¿Sería práctica una pala de rotor más grande y más lenta?

De hecho, un rotor relativamente grande tiene ventajas:

• Bajas velocidades inducidas: menos arena y arbustos que son arrastrados por la corriente de aire del rotor.
• Baja tasa autorrotacional de descenso.
• Baja potencia requerida en el vuelo estacionario.

Sin embargo, también hay algunas desventajas:

• El tamaño del helicóptero es menos práctico en el aterrizaje, despegue, limpieza de edificios, etc.
• El peso en vacío es mayor, un factor muy importante en los aviones VTOL.
• El arrastre del cubo es mayor.

Un rotor más pequeño tendrá un cubo más pequeño y liviano y una resistencia parásita general más baja: más eficiente para el vuelo de crucero. Hay un límite práctico para el radio de la pala de unos 12 m debido a la caída del rotor estático cuando no está girando. De J. Gordon Leishman :

La caída estática puede aumentar rápidamente para diámetros de rotor más grandes y puede causar problemas al arrancar y detener el rotor, especialmente en condiciones de viento racheado donde las bajas fuerzas centrífugas en las palas pueden provocar que las palas del rotor se muevan y se flexionen. y quizás impactar la estructura del avión.

La velocidad de rotación del rotor está determinada por la velocidad de la punta y se establece de tal manera que a la velocidad de crucero la punta de la pala que avanza permanece por debajo del número de Mach de divergencia de arrastre. La reducción de la velocidad punta permite alcanzar una mayor velocidad de vuelo.

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Existe un diseño óptimo para el tamaño del disco del rotor, determinado por el peso. La relación peso sobre el área del disco es la carga del disco y la analogía con la carga alar de los aviones de ala fija es muy fuerte: un área grande del ala crea más resistencia y peso de construcción. La relación entre la carga del disco y el peso operativo se rige en parte por la ley del cubo cuadrado, y se puede observar una clara tendencia cuando los dos parámetros se comparan entre sí: hay un óptimo regido por el peso, y el óptimo no es el más grande. diámetro del rotor.

Rogers dice ,

Teóricamente, la hélice más eficiente es una hélice de una sola pala de gran diámetro que gira lentamente.

En general, si todo lo demás es igual, si puede obtener una hélice o un ventilador de mayor diámetro en su avión, tendrá una mayor eficiencia. Vemos turboventiladores cada vez más y más grandes en parte por esta razón. También subraya por qué el AeroVelo Atlas tiene rotores tan grandes.

Entonces, ¿por qué no pegar accesorios gigantes en todo? Hay muchos factores, incluyendo

• La practicidad de la fabricación. ¿Puedes construir palas lo suficientemente largas y rígidas sin negar tu eficiencia extra con el peso?
• La disposición de la aeronave. ¿Puedes colocar el puntal debajo del ala, por ejemplo? O para un helicóptero, ¿tendrán las palas suficiente distancia al suelo en sus puntas cuando el rotor no esté girando?
• La velocidad aerodinámica prevista de la aeronave. Como menciona Airsick en un comentario, en un helicóptero puede obtener muy poca velocidad de avance antes de detener parte de la pala. En un avión de ala fija, se encontrará más rápidamente con un flujo supersónico en las puntas de las palas (lo que provoca un arrastre y un ruido inaceptables) a medida que intenta hacer girar la hélice más rápido.

Cualquier diseño de aeronave es el resultado de optimizaciones y compensaciones rigurosas y extensas. Los puntos que hace son válidos, pero generalmente están limitados por otros factores.