Por que as pás da hélice não possuem winglets?

As asas nas asas ajudam porque aumentam o volume de ar no qual a asa pode atuar. Estender o vão da asa seria muito mais eficiente , mas quando o alcance é restrito ou o momento máximo de flexão da asa é limitado, os winglets trazem uma pequena melhoria na eficiência em coeficientes de alta elevação.

Nas hélices , no entanto, as aletas passariam pelo ar que já é afetado pelas pontas da hélice. Nenhum ar adicional será envolvido, portanto, nenhum aumento de eficiência será possível. Por favor, note que a eficiência de propulsão é aumentada pela aceleração de mais ar por uma quantidade menor. A fórmula para a eficiência propulsiva $ \ eta_p $ de um motor de respiração de ar é $$ \ eta_p = \ frac {v _ {\ infty}} {v _ {\ infty} + \ frac {\ Delta v} {2}} $$ onde $ v _ {\ infty} $ é a velocidade do ar que entra e $ \ Delta v $ o aumento da velocidade do ar afetado pelo disco da hélice. Um menor $ \ Delta v $ atuando em um fluxo de massa mais alto torna o mecanismo mais eficiente. Esse efeito é mais pronunciado quando $ v _ {\ infty} $ é baixo.

As asas da ponta do propulsor operariam em uma região de alta pressão dinâmica e gerariam mais arrasto por atrito sem contribuir para a eficiência do propulsor.

A propósito: quem lhe disser que winglets reduzem o arrastamento induzido bem um pouco tem algo a vender para você, mas eu discordo.

A Hartzell faz hélices que parecem ter winglets (pontas dobradas para trás) chamadas Q-tips. O nome parece referir-se a eles sendo mais silenciosos. Eu li que eles fazem o mesmo trabalho que um suporte de diâmetro ligeiramente maior. Eles parecem não ter problemas de vida. Como o ruído custa energia, e um suporte menor faz o mesmo trabalho ... é possível que eles sejam mais eficientes. A ponta dobrada é pequena - na ordem de alguns centímetros.

O conceito de 'winglets' foi aplicado nos primeiros dias da aviação pelas invenções de Henri Coanda, patentes: 1937GB191112740, 1910; CA370885, 1937; e para hélices de barco; você pode dar uma olhada, também no ESPACENET, nas patentes: ES-0444150, Inventor: 'Gonzalo Perez Gomez', e ES-8300608, 1987, mesmo; e ES-0293837_U por 'Ramon Ruiz Fornella', todos de: 'Astilleros espanoles'. 'Memorando técnico da NASA 87771', de Milton A. Beheim: 'Pesquisa da NASA em propulsão de aeronaves', mostra uma hélice com 'winglets'.

Eu diria que uma das razões para os winglets nas pontas das asas é reduzir o vórtice marginal, devido à compensação da diferença nas pressões entre a superfície superior e inferior da asa, este 'vortex' ou 'swirl' aumenta o arrasto e, assim, prejudica a eficiência geral do avião.

Winglets em hélices parecem hélices que passaram por "ground strike" e aeronaves da FAA apoiadas por propulsão com hélices danificadas devido a um impacto no solo.

É simplesmente mais caro fabricar, certificar e manter; apesar de fornecer impulso melhorado na posição de descolagem; mas potencialmente mais arrasto durante as condições de cruzeiro e penas (com base no passo da hélice, será diferente com hélices diferentes).

As dicas do BERP provavelmente serão mais efetivas considerando as condições de decolagem, cruzeiro e penas (a penugem é a inclinação desejada durante a falha do motor para impedir a laminação do vento e o arrasto da rotação livre do propulsor).

Prós:

1. As aletas em um suporte limitam o fluxo em extensão, deixando mais ar para trabalhar, porque ele não "voa para longe".
2. Além disso, os winglets podem ser projetados de forma a sugar o ar para dentro do cubo do propulsor, aumentando ainda mais a quantidade de ar a ser trabalhada.
3. Eles também reduziriam o arrasto induzido pelos vórtices de ponta. Qualquer um que diga que as winglets são lixo pode explicar isso a todos os planadores da concorrência, Boeing, Airbus, Cessna e qualquer outro fabricante de aeronaves moderno, a maioria dos quais usa algum tipo de dispositivo de ponta de asa.
4. Por causa do strong fluxo de popa ao longo da hélice, o ar de baixa pressão da parte superior da lâmina e o ar de alta pressão da parte inferior da lâmina acabam na parte externa da hélice, onde a região de baixa pressão é alta pressão de ar a partir do fundo da lâmina para o topo, reduzindo assim a alta pressão no fundo, e aumentando a baixa pressão no topo, resultando em uma parte completamente inútil da lâmina, que produz muito pouco impulso, mas ainda cria arrasto, e requer mais poder para girar a hélice.

Por todas as razões acima, uma hélice do mesmo diâmetro que é colocada em uma cobertura pode potencialmente criar até 85% mais empuxo usando o mesmo motor, como uma hélice que não está coberta.

Contras:

1. Uma ponta de asa localizada na ponta de uma hélice seria constantemente acelerada para o motor de popa, se uma lâmina de hélice regular lida com essa aceleração com bastante facilidade, porque é uma carga axial na lâmina, o winglet seria um feixe cantilever e forças rapidamente se somariam, criando uma força formidável em qualquer winglet significativamente grande na ponta de uma hélice.
2. Além da magnitude da força e do fato de ser uma carga do tipo cantilever, também é uma carga variável que é menor em baixa rotação e maior em alta rotação, o que leva rapidamente à fadiga do material e falha estrutural.
3. O custo para fabricar uma hélice seria maior.
4. O peso da hélice seria maior para as cargas estruturais listadas acima.

Reduz-se ao custo, peso e confiabilidade.

A mesma razão pela qual não há winglets nos planadores. A maioria das dicas de hélices são pequenas & pontudo o suficiente para que haja um transbordamento insignificante para causar vórtices nas pontas das asas que tornam a asa ineficiente. As pás do propulsor com pontas largas, como as das pás dos helicópteros C130 ou Huey, podem ser melhoradas com os winglets, mas esse design também adiciona complexidade (custo), peso e forças que podem impedir a confiabilidade & segurança das lâminas.