¿Por qué las palas de las hélices de aerogeneradores como comp. a las hélices de los barcos cubren áreas muy diferentes?

Una respuesta de ingeniería:

Tenga en cuenta que no se trata solo de agua contra aire. Depende de muchas cosas: la densidad y la compresibilidad del fluido, y las compensaciones entre torque, eficiencia, costo, materiales, necesidades de mantenimiento, peligros de ensuciamiento, etc. A continuación se muestra una pala de turbina de agua, SeaGen , que no es muy diferente de una pala de turbina eólica, porque está haciendo un trabajo similar, con restricciones similares, pero en agua en lugar de aire. Pero tenga en cuenta que esta es (AFAIK) la primera turbina mareomotriz en lograr una operación de red comercial, por lo que los diseños posteriores podrían divergir.

De hecho, algunas hojas están casi optimizadas dados los materiales disponibles en ese momento , gracias a décadas de experiencia. Sin embargo, los nuevos materiales pueden permitir más optimizaciones en el diseño de las palas.

Este artículo de la pregunta de la semana describe las compensaciones de las palas de las hélices de los aviones: número, ángulo, forma, longitud, etc.

El último párrafo brinda un buen resumen y se relaciona directamente con su pregunta sobre por qué las cuchillas no cubren todo el círculo. Resulta que cubren todo lo que se necesita para que un motor determinado transfiera la energía disponible al aire, por lo que supongo que se ven de todo, desde simples hélices de 2 palas hasta turbinas a reacción.

Ahora nos quedan las dos últimas opciones, aumentar la cuerda de la pala o el número de palas. Ambos tienen el efecto de aumentar la solidez del disco de la hélice. La solidez simplemente se refiere al área del disco de la hélice ocupada por componentes sólidos (las palas) versus el área abierta al flujo de aire. A medida que aumenta la solidez, una hélice puede transferir más potencia al aire.

Si bien aumentar la cuerda de las palas es la opción más fácil, es menos eficiente porque la relación de aspecto de las palas disminuye, lo que resulta en cierta pérdida de eficiencia aerodinámica. Por lo tanto, aumentar el número de álabes es el enfoque más atractivo. A medida que aumentaba la potencia de los motores a lo largo de los años, los diseñadores de aeronaves adoptaron cada vez más palas de hélice. Una vez que se quedaron sin espacio en el eje de la hélice, los diseñadores adoptaron hélices gemelas contrarrotantes en el mismo motor. Dos buenos ejemplos son el bombardero Tu-95 y el avión de pasajeros Tu-114. Estos aviones rusos estaban equipados con los motores turbohélice más potentes jamás construidos, y ambos diseños cuentan con un total de ocho palas de hélice por motor.

Desde el punto de vista de la aerodinámica, se prefiere un menor número de palas más largas. Desde el punto de vista de la resistencia técnica, es mejor un mayor número de palas más cortas. Lo que realmente se elige es una compensación.

Debería ser obvio por qué las cuchillas más cortas son más fuertes. Las palas más largas y delgadas son más eficientes aerodinámicamente por la misma razón que las alas más largas y delgadas son más eficientes: las alas más largas y delgadas tienen menos resistencia en comparación con la cantidad de sustentación producida. Por lo tanto, los planeadores de alta eficiencia tienen alas largas y delgadas. La foto de wikipedia:

Además de la dinámica de fluidos, también hay consideraciones prácticas.
Las hélices de los barcos tienen que caber debajo de los barcos; sería un inconveniente si tuvieran 100 m de diámetro, por muy eficientes que fueran.

Modelos de hélices de aviones, donde el tamaño es prácticamente una elección libre, idealmente tener hélices de una sola hoja (solo un lado con un contrapeso) que son demasiado grandes para permitir que el avión despegue / aterrice sobre ruedas

Yo respuesta simple para una pregunta simple. La principal diferencia entre hidrodinámica y aerodinámica es que un gas "Aire" es esponjoso, en otras palabras, se comprime. Esta es la razón principal por la que una hélice en una llanura obtiene propulsión en el aire al tener una pala larga, estrecha y de alta velocidad. Donde la hélice en el agua lo obtiene a una velocidad mucho más baja pero con una hoja más ancha y más corta

No es una respuesta, sino un pensamiento de un ingeniero que trabaja con plataformas eólicas flotantes y en alta mar, pero no con sistemas de propulsión. La hélice para barcos (o aviones) tiene la «misión» opuesta a la de los aerogeneradores, ¿no? Mientras que una hélice para un barco o un avión está diseñada para un empuje máximo con un par mínimo, es lo contrario para un aerogenerador. Desea un par máximo para un empuje mínimo. Esto debería exigir un resultado muy diferente.