Почему лопасти гребных винтов ветряных турбин в качестве комп. чтобы гребные винты кораблей покрывали самые разные районы?

Инженерный ответ:

Обратите внимание, что речь идет не только о воде и воздухе. Это зависит от многих вещей: плотности и сжимаемости жидкости, а также от компромиссов между крутящим моментом, эффективностью, стоимостью, материалами, потребностями в техническом обслуживании, опасностью загрязнения и так далее. Ниже представлена ​​лопасть гидротурбины SeaGen , которая мало чем отличается от лопасти ветряной турбины, потому что выполняет аналогичную работу с такими же ограничениями, но в воде, а не в воздухе. Но имейте в виду, что это (насколько мне известно) первая приливная турбина, работающая в коммерческих сетях, поэтому более поздние конструкции могут отличаться.

Некоторые лезвия действительно близки к оптимизации, учитывая материалы, доступные в то время , благодаря многолетнему опыту. Однако новые материалы могут обеспечить дальнейшую оптимизацию конструкции лопастей.

В этом вопросе недели статья описывает компромиссы между лопастями воздушного винта - количество, угол, форма, длина и т. д.

Последний абзац дает хорошее резюме и относится непосредственно к вашему вопросу о том, почему лезвия не покрывают весь круг. Оказывается, они покрывают ровно столько, сколько необходимо данному двигателю для передачи доступной энергии в воздух, поэтому я думаю, почему вы видите все, от простых двухлопастных винтов до реактивных турбин.

Теперь у нас остались два последних варианта: увеличение хорды лопастей или количество лопастей. Оба имеют эффект увеличения прочности диска гребного винта. Прочность просто относится к площади диска винта, занятой твердыми компонентами (лопастями), по сравнению с площадью, открытой воздушному потоку. По мере увеличения прочности пропеллер может передавать больше мощности воздуху.

Хотя увеличение хорды лопасти является более простым вариантом, он менее эффективен, поскольку соотношение сторон лопастей уменьшается, что приводит к некоторой потере аэродинамической эффективности. Таким образом, увеличение количества лезвий является наиболее привлекательным подходом. По мере того, как мощность двигателей с годами увеличивалась, авиаконструкторы использовали все больше лопастей винта. Когда на ступице гребного винта не хватило места, конструкторы установили на одном двигателе сдвоенные гребные винты, вращающиеся в противоположных направлениях. Два хороших примера — бомбардировщик Ту-95 и авиалайнер Ту-114. Эти российские самолеты были оснащены самыми мощными турбовинтовыми двигателями из когда-либо созданных, и обе конструкции имеют в общей сложности восемь лопастей винта на двигатель.

С точки зрения аэродинамики предпочтительнее меньшее количество более длинных лопастей. С точки зрения инженерной прочности лучше большее количество более коротких лопастей. То, что на самом деле выбрано, является компромиссом.

Должно быть очевидно, почему более короткие лезвия прочнее. Более длинные и тонкие лопасти более эффективны с точки зрения аэродинамики по той же причине, по которой более длинные и тонкие крылья более эффективны — более длинные и тонкие крылья имеют меньшее сопротивление по сравнению с величиной создаваемой подъемной силы. Следовательно, высокоэффективные планеры имеют длинные тонкие крылья. Фото из википедии:

Помимо гидродинамики, есть и практические соображения.
Корабельные винты должны подходить под корабли - было бы неудобно, если бы они были диаметром 100 м, какими бы эффективными они ни были.

Пропеллеры для моделей самолетов, размер которых в значительной степени является свободным выбором, в идеале должны иметь пропеллеры с одной лопастью (только одна сторона с противовесом), которые слишком велики, чтобы самолет мог взлетать / приземляться на колеса.

Я просто отвечаю на простой вопрос. Основное различие между гидродинамикой и аэродинамикой заключается в том, что газ «Воздух» является губчатым, другими словами, он сжимается. Это основная причина, по которой пропеллер на равнине получает тягу, отбрасывая воздух, имея высокую скорость, узкую и длинную лопасть. Где опора в воде получает это от гораздо более низкой скорости, но с более широкой и короткой лопастью.

Не ответ, а мысль инженера, работающего как с плавучими ветряными, так и с морскими платформами, но не с двигательными установками. Винты для кораблей (или самолетов) имеют противоположную «миссию», чем для ВТГ, не так ли? В то время как опора для корабля или самолета рассчитана на максимальную тягу при минимальном крутящем моменте, для ВТГ все наоборот. Вам нужен максимальный крутящий момент для минимальной тяги. Это должно потребовать совсем другого подхода.