¿Se podría usar algún diseño de hélice tanto en el aire como en el agua?

Hay dos diferencias importantes entre el aire y el agua: el aire es comprimible, y las densidades están separadas por un factor de ~1000: ¡1 kg/m³ frente a 1 t/m³!

Para la mayoría de los casos en los que se utilizan hélices, la compresión no juega ningún papel porque las diferencias de presión son muy bajas. Las densidades, sin embargo, juegan un papel importante.

El empuje se puede describir como$F = \dot m * \Delta v$, con$\dot m$siendo el caudal másico - kg&/s o similar - y$\Delta v$la diferencia en la velocidad de un elemento de volumen de fluido se acelera.

Entonces, para lograr un empuje similar, la misma hélice tendría que mover 1000 veces más aire que agua en volumen. De ahí las hélices giratorias a menudo más grandes y más rápidas para los aviones.

Por otro lado, en un medio más pesado, cada ala de la hélice está sujeta a un par mayor (en igualdad de condiciones):

( Fuente )$\rho$es densidad,$V_a$velocidad de avance (cuánto avanza la hélice por revolución), D es el diámetro y N el número de revoluciones.

Sin entrar en las matemáticas, probablemente se pueda demostrar que en un medio más pesado, la hélice experimentará algo más de par para el mismo empuje; ahora me da flojera intentarlo. La hélice se construirá con un material más robusto (y posiblemente más pesado) de lo que sería si se tratara de una hélice solo de aire.

Dicho esto, creo que una hélice para ambos medios es completamente posible, aunque desafiante.

Sin embargo, una hélice para ambos medios necesitará un tren motriz que pueda acomodar una velocidad de aproximadamente un factor de 1000 (eso no es trivial).

Otra razón por la que no vemos una hélice para ambos medios es que no hay ningún vehículo que pueda usar una.

¿Quién dijo que las hélices en el agua son pequeñas? Si echa un vistazo a un submarino nuclear, es probable que vea que la altura de la única hélice es casi la altura del submarino. El tamaño de las hélices no importa en absoluto. ¡Se basa completamente en qué tan denso es el fluido (lo suficiente como para romper la hélice)..!

Las hélices de agua tienen muchos desafíos que enfrentar. Un barco tiene mucha masa (para ser empujada) en comparación con los aviones. Además, las palas también experimentan cavitación (un fenómeno de formación de burbujas) que provoca el desgaste del material. Por lo tanto, las hélices deben ser fuertes y también estar construidas de tal manera que se mantenga el equilibrio del barco.

Por otro lado, las hélices de los aviones no tienen (o tienen menos) problemas a los que enfrentarse cuando se impulsan por el aire en comparación con los barcos. La presión ejercida por las palas es suficiente para levantar el avión. El tema es diferente es el agua porque "toda una masa " de agua tiene que ser empujada hacia atrás.

Tienes razón sobre ellos cuando se reemplaza la función de ambos. El avión ni siquiera puede levantar la hélice de un submarino. Por lo tanto, no puede haber "inter-hélices" que puedan funcionar dependiendo de los fluidos (como el de X-men). Pero, hay muchos modelos similares como algunos hidroaviones que pueden moverse a una velocidad moderada tanto en el aire como en el agua ya que se deslizan fácilmente. Pero nada de heterohélices...

Tomemos un ventilador de mesa con cuatro aspas. Si se mueve en sentido contrario a las agujas del reloj, entonces el lado a lo largo de la dirección de su movimiento se curva hacia adentro para que puedan empujar el fluido hacia afuera. Asumamos esto como empuje. Ahora, imagine cómo gira el ventilador en ambos fluidos. En el aire, requiere menos masa del ventilador para que pueda impulsarse hacia adelante. En el agua, se requiere más masa para empujar el fluido más denso hacia atrás y así empujar hacia adelante. Por lo tanto, la masa y la inercia importan aquí...