Quais são as vantagens de mais de 4 pás de hélice?

Você tem razão, mais blades são ruins para eficiência (siga o link para a definição). Idealmente, uma hélice deve ter apenas uma lâmina . Cada lâmina adicional causará perturbações que interferem com o fluxo nas outras lâminas.

Quando a potência do motor aumenta, a área do disco da hélice também deve crescer, mas esse crescimento é limitado pela velocidade resultante das pontas da lâmina. Uma vez que a velocidade de fluxo se torna supersica, o arrasto nesta seco da lina aumenta sem um aumento correspondente no impulso. Para evitar isso, a próxima melhor opção é aumentar a taxa de solidez da hélice, também chamada de taxa de atividade . Isso é feito aumentando o acorde da lâmina ou o número de lâminas.

Não se engane, isso é ruim para a eficiência. Mas se houver energia suficiente disponível, adicionar mais pás é a melhor maneira de transformar a potência do motor em empuxo.

Pegue o Supermarine Spitfire:

• O protótipo, equipado com o Rolls-Royce PV-12 , de 1.030 cv, tinha uma hélice de duas pás
• Do Mk II, uma hélice de três pás foi ajustada para acomodar o poder crescente do RR Merlin (1.470 hp para o Spitfire Mk V).
• Com o Mk IX , era necessária uma hélice de quatro pás para os 1.575 hp do Merlin 61 supercarregado.
• Do Mk XII , o mais poderoso Rolls-Royce Griffon fez uma hélice de cinco pás necessário. A potência do motor foi aumentada de 1.735 hp para 2.300 hp para a última variante, o Mk XXIV.

Spitfire Supermarine com motor Griffon da Rolls-Royce (foto fonte )

Uma velocidade de propulsão mais baixa permite aumentar seu diâmetro, mas enquanto a velocidade da ponta diminuirá em menos que a redução na velocidade de propulsão (afinal, a velocidade de vôo não deve mudar), o impulso disponível desta hélice cairá pelo quadrado de a redução de velocidade, desde que o impulso é proporcional à pressão dinâmica nas lâminas. E empurre você para obter apenas da fração circunferencial da velocidade local na lâmina; a velocidade de voo não conta aqui e não ajuda a mitigar a redução. Consequência: Você não pode aumentar a hélice e girar mais devagar para uma determinada potência.

Um exemplo extremo de uma hélice com uma alta taxa de atividade é o Aerosila SV-27 D-27 propfan "http://www.cthomas.de/an_70.htm"> Antonov An-70 :

hélices SV-27 na An-70 (foto fonte ). Oito pás no disco dianteiro e seis na traseira, rodando a apenas 1200 RPM. Para reduzir os efeitos de Mach, todas as lâminas possuem uma ponta de varredura e um acorde profundo.

Isso só pode ser superado por algo como turbofan não-cego com uma hélice de dutos . Um turbofan, em outras palavras.

Primeiro, temos que definir o que é eficiência. No caso da hélice, podemos definir a eficiência como a razão da potência de saída (capacidade da hélice de produzir um determinado impulso a uma dada velocidade no ar) e potência de entrada (ou seja, a potência do eixo do motor).

Tudo o mais mantido constante, a eficiência da hélice diminui à medida que o número de pás aumenta devido a razões aerodinâmicas (como interferência). No entanto, se a potência do motor for aumentada, a hélice deve ser capaz de "absorver" isso; ou seja, transmitir a potência do motor ao fluxo de ar que passa pelo disco da hélice, adicionando energia e gerando empuxo.

Se a potência do motor for aumentada, existem várias maneiras de fazer com que as hélices o absorvam, cada uma com sua própria parcela de problemas:

• Aumente o ângulo de ataque , ou seja, o passo da lâmina. O ângulo de inclinação é geralmente definido em um valor em que a eficiência aerodinâmica é ideal. Mudá-lo pode tornar a lâmina ineficiente.

• Aumenta o diâmetro da lâmina O que causa dois grandes problemas - Longas lâminas significam mais velocidade de ponta, o que aumenta o arrasto quando atinge velocidades transônicas; Além disso, as lâminas mais longas significam um trem de pouso mais longo para a folga da ponta ou mais espaço entre duas hélices e / ou fuselagem. Este aumento do peso estrutural é inaceitável, pois leva a um ciclo vicioso. Um caso extremo disso é o F4U Corsair, que tinha uma asa de gaivota invertida para acomodar a enorme hélice de três pás necessária para o motor extremamente potente.

• Aumenta a rotação O problema é novamente a velocidade da ponta, que pode aumentar significativamente o arrasto em altas velocidades.

• Redesenhe a lâmina com mais curvatura Mais uma vez, as lâminas estão geralmente em sua eficiência aerodinâmica ideal; o aumento da curvatura pode levar a lâminas menos eficientes.

• Aumenta o acorde Isso aumenta a solidez, melhorando a eficiência; no entanto, isso leva a um aumento da interferência entre os blades, o que é novamente ruim.

• Aumenta o número de blades Essa é geralmente a solução adotada pelos motivos acima. As lâminas podem se tornar ineficientes, mas o sistema é capaz de produzir mais empuxo com impacto mínimo (como manutenção, etc.). Como Hartzell diz ,

...efficiency doesn’t propel the airplane, thrust does

Um bom exemplo do efeito da potência do motor sobre o número de pás da hélice pode ser visto no caso do Lockheed Martin C130 Hercules.

O modelo inicial, o C-130A, usava uma hélice de três pás para absorver os 4050 shp dos turboélices Allison T56-9.

Fonte: commons.wikimedia.org

Modelos posteriores usaram uma hélice de quatro pás quando a potência do motor foi aumentada para 4590 shp nos turboélices Allison T56-A-15.

Fonte: planespotters.net

O C-130J Super Hercules usa uma hélice de 6 pás para absorver os 4.637 shp do turboélice Rolls-Royce AE 2100D3.

Fonte: theaviationgroup.eu

Em casos extremos como o Tu-95, hélices contra rotativas tiveram que ser usadas para absorver a potência dos motores.

Fonte: avião-pictures.net