¿Cuáles son las ventajas de más de 4 palas de hélice?

Tiene razón, más cuchillas son malas para la eficiencia (siga el enlace para la definición). Idealmente, una hélice debería tener una sola pala . Cada pala adicional causará perturbaciones que interfieren con el flujo de las otras palas.

Cuando aumenta la potencia del motor, el área del disco de la hélice también debe crecer, pero este crecimiento está limitado por la velocidad resultante de las puntas de las palas. Una vez que la velocidad del flujo se vuelve supersónica, la resistencia en esta sección de la pala aumenta sin un aumento correspondiente en el empuje. Para evitar eso, la siguiente mejor opción es aumentar la relación de solidez de la hélice, también llamada relación de actividad . Esto se hace aumentando la cuerda de las palas o el número de palas.

No se equivoque, esto es malo para la eficiencia. Pero si hay suficiente potencia disponible, agregar más palas es la mejor manera de transformar esa potencia del motor en empuje.

Tome el Supermarine Spitfire:

• El prototipo, propulsado por el Rolls-Royce PV-12 de 1.030 CV , tenía una hélice de dos palas
• Del Mk II, se instaló una hélice de tres palas para adaptarse a la potencia creciente del RR Merlin (1.470 hp para el Spitfire Mk V).
• Con el Mk IX , se necesitaba una hélice de cuatro palas para los 1.575 hp del Merlin 61 sobrealimentado.
• A partir del Mk XII , el Rolls-Royce Griffon, más potente, hizo necesaria una hélice de cinco palas. La potencia del motor se elevó de 1.735 hp a 2.300 hp para la última variante, el Mk XXIV.

Supermarine Spitfire con motor Rolls-Royce Griffon ( fuente de la imagen )

Una velocidad de hélice más baja permite aumentar su diámetro, pero mientras que la velocidad de la punta caerá menos que la reducción en la velocidad de la hélice (después de todo, la velocidad de vuelo no debería cambiar), el empuje disponible de esta hélice caerá por el cuadrado de la reducción de velocidad. , ya que el empuje es proporcional a la presión dinámica sobre las palas. Y el empuje se obtiene solo de la fracción circunferencial de la velocidad local en la pala; la velocidad de vuelo no cuenta aquí y no ayuda a mitigar la reducción. Consecuencia: no se puede agrandar la hélice y hacerla girar más lentamente para una potencia dada.

Un ejemplo extremo de una hélice con un alto índice de actividad es la hélice contrarrotante Aerosila SV-27 del motor propfan D-27 que alimenta el Antonov An-70 :

Hélices SV-27 en el An-70 ( fuente de la imagen ). Ocho palas en el disco delantero y seis en el trasero, funcionando a solo 1200 RPM. Para reducir los efectos de Mach, todas las palas tienen una punta en flecha y una cuerda profunda.

Esto sólo puede ser superado por algo como un turboventilador sin engranajes con una hélice con conductos . Un turboventilador, en otras palabras.

En primer lugar, tenemos que definir qué es la eficiencia. En el caso de la hélice, podemos definir la eficiencia como la relación entre la potencia de salida (capacidad de la hélice para producir un empuje determinado a una velocidad determinada) y la potencia de entrada (es decir, la potencia del eje del motor).

Manteniendo todo lo demás constante, la eficiencia de la hélice disminuye a medida que aumenta el número de palas debido a razones aerodinámicas (como la interferencia). Sin embargo, si se aumenta la potencia del motor, la hélice debería poder 'absorberla'; es decir, transmitir la potencia del motor al flujo de aire que pasa por el disco de la hélice, sumando energía y generando empuje.

Si se aumenta la potencia del motor, hay varias formas de hacer que las hélices la absorban, cada una con sus propios problemas:

• Aumentar el ángulo de ataque , es decir, el paso de las palas: el ángulo de paso suele establecerse en un valor en el que la eficiencia aerodinámica es óptima. Cambiarlo puede hacer que la cuchilla sea ineficiente.

• Aumentar el diámetro de la hoja Causa dos problemas principales: hojas más largas significan más velocidad de punta, lo que aumenta la resistencia una vez que alcanza velocidades transónicas; además, las palas más largas significan un tren de aterrizaje más largo para dejar espacio en la punta o más espacio entre dos hélices y/o fuselaje. Este mayor peso estructural es inaceptable ya que conduce a un círculo vicioso. Un caso extremo de esto es el F4U Corsair, que tenía un ala de gaviota invertida para acomodar la enorme hélice de tres palas necesaria para el motor extremadamente potente.

• Aumente las rpm El problema es nuevamente la velocidad de la punta, que puede aumentar significativamente la resistencia a altas velocidades.

• Rediseñar la pala con más camber De nuevo, las palas suelen tener su eficiencia aerodinámica óptima; aumentar la inclinación puede conducir a palas menos eficientes.

• Aumentar la cuerda Esto aumenta la solidez, mejorando la eficiencia; sin embargo, esto conduce a una mayor interferencia entre las cuchillas, lo que nuevamente es malo.

• Aumentar el número de palas Esta suele ser la solución adoptada por las razones anteriores. Las palas pueden volverse ineficientes, pero el sistema puede producir más empuje con un impacto mínimo (como mantenimiento, etc.). Como dice Hartzell ,

...la eficiencia no impulsa el avión, lo hace el empuje

Un buen ejemplo del efecto de la potencia del motor sobre el número de palas de la hélice puede verse en el caso del Lockheed Martin C130 Hercules.

El modelo inicial, el C-130A, usaba una hélice de tres palas para absorber los 4050 shp de los turbohélices Allison T56-9.

Fuente: commons.wikimedia.org

Los modelos posteriores utilizaron una hélice de cuatro palas ya que la potencia del motor se incrementó a 4590 shp en los turbohélices Allison T56-A-15.

Fuente: planespotters.net

El C-130J Super Hercules utiliza una hélice de 6 palas para absorber los 4.637 shp del turbohélice Rolls-Royce AE 2100D3.

Fuente: theaviationgroup.eu

En casos extremos como el Tu-95, se tuvieron que usar hélices contrarrotantes para absorber la potencia de los motores.

Fuente: avión-fotos.net