¿Podría el lavado de hélice proporcionar suficiente sustentación para despegar, incluso en teoría?

Sé que esto parece una locura para preguntar, pero no es lo mismo que levantarse por los propios medios. Si tratas de levantarte de esa manera, hay dos fuerzas iguales y opuestas, pero hay experimentos con aviones impulsados ​​por músculos que funcionan.

Entonces, siempre que el avión se estabilizara de alguna manera, y las alas estuvieran diseñadas para ese propósito, ¿podría teóricamente el lavado de la hélice levantar el avión? ¿Si no, porque no?

Nota

Entiendo que un avión normal comenzaría a avanzar. Suponga que el avión está sujeto por la parte trasera con un cable y que el experimento se lleva a cabo en ausencia de viento.

Ciertamente podría pensar en un túnel de viento. Sin embargo, supongo que la hélice tendría que tener la misma envergadura que las alas. así que no es muy práctico.
Esa es toda la idea detrás de Channel Wings.
los giroscopios vuelan más o menos de esta manera.
aviones propulsados ​​por músculos : no necesitan experimentos; las aves han estado demostrando que funciona durante más tiempo que los humanos han existido

Respuestas (5)

Sí. Al ala no le importa qué está causando que el aire fluya a través de ella. Viento en contra, propulsión, estela del 747, estornudos de tuza.

Si se restringe el movimiento hacia adelante del avión, y la corriente de propulsión sobre la mayor parte del ala es lo suficientemente rápida, digamos más que la velocidad de pérdida del avión, entonces el ala debe generar suficiente sustentación para soportar el avión y hacer que despegue.

No se trata tanto de diseñar el ala especialmente, sino de hacer que el avión tolere la gran cantidad de puntales necesarios y el peso de los motores. Tanta potencia es demasiada para un crucero eficiente. Pero es fácil de implementar con un modelo de avión de una libra.

(+1) El AoA también debe tenerse en cuenta: el flujo de aire más rápido que la velocidad de pérdida no es suficiente para garantizar el despegue.
Pregunta de seguimiento: ¿cuántas tuzas estornudando al mismo tiempo se necesitarían para hacer despegar un 747?
But it's easy to implement with a one pound model airplaneBueno, un avión de 0.0000001 libras podría flotar en el aire como una esfera perfecta sin superficies aerodinámicas. No creo que aprovechar las leyes de escala del universo sea un enfoque válido. Los modelos a escala de aviones no se comportan en absoluto igual que los de tamaño real. Si bien en teoría podemos ser capaces de construir un avión que se eleve bajo su propio impulso, creo que puede ser el tipo de situación que es tan ineficiente que presionamos contra los límites fundamentales de los materiales con los que tenemos que construir el vehículo, haciendo es realmente imposible.
Los estornudos humanos se registran a unos 4,5 m/s . Este artículo informa que la respiración ordinaria podría alimentar alrededor de un microvatio. Desafortunadamente, no tengo idea de cómo convertir eso en la cantidad de estornudos humanos necesarios, y mucho menos estornudos de tuza. Tal vez esta debería ser una nueva pregunta.
Se necesitarían alrededor de 120 pedos de gorrión para igualar un estornudo de tuza.
Entonces, la respiración humana, aproximadamente 4 segundos por respiración, ¿es un microvatio? El estornudo sostenido es igual de rápido. Las tuzas respiran 3 veces más rápido, pero sus pulmones son 300 veces más pequeños. Entonces, una tuza que estornuda constantemente produce 10 nanovatios. Un lanzamiento del 747 necesita 90 megavatios, o 900 cuatrillones de tuzas estornudantes, para cubrir un cuadrado de unas mil millas de lado.
@CamilleGoudeseune Hombre... Ni siquiera un topo de tuzas.
@Eric, gracias a Dios. what-if.xkcd.com/4
¿Tuzas europeas o africanas?
@SebastianLenartowicz ¡Ese parece un candidato ideal para preguntarle a Randell Munroe! Quiero decir, ¿quién más tiene tiempo para pasar uno o dos días que uno necesitaría para encontrar una respuesta sólida? ¿Quién más conocería (o podría encontrar) al único zoólogo que realmente escribió un artículo sobre los estornudos de tuza? (¡Y si seguimos hablando de eso, envenenamos todas las búsquedas de Google!)
@RossPresser Lea atentamente: los alegres investigadores del artículo dicen que pueden obtener un microvatio de las vibraciones causadas por la respiración. La potencia general del movimiento del aire es probablemente de varios órdenes de magnitud mayor, especialmente si resoplas y resoplas para levantar este B747 ;-).
@CamilleGoudeseune Esta es la mejor risa que he tenido en todo el año. ¡Gracias!
Recálculo. Para medir la transferencia de energía eficiente de la respiración, use un globo de fiesta, que según el NIST almacena 255 lbf-ft, o 350 J. Un humano infla uno en 20 segundos, por lo que 18 W. Una tuza es 100 veces menos, 0,18 W. 90 MW / 0,18 W produce al menos 500 millones de tuzas , cubriendo Wittman Field (OSH) más Camp Scholler.

En principio sí, pero ¿por qué lo harías? Para el despegue vertical, esto sería extremadamente ineficiente.

La sustentación se produce desviando el aire hacia abajo .

Esto se vuelve más fácil a medida que hay más aire disponible para la desviación, ya que se puede reducir la cantidad de desviación necesaria para una elevación determinada. Sin embargo, cuando todo el movimiento del aire lo proporciona la hélice, ¿por qué reducir la eficiencia al soplarlo horizontalmente sobre un ala, donde crea fricción? ¿No sería mejor dirigir este flujo de aire directamente hacia abajo para que no se necesite más desviación?

Cualquier desviación incurrirá en pérdidas, por lo que tomar el desvío sobre el ala complica las cosas innecesariamente. Eso no quiere decir que esto no se haya intentado –como señala qq jkztd en los comentarios, el Ryan VZ-3 usó este concepto, aunque con malos resultados.

Ryan 92 VZ-3

Ryan 92 VZ-3, reconstruido después del accidente ( fuente de la imagen ).

Para una aproximación teórica, el diámetro de la hélice tendría que ser tan grande como la mitad del tramo de la aeronave, con ambas hélices montadas en el medio del tramo. Ahora, el tren de aterrizaje también debe ser más largo que un cuarto de tramo para que puedan girar libremente. A continuación, el ala necesita flaps que puedan desviar el flujo de aire en 90°, lo que implicará un soplo activo. Esto se vuelve bastante complejo rápidamente, por lo que un diseño como el siguiente parece más prometedor:

Vertol Modelo 76 VZ-2

Vertol Model 76 VZ-2 ( fuente de la imagen ) fue el primer diseño de ala basculante que hizo una transición exitosa entre vuelo vertical y horizontal y fue construido con el mismo propósito que el VZ-3. Si bien no es más atractivo visualmente que el VZ-3, tuvo una carrera más larga: voló primero (en 1957 en lugar de 1959 para el VZ-3) y se usó hasta 1965, mientras que el VZ-3 se retiró en 1961.

Se ha probado, era el vertiplano Ryan VZ-3
Curiosamente, el empuje por potencia aumenta con el área del rotor, ya sea un solo rotor o N rotores más pequeños. De ahí la gran área del rotor en cualquier cosa que quiera utilizar la sustentación bruta del rotor.
@qqjkztd: ¡Gracias por la información! Es cierto que el VZ-2 era un diseño más práctico y mejor en despegues verticales. El VZ-3 siempre crearía algo de empuje hacia adelante, por lo que un despegue puramente vertical sería imposible.

Restringiendo la pregunta a un flujo de aire aproximadamente horizontal... se ha intentado.

El Custer Channel Wing fue uno de los que lo intentó... no lo logró del todo, pero se afirmó que podía volar de 8 a 11 mph. Eso puede haber sido optimista, pero el CCW5 (en la foto: imagen de Wiki vinculada) aparentemente voló tan lento como 35 mph.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Y se sigue probando... esta vez en conjunto con el Efecto Coanda ... resultados no reportados hasta el momento.

WOW - qué gran respuesta, mejor aquí

Absolutamente. Esto es lo que parece:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Es un turborreactor aquí (este es un motor F-35) pero desde el punto de vista de la física no hay ninguna razón por la que no puedas hacerlo con una hélice.

Siempre que tenga algún medio para dirigir una parte suficiente del empuje hacia abajo, puede despegar. Un perfil aerodinámico también redirigiría el empuje ligeramente hacia abajo, pero mucho menos eficientemente que una boquilla.

Esto no sería ni remotamente práctico con un motor y un perfil aerodinámico normales. Sin embargo, la física funciona si su motor puede producir suficiente empuje para obtener el componente hacia abajo requerido.

@fectin Entiendo la diferencia, y creo que te perdiste el punto. La sustentación es una forma de empuje en el sentido de que ambas son fuerzas. La pregunta propone un escenario en el que un perfil aerodinámico convierte el empuje horizontal del motor en empuje de elevación. El diseño ilustrado es una forma mucho más eficiente de hacerlo. Pero la física, desde el punto de vista de la disposición de las fuerzas, es exactamente igual.
@fectin Gracias, esos son excelentes ejemplos; en realidad, ese es casi precisamente el punto que esperaba hacer para el OP: pensarlo de esa manera facilita la creación de escenarios que uno puede usar para demostrarse a sí mismos que es posible.
Mi error: ¡ese último comentario ayuda! Entiendo mejor tu punto ahora, pero no se entendió en tu respuesta.
Si bien un turboventilador no es un turborreactor, el F35 en realidad no es un ejemplo (o al menos es poco más que un helicóptero), ya que incorpora un ventilador de elevación accionado por un eje vertical en la parte delantera del motor, además de vectorizar el flujo que sale del motor. atrás. El ejemplo que probablemente desee es el sistema Kestrel/Harrier, que es un turboventilador de empuje vectorial (multiplicado ) .

Presumiblemente, se está refiriendo al uso de alas fijadas al fuselaje con accesorios que impulsan el aire sobre ellas.

Si, en cambio, mueve el ala por el aire para crear un flujo de aire sobre ella, "eliminará al intermediario" y terminará con un helicóptero o una nave multirotor típica.

De manera similar, un ornitóptero mueve el ala por el aire para alcanzar la sustentación.

Se esperan votos negativos. Así es la vida. Todavía parecía útil agregar.
¿Podría el lavado de hélice proporcionar suficiente sustentación para despegar, incluso en teoría?
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