Почему лопасти радиоуправляемого винта отличаются от лопастей вертолета?

Если бы ротор был достаточно прочным, чтобы поднять желаемый вес

Этого не будет. Из -за закона квадрата-куба подъемная сила и механическая сила растут во второй степени линейного размера, а вес растет в третьей степени. В результате в масштабе RC все имеет достаточную мощность и прочность, даже если сделано небрежно (и, следовательно, дешево) из обычных материалов, в то время как человеческий вес действительно расширяет возможности материалов и двигателей, которые у нас есть.

Аэродинамический профиль с большим изгибом не был бы достаточно прочным для полноразмерной лопасти вертолета.

Есть ли какое-либо (аэродинамическое) преимущество сплошного аэродинамического профиля над более простой изогнутой поверхностью?

Я верю, что есть. Ни один современный самолет не использует аэродинамический профиль с большим изгибом.

Конечно, производители игрушек могли бы «закрыть нижнюю часть» ротора (приравняв его к форме аэродинамического профиля), даже если бы он был полым, с незначительным увеличением веса.

Нет. Эффективность не так важна в масштабе RC, а полый пластик сделать намного сложнее (помните, пластик изготавливается путем впрыскивания его в форму).

Я понимаю, что эффект Бернулли не обязательно применим к роторам RC.

Аэродинамический профиль является аэродинамическим профилем независимо от того, летит ли он прямо или вращается. А так как принцип Бернулли — это просто сохранение энергии для течения жидкости, то он применим к нему всегда. Однако это не означает, что вогнутая нижняя поверхность будет означать более высокую скорость потока и меньшую подъемную силу, потому что длина пути не имеет ничего общего с подъемной силой. Воздух над крылом быстрее — и достигает задней кромки задолго до воздуха под ним — по совершенно другим причинам. Крылья с большим изгибом действительно имеют большую подъемную силу. Просто у них еще выше лобовое сопротивление.

это может быть просто эффект Коанда

Эффект Коанды заключается в том, что струя жидкости окружена неподвижной жидкостью вокруг нее, но здесь нет струй воздуха, поэтому это не может быть эффектом Коанды.

но они, кажется, хорошо поднимаются только с электродвигателями

Это снова закон квадрата-куба , делающий аэродинамические характеристики намного лучше по сравнению с весом в масштабе RC.

Я видел дискуссию о том, что существует эффект «масштабирования», но почему и если да, то при каком размере простой ротор начинает выходить из строя.

Это не просто масштабирование ( закон квадрата-куба ):

• Квадрокоптеры с винтами фиксированного шага (типичные для игрушечных) неуправляемы с отказавшим двигателем. Должно быть судно для перевозки людей.
• Винты с фиксированным шагом плохо справляются с горизонтальной скоростью, так как асимметрия подъемной силы создает большие нагрузки. Чтобы компенсировать это, большие роторы должны иметь опережение-запаздывание и закрылки.

И то, и другое делает квадрокоптеры непрактичными в больших масштабах.

Обычно квадрокоптеры изготавливаются с максимальным весом в несколько десятков килограммов. Но где именно находится предел, может быть трудно сказать, поскольку более крупные могут не производиться просто потому, что от них мало пользы.

Двумя основными отличиями являются нагрузка на диск (подъем на площадь диска ротора) и число Рейнольдса. Число Рейнольдса — это отношение сил инерции к силам вязкости.

Модели вертолетов работают при числах Рейнольдса, характерных для мелких птиц. Если посмотреть на их крылья, то у них тонкое, выпуклое поперечное сечение. В этом масштабе нагрузки низкие, поэтому они могут позволить себе тонкие крылья. Это уменьшает ускорение потока из-за эффекта вытеснения и помогает задержать отрыв потока, поскольку градиенты давления для той же подъемной силы ниже. При малом числе Рейнольдса винтов малых моделей вертолетов пограничный слой будет полностью ламинарным.

С другой стороны, для полноразмерных вертолетов требуются гораздо более прочные лопасти несущего винта из-за их более высокой нагрузки на диск и центробежных нагрузок. Они не могут позволить себе использовать тонкие аэродинамические поверхности маленьких птиц, а пограничный слой может выдержать гораздо более высокие подъемы давления, потому что рабочее число Рейнольдса полноразмерного винта вертолета достаточно велико, чтобы обеспечить турбулентный переход .

По сравнению с крыльями роторы обладают огромным преимуществом: разделение потока практически невозможно. Центробежные силы будут выталкивать любой замедленный пограничный слой наружу, где более высокая окружная скорость гарантирует, что поток у стенки никогда не остановится, необходимый для отрыва потока.

Еще одна причина плоской формы особенно дешевых моделей вертолетов для помещений с лопастями, отлитыми под давлением, - это меньшее использование материалов и более короткое время цикла, возможное с тонкими лопастями - их производство намного дешевле.