Почему вертолеты не предпочитают более короткие винты с большим количеством лопастей? [дубликат]

Ротор работает, ускоряя воздух вниз, тем самым создавая восходящую реактивную силу на лопастях, которая поднимает аппарат.

Подъемная сила равна

куда$\dot{m}$- массовый расход через ротор и$\Delta v$это изменение скорости воздуха. Чтобы разогнать воздух до такой скорости, он должен передать ему кинетическую энергию. Это требует силы

(индуцированное сопротивление).

Теперь ротор меньшего диаметра сможет воздействовать на меньшее количество воздуха, поэтому$\dot{m}$будет ниже. Для создания такой же подъемной силы потребуется больший$\Delta v$и, следовательно, ему потребуется более мощный двигатель (до определенного момента, потому что более длинные лопасти будут иметь более высокое сопротивление формы, которое в конечном итоге перевесит уменьшение индуктивного сопротивления) и, что более важно, сжигать больше топлива .

Лопасти, как и крылья, воздействуют на воздух на значительном расстоянии сверху и снизу от них, поэтому вам не нужно много лопастей, чтобы использовать весь воздух в области ротора. Но независимо от того, сколько лопастей вы добавите, они все равно будут воздействовать только на воздух в области ротора, поэтому эффективность сильно не изменится.

Что касается конвертопланов, у них относительно небольшие роторы, что делает их крайне неэффективными в режиме зависания. Но они не проводят большую часть своего времени в зависании, они проводят большую часть времени где-то в полете и в режиме неподвижного крыла они быстрее и эффективнее, что перевешивает худшую эффективность при взлете и посадке.

См. также: Существует ли какое-либо уравнение, связывающее скорость, тягу и мощность? (через удаленный ответ Energizer777).

Количество лопастей (основного винта) в вертолете зависит от ряда параметров; Однако обычно есть некоторые серьезные проблемы с большим количеством лопастей в вертолете:

• Одной из основных причин является эффективность. В общем, чем меньше лопастей, тем эффективнее система, поскольку она изменяет импульс большей воздушной массы, т.е. ускоряет большее количество воздуха на меньшую величину (аналогично байпасу турбовентиляторных двигателей).

• Как правило, на характеристики несущей системы вертолета влияет прочность (т. е. отношение площади лопастей к общей площади диска), а не количество лопастей.

• По мере увеличения количества лопастей увеличивается взаимодействие последующей лопасти с вихрем наступающей лопасти (т. е. лопасть летит в след предыдущей лопасти), что влияет на создаваемую подъемную силу.

• Больше лопастей означает более сложную ступицу несущего винта (большее количество деталей обычно приводит к большему количеству проблем, связанных с техническим обслуживанием и т. д.) и больше помех во внутренней области лопастей. Кроме того, увеличивается сопротивление втулки ротора.

• Одна вещь, которую вам не хватает, это то, что скорость лезвия$V$(в$L \ = \ \frac{1}{2} \ \rho \ V^{2} \ S$) сам по себе зависит от длины лопасти (и скорости вращения, через$V \ = \ R\omega$). Это означает, что по мере уменьшения длины лопастей они должны вращаться пропорционально быстрее, чтобы создать такую ​​же подъемную силу, поэтому в действительности скорости лопастей меньшего размера будут больше. Обычно внутренняя треть длины лопасти несущего винта очень мало способствует подъемной силе.

• Что касается вибрации (хотя лучше иметь больше лопастей), то всю систему ротора следует рассматривать как единое целое, а не как отдельные лопасти, и наиболее важным фактором является скорость вращения ротора и ее гармоники, а не длина лопасти. .

Лопасти вертолета представляют собой длинные узкие аэродинамические поверхности с высоким удлинением, форма которых сводит к минимуму сопротивление концевых вихрей (для сравнения см. Крылья планера). Как правило, они содержат некоторую степень вымывания, которая уменьшает подъемную силу, создаваемую на концах, где воздушный поток самый быстрый, и образование вихрей может быть серьезной проблемой.

источник: Википедия .