Каковы преимущества более чем 4 лопастей винта?

Вы правы, больше лезвий плохо для эффективности (по ссылке определение). В идеале пропеллер должен иметь только одну лопасть . Каждая дополнительная лопасть будет вызывать возмущения, которые мешают потоку на других лопастях.

При увеличении мощности двигателя должна расти и площадь диска винта, но этот рост ограничивается результирующей скоростью законцовок лопастей. Как только скорость потока становится сверхзвуковой, сопротивление на этом участке лопасти увеличивается без соответствующего увеличения тяги. Чтобы избежать этого, следующим лучшим вариантом является увеличение коэффициента прочности гребного винта, также называемого коэффициентом активности . Это достигается либо увеличением хорды лопастей, либо увеличением количества лопастей.

Не заблуждайтесь, это плохо для эффективности. Но если имеется достаточно мощности, добавление дополнительных лопастей — лучший способ преобразовать мощность двигателя в тягу.

Возьмите Супермарин Спитфайр:

• Прототип, оснащенный двигателем Rolls-Royce PV-12 мощностью 1030 л.с. , имел двухлопастной воздушный винт.
• От Mk II был установлен трехлопастной винт для увеличения мощности RR Merlin (1470 л.с. для Spitfire Mk V).
• На Mk IX для двигателя Merlin 61 с наддувом мощностью 1575 л.с. требовался четырехлопастной винт.
• От Mk XII более мощный Rolls-Royce Griffon сделал необходимым пятилопастной винт. Мощность двигателя была увеличена с 1735 л.с. до 2300 л.с. у последнего варианта Mk XXIV.

Supermarine Spitfire с двигателем Rolls-Royce Griffon ( источник изображения )

Меньшая скорость винта позволяет увеличить его диаметр, но при этом скорость законцовки упадет меньше, чем уменьшение скорости винта (ведь скорость полета не должна измениться), располагаемая тяга от этого винта упадет пропорционально квадрату уменьшения скорости. , так как тяга пропорциональна динамическому давлению на лопасти. А тягу вы получаете только от окружной доли местной скорости у лопасти; скорость полета здесь не в счет и не способствует смягчению снижения. Следствие: Вы не можете увеличить пропеллер и вращать его медленнее для данной мощности.

Крайним примером воздушного винта с высоким коэффициентом активности является воздушный винт встречного вращения Аэросила СВ-27 винтовентиляторного двигателя Д-27, установленного на Антонов Ан-70 :

Винты СВ-27 на Ан-70 ( источник фото ). Восемь лопастей в переднем диске и шесть в заднем, работающие со скоростью всего 1200 об/мин. Для уменьшения эффекта Маха все лопасти имеют стреловидную вершину и глубокую хорду.

Это может быть увенчано чем-то вроде турбовентиляторного двигателя без редуктора с пропеллером в обтекателе . Другими словами, турбовентилятор.

Во-первых, мы должны определить, что такое эффективность. В случае воздушного винта мы можем определить эффективность как отношение выходной мощности (способность воздушного винта создавать заданную тягу при заданной воздушной скорости) и входной мощности (т.е. мощности на валу двигателя).

При прочих равных условиях эффективность воздушного винта снижается по мере увеличения числа лопастей из-за аэродинамических причин (например, помех). Однако, если мощность двигателя увеличивается, винт должен быть в состоянии «поглотить» это; т.е. передавать мощность двигателя воздушному потоку, проходящему через диск винта, добавляя энергию и создавая тягу.

Если мощность двигателя увеличена, есть несколько способов заставить гребные винты поглотить ее, каждый из которых имеет свою долю проблем:

• Увеличьте угол атаки, т.е. шаг лопасти. Угол наклона обычно устанавливается на значение, при котором аэродинамическая эффективность является оптимальной. Его изменение может сделать лезвие неэффективным.

• Увеличьте диаметр лопасти . Это вызывает две основные проблемы: более длинные лопасти означают большую скорость кончика, что увеличивает сопротивление, когда оно достигает околозвуковой скорости; кроме того, более длинные лопасти означают более длинное шасси для зазора между концами или большего зазора между двумя винтами и/или фюзеляжем. Такой повышенный вес конструкции неприемлем, поскольку приводит к порочному кругу. Крайним случаем этого является F4U Corsair, у которого было перевернутое крыло типа «чайка» для размещения огромного трехлопастного винта, необходимого для чрезвычайно мощного двигателя.

• Увеличьте число оборотов Проблема снова заключается в скорости наконечника, которая может значительно увеличить сопротивление на высоких скоростях.

• Измените конструкцию лопасти с большим изгибом Опять же, лопасти обычно имеют оптимальную аэродинамическую эффективность; увеличение развала может привести к снижению эффективности лопастей.

• Увеличение хорды Это увеличивает прочность, повышая эффективность; однако это приводит к повышенному взаимодействию между лопастями, что опять-таки плохо.

• Увеличьте количество лезвий Обычно это решение используется по вышеуказанным причинам. Лопасти могут стать неэффективными, но система способна создавать большую тягу с минимальными затратами (такими как техническое обслуживание и т. д.). Как говорит Харцель ,

... не эффективность приводит самолет в движение, а тяга

Хороший пример влияния мощности двигателя на количество лопастей винта можно увидеть на примере Lockheed Martin C130 Hercules.

Первоначальная модель C-130A использовала трехлопастной винт, чтобы поглотить 4050 л.с. турбовинтовых двигателей Allison T56-9.

Источник: commons.wikimedia.org

Более поздние модели использовали четырехлопастный винт, поскольку мощность двигателя была увеличена до 4590 л.с. на турбовинтовых Allison T56-A-15.

Источник: www.planespotters.net

C-130J Super Hercules использует 6-лопастной винт, чтобы поглотить 4637 л.с. турбовинтового двигателя Rolls-Royce AE 2100D3.

Источник: theaviationgroup.eu

В крайних случаях, таких как Ту-95, приходилось использовать винты противоположного вращения для поглощения мощности двигателей.

Источник: www.planet-pictures.net