Por que os helicópteros não preferem rotores mais curtos com mais lâminas? [duplicado]

O número de pás (do rotor principal) em um helicóptero depende de vários parâmetros; Geralmente, existem alguns problemas importantes em ter um grande número de pás em um helicóptero:

• Um dos principais motivos é a eficiência. Em geral, quanto menor o pás, mais eficiente é o sistema, pois muda o momento de mais massa de ar, ou seja, acelera mais ar em menor quantidade (semelhante ao bypass de motores turbofan) .

• Em geral, o desempenho do sistema do rotor do helicóptero é afetado pela solidez (ou seja, a relação entre a área da lâmina e a área total do disco) e não o número de lâminas.

• À medida que o número de pás aumenta, a interação da lâmina subsequente com o vórtice da lâmina em avanço aumenta (ou seja, a lâmina voa para a esteira da lâmina anterior), o que afeta o levantamento produzido.

• Mais lâminas significam um cubo de rotor mais complexo (mais peças geralmente se traduzem em mais problemas - manutenção e outros) e mais interferência na região interna das pás. Além disso, o arrasto do rotor do rotor é aumentado.

• Uma coisa que você está perdendo é que a velocidade da lâmina $ V $ (em $ L \ = \ \ frac {1} {2} \ \ rho \ V ^ {2} \ S $) está em depende do comprimento da lâmina (e velocidade de rotação, através de $ V \ = \ R \ omega $). Isso significa que, à medida que o comprimento da lâmina diminui, eles têm que girar proporcionalmente mais rápido para produzir o mesmo levantamento - assim, na realidade, as velocidades de ponta das lâminas menores serão maiores. Normalmente, o terceiro comprimento interno de uma lâmina de rotor contribui muito pouco para levantar.

• No que diz respeito à vibração (embora seja melhor ter mais pás), todo o sistema do rotor deve ser considerado como uma unidade e não como lâminas individuais e a consideração mais importante é a velocidade do rotor e sua harmônicos em vez do comprimento da lâmina.

O rotor funciona acelerando o ar para baixo, criando uma força de reação ascendente nas lâminas que elevam a nave.

A força de levantamento é igual a

$$ L = \ ponto {m} \ Delta v $$

onde $ \ dot {m} $ é a taxa de fluxo de massa através do rotor e $ \ Delta v $ é a mudança de velocidade do ar. Para acelerar o ar a essa velocidade, ele precisa fornecer energia cinética. Isso requer poder

$$ D = \ frac12 \ dot {m} \ Delta v ^ 2 $$

(o arrastamento induzido).

Agora, um rotor com diâmetro menor poderá afetar menos ar, então o $ \ dot {m} $ será menor. Para produzir o mesmo elevador, ele precisará de um maior $ \ Delta v $ e, portanto, precisará de um motor mais potente (até certo ponto, porque as lâminas mais longas terão um maior arrasto que acabará superando a redução no arrasto induzido) e, mais importante, queima mais combustível .

As lâminas, como as asas, afetam o ar a uma distância significativa acima e abaixo delas, de modo que você não precisa de muitas lâminas para usar todo o ar dentro da área do rotor. Mas não importa quantas lâminas você adicione, elas afetarão apenas o ar dentro da área do rotor, então a eficiência não mudará muito.

No que diz respeito aos rotores, eles têm rotores relativamente pequenos e isso os torna extremamente ineficientes em foco. Mas eles não passam a maior parte do tempo pairando, eles passam a maior parte do tempo voando em algum lugar e no modo de asa fixa eles são mais rápidos e mais eficientes, o que supera a pior eficiência durante a decolagem e o pouso.

Veja também: Existe alguma equação ligar velocidade, impulso e potência? (via resposta deletada do Energizer777).

The blades of a helicopter are long, narrow airfoils with a high aspect ratio, a shape that minimizes drag from tip vortices (see the wings of a glider for comparison). They generally contain a degree of washout that reduces the lift generated at the tips, where the airflow is fastest and vortex generation would be a significant problem.

fonte: Wikipedia .