulso 'fluxo' $ \ ponto {m} v $ [kg m / s²], que é a força de elevação $ F_ {lift} $ [N]
$$ F_g = F_ {elevador} $$ $$ m_ {ac} g = \ ponto {m} _A \ cdot v_A $$
A energia necessária para isso vem da necessidade de fornecer ao fluxo de ar um fluxo de energia cinética $$ P_ {lift} = \ ponto {m} _A {v_A} ^ 2 $$
Essa é puramente a energia necessária para a geração de elevação (potência necessária para superar o arrasto induzido, especificamente). Pode-se ver que, fazendo $ \ ponto {m} _A $ arbitrariamente grande e $ v_A $ arbitrariamente pequeno (mantendo o produto constante), o requisito de energia pode ser arbitrariamente pequeno. Por exemplo, isso pode ser feito aumentando as asas ou os rotores para que afetem um volume de ar maior (e, portanto, a massa de ar), ou voando mais rápido (para que eles se movam por mais ar, aumentando novamente o fluxo de massa).
No entanto, isso pressupõe eficiência perfeita. Na realidade, as asas sofrerão arrasto, mesmo que nenhum elevador esteja sendo gerado, e o mesmo vale para a fuselagem. Você encontrará frequentemente um mínimo de potência total necessária em alguma velocidade, de modo que o arrasto induzido seja bem pequeno, mas o arrasto por atrito não seja tão grande. Isso vale para aeronaves de asa fixa e rotativa. Esses fatores são resultado do projeto prático da aeronave, não de considerações teóricas.
Portanto, não há resposta teórica para essa pergunta. Existe apenas uma resposta prática, a de que pairar em um helicóptero é muito ineficiente e requer muita energia (porque só pode afetar uma pequena massa de ar, pois não é permitido o movimento), de acordo com as restrições da sua pergunta. (um helo pairando contra uma asa fixa em 100kts), a asa fixa é provavelmente mais eficiente na prática.
Os rotores de helicóptero precisam fornecer impulso suficiente para compensar o peso do helicóptero: $ T_H = W $.
Os aviões de asa fixa precisam fornecer impulso suficiente para superar o arrasto, enquanto o elevador de asa compensa o peso. Como o @MSalters afirma corretamente, a asa oferece muito mais sustentação do que arrasto, além de haver uma fuselagem e cauda também.
A Torenbeek Synthesis of Subssonic Airplane Design fornece algumas proporções L / W de aviões completos, um turboélice de tamanho médio como o F-27 é listado como tendo um L / D de 13.8 durante a decolagem, uma vez que a proporção A = 12. Portanto, este avião de asa fixa teria que fornecer a 1 / 14 a força de um helicóptero com o mesmo peso de T / O: $ T_F = W / 14 $
A teoria simples dos impulsos fornece a seguinte relação entre impulso T e potência P:
$$ T = C_T \ cdot \ rho A {(\ Omega R)} ^ 2 $$ $$ P = C_P \ cdot \ rho A {(\ Omega R)} ^ 3 $$ E, portanto, em área de disco constante e velocidade da ponta: $$ C_P = \ frac {{C_T} ^ {3 / 2}} {\ sqrt {2}} => P_F = (P_H / 14) ^ {3 / 2} = 0.1 $$
Velocidades da ponta $ (\ Omega R) $ de hélices e rotores de helicóptero são comparáveis, a área de disco de uma asa fixa é menor. Portanto, a potência requerida com peso constante para uma asa fixa é pelo menos uma ordem de magnitude menor do que para um helicóptero.
Se você quer que um helicóptero 400kg e um avião de asa fixa 400kg se movam no 100kt, geralmente será o helicóptero que exige mais energia, já que toda a bagunça que bate nos ovos é muito menos eficiente na conversão de energia em velocidade de avanço.
É claro que você pode fazer com que o avião seja arrastado o suficiente para exigir mais energia do que o helicóptero para ir ao 100kt, se você quiser, e existem muitos, mas suponho que estamos falando de embarcações otimizadas aqui.
as "asas" do helicóptero (suas principais pás do rotor) estão se movendo no ar com algo como 400 MPH nas pontas, mesmo enquanto o helicóptero está sentado no chão e sem viajar pelo ar. Isso requer trabalho e, para avançar, o motor precisa superar o arrasto do rotor principal, ao mesmo tempo em que deve superar o arrasto da fuselagem. Então: mais resistência para o helicóptero, menos para o Cessna 150.
A regra geral com embarcações mais pesadas que as aeronaves é a superfície de elevação maior e mais lenta, com menos interferência, é MAIS EFICIENTE na conversão da potência disponível em força de elevação e / ou propulsão.
A lâmina do helicóptero tem maior eficiência na criação de empuxo em comparação com uma hélice (consulte V-22 Osprey), mas a asa é muito mais eficiente na criação de sustentação, portanto, o Cessna 150 requer menos ENERGIA para criar a mesma quantidade total de FORCE (elevação e impulso).
Você notará que isso funciona para monoplano x biplano (menos interferência), hélice x ventilador (muito menos interferência), oi planador vs avião de baixa velocidade (asa mais eficiente), 2 com helicóptero de pás vs 8 com pás de helicóptero (menos interferência), pássaro vs avião ("hélice" mais lenta)
Força de Empuxo = Potência x Eficiência
Você notará que os pássaros se movem e levantam mais como helicópteros. No entanto, eles são MAIS eficientes que o Cessna, porque seus HÉLICES são proporcionalmente maiores e mais lentos. Mas nós não vemos aves 400 kg ou Cnnas 800,000 lb porque o impulso líquido é o que realmente move a aeronave.
Um jato menos EFICIENTE tem muito mais potência, muito mais empuxo está disponível, embora com mais consumo de combustível por libra de empuxo produzido.
Finalmente, a força necessária para "fazer a aeronave pairar" e "fazer o avião voar" é realmente comparável! É preciso simplesmente perceber que, em ambos os casos, é FORCE vs DRAG. Portanto, para comparação direta, ambos precisam estar na velocidade de vôo.
POST EDIT - RESPOSTA A COMENTÁRIOS
Para o benefício do @ MSalters e do @ AirCraft Lover, é necessário um exame das unidades
F = ma kg m / segundos ao quadrado
Agora a equação para Potência = F x velocidade = kg m / segundos ao quadrado xm / segundo
Esta é uma infeliz corrupção do trabalho original de levantamento de peso de James Watts com cavalos (origem da "potência") e deve ler-se:
Potência = gravidade massa + aceleração massa para atingir a velocidade e Potência = gravidade massa em velocidade constante F = ma = peso sendo levantado. Os vetores de força são ADITIVOS. O atrito do ar e o atrito da polia são insignificantes. (Watt sabia levar apenas o primeiro metro)
Observe que a distância não tem nada a ver com o POWER! (Tenho certeza de que jogadores de futebol lutando na linha de scrimmage (Thrust vs Drag Superbowl) apreciam isso).
Vamos avançar para a curva THRUST de um foguete e viola modelo Estes C6-0! É isso que o cavalo de James Watt está fazendo!
Assim, podemos pensar em termos de empuxo, elevação, arrasto e gravidade como forças adicionais (muito mais fáceis) e, melhor ainda, decompô-las em componentes verticais e horizontais!