¿Por qué las palas de las hélices no tienen alerones?

A primera vista, esta pregunta puede sonar ridícula y tal vez lo sea. Pero como las palas de las hélices actúan según las mismas leyes físicas que las alas, y las alas reducen bastante la resistencia inducida, ¿por qué no se colocan en las palas de las hélices?

Podría imaginar que podría ser un problema material. ¿Pero hay más razones? ¿Y por qué exactamente podría ser un problema material?

No lo sé, pero hay un par de formas en que los puntales se diferencian de las alas: 1. una tensión longitudinal considerable. 2. moviéndose a través de la estela de la hoja anterior, aire no limpio.
Diría relacionado, ya que no estoy hablando de un anillo, sino de winglets reales;)
Las hélices suelen tener una relación de aspecto muy alta para empezar.
Hay algunas fotos en Internet. Generalmente, los dueños no están contentos con sus proplets.
@SimonRichter, en realidad es por eso que lo pensé xD
Volé un Piper Navajo PA-31-350 con accesorios "Q-Tip". Ayudó a reducir el ruido del accesorio.
Vale la pena señalar que existen hélices con 'puntas de ala' para uso marino. ing.dk/artikel/…

Respuestas (6)

Los winglets en las alas ayudan porque aumentan el volumen de aire sobre el que puede actuar el ala. Extender la envergadura del ala sería mucho más eficiente , pero cuando la envergadura está restringida o el momento de flexión máximo del ala es limitado, los winglets brindan una pequeña mejora en la eficiencia con coeficientes de sustentación altos.

En las hélices , sin embargo, las aletas atravesarían el aire que ya está afectado por las puntas de la hélice. No habrá aire adicional involucrado, por lo que no será posible aumentar la eficiencia. Tenga en cuenta que la eficiencia de propulsión aumenta al acelerar más aire en una cantidad menor. La fórmula de la eficiencia propulsora η pag de un motor de respiración de aire es

η pag = v ∞ v ∞ + Δ v 2
dónde v ∞ es la velocidad del aire entrante y Δ v el aumento de velocidad del aire afectado por el disco de la hélice. un mas pequeño Δ v actuar sobre un flujo másico más alto hace que el motor sea más eficiente. Este efecto es más pronunciado cuando v ∞ es bajo.

Las aletas de la punta de la hélice operarían en una región de alta presión dinámica y generarían más fricción sin contribuir a la eficiencia de la hélice.

Las cosas se vuelven diferentes cuando las palas de la hélice tienen una relación de aspecto muy baja y existe una restricción estricta en el diámetro de la hélice: esto es cierto para los barcos, donde el calado pone un límite estricto en el tamaño de la hélice. En este caso, una especie de aleta ayuda: la hélice Kappel tiene la punta inclinada hacia adelante y aumenta la eficiencia entre un 3 y un 6 por ciento. Dado que las hélices marinas, incluso para grandes barcos, tienen eficiencias entre el 50 % y el 60 %, se trata de un aumento notable de la eficiencia.

Por cierto: quien te diga que los winglets reducen bastante la resistencia inducida tiene algo que venderte, pero estoy divagando.

Prácticamente todo lo que aparece cuando busco en Google "winglets" dice que están ahí para reducir las pérdidas de energía de los vórtices en las puntas de las alas. ¿Tienes algún enlace que los analice desde la perspectiva que estás planteando y que no haya sido escrito por ti?
@user2357112: Pregúntese: ¿Puede el vórtice que se forma detrás del ala seguir causando resistencia? ¿Existe algún mecanismo que le permita retener el avión? Siguiente: No lea Wikipedia, la colección de opiniones políticamente correctas de la Web. No leas blogs y huyas de las noticias cortas: sus autores no tienen idea de lo que escriben. En su lugar, mira los estudios científicos. PDFs de 30 o 50 páginas. Lectura ligera: el artículo de Maughmer .
¿Puedes vincular tales estudios?
El enlace que proporcionó no parece respaldar su afirmación: "En esencia, la mejora en el rendimiento de la aeronave debido a los winglets es el resultado de su capacidad para reducir la resistencia inducida que se compensa con su área húmeda adicional que aumenta la resistencia del perfil".
@user2357112: Tómese su tiempo, lea el artículo completo. Por cierto, ¿por qué eso no respaldaría mi reclamo? ¿Qué entiendes realmente que es mi afirmación?
La última oración de su respuesta implica fuertemente que el propósito de los winglets no es reducir la resistencia inducida. El artículo parece contradecir eso. Su pretensión tiene otros aspectos que pueden o no ser contradichos por el artículo; Todavía estoy leyendo.
@ user2357112: Mi objeción es a la parte "bastante". Lee también el primer párrafo, no solo la última oración. Los Winglets ayudan con coeficientes de sustentación elevados y mejoran la L/D en porcentajes de un solo dígito. Lea a Maughmer: a alta velocidad agregan resistencia, a baja velocidad ayudan. Un poco, no "bastante" un poco.
Seguir leyendo. El artículo ahora habla de cómo los winglets reducen la energía desperdiciada al producir un flujo longitudinal que termina convirtiéndose en vórtices en las puntas de las alas, y cómo se puede calcular la resistencia inducida determinando la energía contenida en el sistema de vórtices de arrastre. "Para minimizar este arrastre, se debe minimizar la cantidad de energía utilizada para producir la corriente descendente requerida, es decir, se debe minimizar la energía que se "desperdicia" en la creación de un flujo transversal innecesario y en el enrollamiento de los vórtices de la punta". En una aproximación aproximada, no es que los vórtices en las puntas de las alas provoquen una resistencia inducida...
... es que el mecanismo de arrastre inducido vuelca la energía desperdiciada en vórtices en las puntas de las alas.
Si bien la mejora en la relación L/D general es solo de unos pocos puntos porcentuales, y no a todas las velocidades, la reducción específica en la resistencia inducida parece ser bastante sustancial. La diferencia parece deberse a una combinación del aumento en la resistencia del perfil y la ley de Amdahl: reducir sustancialmente una parte de la resistencia solo puede reducir la resistencia general por muy grande que sea esa parte.
@user2357112: en L/D óptimo, la resistencia inducida es la mitad de la resistencia total. Y nuevamente: si gasta el arrastre de perfil agregado en una extensión de tramo, su ganancia en la reducción de arrastre inducido es 2.5 veces mayor. Cualquier cosa que creas que es sustancial, esto es más sustancial. Consulte aquí un metaestudio sobre el rendimiento de los winglets.
@sanchises: Estás equivocado. Si el ala de la hélice aumentara la sustentación localmente, distorsionaría la distribución de la sustentación y aumentaría la resistencia inducida para la misma sustentación. Si necesita más empuje, ¡aumente las RPM! Odio cuando la gente vota negativamente una respuesta simplemente porque no la entendieron.
¡Esta respuesta es incorrecta! Las aletas en un puntal limitarían el flujo a lo largo de la envergadura, dejando más aire para trabajar. Además, los winglets se pueden diseñar de tal manera que aspiren aire hacia el centro de la hélice, aumentando aún más el aire en el que se trabaja, también reducirían la resistencia inducida de los vórtices de la punta. Debido al fuerte flujo externo a lo largo de la hélice, también hay circulación de aire desde la parte inferior hasta la superficie superior, lo que reduce significativamente la sustentación en las puntas de las hélices porque el aire a alta presión desde la parte inferior termina en la región de baja presión en la parte superior, las hélices reducir esto.
@MishaP ... es por eso que vemos que se agregan winglets a los accesorios, ¿no es así? Si cree que sabe más, no solo incluya afirmaciones no probadas en un comentario, sino que escriba una mejor respuesta.
@PeterKämpf Muchas cosas que mejoran la eficiencia de los aviones no están en producción por una variedad de razones. Por ejemplo, ¿por qué no vemos aviones de ala mixta o de ala prandtl? Experimentos en túneles de alas y construcciones caseras han confirmado la teoría, pero compañías como Boeing, Airbus, etc., no quieren arriesgar millones y/o miles de millones en cambios tan radicales. Una salchicha con alas vuela bastante bien, ¿por qué correr riesgos? Además de eso, a veces los costos de fabricación son demasiado altos o no existe la tecnología para implementar la teoría de manera confiable. Entonces, la afirmación "no existen, por lo que es ineficiente" es falsa.
@MishaP: Las alas mezcladas son puro marketing y las alas de Prandtl vuelan a tu alrededor, solo que no con ese nombre. Todos y más se han estudiado intensamente y solo se han construido los diseños que funcionan. ¿De verdad crees que los ingenieros son tan estúpidos?
Ingenieros - No. ¿Marketing, ejecutivos, etc., que están felices de seguir vendiendo cosas viejas mientras se vendan? si.
@MishaP: Estoy de acuerdo, pero lo que venden no son cosas viejas. Puede parecer así porque hemos llegado a un punto óptimo y solo podemos mejorarlo muy gradualmente. Todas las salidas radicales conducen cuesta abajo.
@PeterKämpf Las "desviaciones radicales" más notables que conducen cuesta abajo se intentaron cuando la tecnología estaba significativamente menos desarrollada de lo que está ahora: sin materiales compuestos, sin análisis CFD o FEA, y muchos más avances que se han realizado desde entonces. Un gran ejemplo: los canards se consideraban estáticamente inestables, hasta que Burt Rutan hizo ez largos, que son estáticamente estables. Los cazas resolvieron el problema con el aumento electrónico de la estabilidad. Sin embargo, todavía no hay bulos en los aviones comerciales. Solo un ejemplo.
@MishaP: ¿De dónde sacaste esas tonterías? Por supuesto, los canards se consideraban tan estables como los aviones convencionales. Ver Focke-Wulf 19 Ente o MiG 8 Utka. ¿Solo porque los Wright no consiguieron estabilidad y Rutan es fanfarrón? Pero nadie en su sano juicio quiere volar con esos spoilers al frente.
@PeterKämpf tanto el FW19 como el Mig8 mostraron un comportamiento inestable. He perdido interés en esta discusión. adiós.

Hartzell fabrica hélices que parecen tener aletas (puntas dobladas hacia atrás) llamadas Q-tips. El nombre parece referirse a que son más silenciosos. He leído que hacen el mismo trabajo que un accesorio de diámetro ligeramente mayor. Parece que no tienen problemas de vida. Dado que el ruido cuesta energía y un accesorio más pequeño hace el mismo trabajo... es posible que sean más eficientes. La punta doblada es pequeña, del orden de un par de pulgadas.

Tengo entendido que la punta doblada ayuda a reducir la presión del aire inmediatamente fuera de la hélice, de forma similar a un ala. Esto hace dos cosas: mantiene la presión en el interior, donde puede aumentar el empuje de propulsión y reduce la capacidad de propagación del sonido hacia el exterior. Entonces, sí, sería un accesorio más silencioso. Pero eso es solo un efecto secundario; el efecto principal es la mejora de la eficiencia de la hélice. Y no, no hace falta que sea grande; la relación entre el ala y el ala es bastante pequeña, por lo que la relación entre la punta doblada y el radio de la hélice también sería bastante pequeña.
Es extraño que el barrido aumentado en la punta de un ala/hélice ahora se llame winglet con mucha más frecuencia. En este sentido, hay cimitarras y otros accesorios de factor de forma que tienen beneficios similares.

Ventajas:

  1. Las aletas en un puntal limitarían el flujo en el sentido de la envergadura, dejando más aire para trabajar, porque no "se va volando".
  2. Además, los winglets se pueden diseñar de tal manera que aspiren aire hacia el centro de la hélice, aumentando aún más la cantidad de aire en el que se trabaja.
  3. También reducirían la resistencia inducida por los vórtices de las puntas. Cualquiera que diga que los winglets son basura puede explicárselo a todos los planeadores de la competencia, Boeing, Airbus, Cessna y cualquier otro fabricante de aviones modernos, la mayoría de los cuales usan algún tipo de dispositivo en la punta del ala.
  4. Debido al fuerte flujo externo a lo largo de la hélice, el aire a baja presión de la parte superior de la pala y el aire a alta presión de la parte inferior de la pala terminan fuera de la hélice, donde la región de baja presión succiona el aire a alta presión. la parte inferior de la hoja en la parte superior, lo que reduce la alta presión en la parte inferior y aumenta la baja presión en la parte superior, lo que da como resultado una parte completamente inútil de la hoja, que produce muy poco empuje pero aún crea resistencia y requiere más potencia para girar la hélice.

Por todas las razones anteriores, una hélice del mismo diámetro que se coloca en una cubierta puede generar potencialmente hasta un 85 % más de empuje con el mismo motor, como una hélice que no está cubierta.

Contras:

  1. La punta de un ala ubicada en la punta de una hélice se aceleraría constantemente fuera de borda, si una pala de hélice regular maneja esta aceleración con bastante facilidad, porque es una carga axial en la pala, el ala sería una viga en voladizo y las fuerzas rápidamente se suman creando una fuerza bastante formidable en cualquier ala significativamente grande en la punta de una hélice.
  2. Además de la magnitud de la fuerza, y el hecho de que es una carga de tipo voladizo, también es una carga variable que es menor a bajas RPM y mayor a altas RPM, lo que conduce rápidamente a la fatiga del material y al fallo estructural.
  3. El costo de fabricar tal hélice sería mayor.
  4. El peso de la hélice sería mayor para tener en cuenta las cargas estructurales enumeradas anteriormente.

Se reduce a costo, peso, confiabilidad.

Los alerones de las hélices parecen hélices que han pasado por un "golpe en tierra" y la FAA pone a tierra el avión propulsado por hélices con hélices dañadas debido a un golpe en tierra.

Simplemente es más caro de fabricar, certificar y mantener; aunque proporciona un empuje mejorado en la posición de despegue; pero potencialmente más arrastre durante las condiciones de crucero y de bandera (basado en el paso de la hélice, será diferente con diferentes hélices).

Las puntas BERP probablemente sean más efectivas en general teniendo en cuenta las condiciones de despegue, crucero y bandera (la pluma es el paso deseado durante la falla del motor para evitar el viento y el arrastre de la rotación libre de la hélice).

su primer párrafo realmente no parece una buena razón, la FAA sabría qué modelos usan esos accesorios.
Simon Richter mencionó en su comentario que las imágenes de los ataques terrestres están disponibles en línea. Voy a aventurarme y decir que incluso los investigadores de la FAA estarían familiarizados con el aspecto de un ataque a tierra y con el diseño de las hélices y podrían notar la diferencia.

El concepto de 'winglets' fue aplicado en los primeros días de la aviación por las invenciones de Henri Coanda, patentes: 1937GB191112740, 1910; CA370885, 1937; y a las hélices de los barcos; puede consultar, también en ESPACENET, las patentes: ES-0444150, Inventor: 'Gonzalo Pérez Gómez', y ES-8300608, 1987, misma; y ES-0293837_U de 'Ramon Ruiz Fornella', todos de: 'Astilleros españoles'. 'Memorándum técnico de la NASA 87771', de Milton A. Beheim: 'Investigación de la NASA en propulsión de aeronaves', muestra una hélice con 'winglets'.

Diría que una de las razones para las aletas en las puntas de las alas es reducir el vórtice marginal, debido a la compensación de la diferencia de presiones entre la superficie superior e inferior del ala, este 'vórtice' o 'remolino' aumenta la resistencia, y por lo tanto perjudica la eficiencia general del avión.

Ha habido mucha investigación sobre los winglets. al principio no se consideraban efectivos, sin embargo, lo desafío a encontrar un avión comercial moderno sin winglets, y eso es porque mejoran la eficiencia general del avión. Decir lo contrario es engañoso.

La misma razón por la que no hay alerones en los planeadores. La mayoría de las puntas de las hélices son lo suficientemente pequeñas y puntiagudas como para que haya un desbordamiento insignificante que cause vórtices en las puntas de las alas que hacen que el ala sea ineficiente. Las palas de hélice con puntas anchas como las de los helicópteros C130 o Huey se pueden mejorar con winglets, pero dicho diseño también agrega complejidad (costo), peso y fuerzas que pueden impedir la confiabilidad y seguridad de las palas.

casi todas las velas de competición tienen winglets
Tenga cuidado de no molestar a los miembros del culto winglet, ya que se irritan fácilmente y lo castigan con votos negativos si no comparte sus creencias.
Una pala de helicóptero Huey no es una hélice: es un ala giratoria (perfil aerodinámico). Las palas de helicóptero en una gran cantidad de modelos mejoran el rendimiento (y reducen el ruido) alrededor de la punta al desplazarla hacia atrás. El flujo de aire que cambia constantemente sobre una pala de rotor en vuelo es significativamente diferente del flujo de aire sobre un avión comercial de ala en flecha. Esta respuesta fue rechazada debido a la desinformación.
¿Por qué las palas de las hélices no tienen alerones?
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