¿Cómo lo aceleran las palas de la hélice que giran a través del aire para proporcionar empuje?

Esto se basa en Wikipedia, Propeller Design , pero como sugerí mi comentario anterior, la idea básica es la de un ala vertical. Como nota histórica, los hermanos Wright crearon su propio túnel de viento (¿el primero?) para probar sus diseños de hélices, ya que había muy pocos datos disponibles y la mayoría de las medidas, estimaciones, etc., que obtuvieron de otras fuentes era completamente equivocado.

Las hélices son similares en la sección aerodinámica a un ala de baja resistencia, por lo tanto, al igual que con el ala de un avión, son más eficientes en su ángulo de ataque óptimo y pueden volverse ineficientes en otros ángulos de ataque. Un método para superar esta limitación es utilizar un mecanismo de paso variable, que permite al piloto alterar el ángulo de paso de las palas a medida que cambian la velocidad del motor y la velocidad de la aeronave. Un posible peligro de este mecanismo es que, si falla, la aeronave puede sufrir graves problemas durante el vuelo.

Una hélice bien diseñada suele tener una eficiencia de alrededor del 80 % cuando funciona en el mejor régimen. La eficiencia de la hélice está influenciada por el ángulo de ataque (α). Esto se define como α = Φ - θ,[11] donde θ es el ángulo de hélice (el ángulo entre la velocidad relativa resultante y la dirección de rotación de la pala) y Φ es el ángulo de paso de la pala. Los ángulos de paso y de hélice muy pequeños dan un buen rendimiento contra la resistencia pero proporcionan poco empuje, mientras que los ángulos más grandes tienen el efecto contrario. El mejor ángulo de hélice es cuando la pala actúa como un ala produciendo mucha más sustentación que arrastre. El ángulo de ataque es similar a la relación de avance de las hélices.

Otra consideración es el número y la forma de las cuchillas utilizadas. El aumento de la relación de aspecto de las palas reduce la resistencia, pero la cantidad de empuje producido depende del área de la pala, por lo que el uso de palas de gran aspecto puede resultar en un diámetro de hélice excesivo. Otro equilibrio es que el uso de un número menor de álabes reduce los efectos de interferencia entre los álabes, pero tener suficiente área de álabes para transmitir la potencia disponible dentro de un diámetro determinado significa que se necesita un compromiso. Aumentar el número de palas también reduce la cantidad de trabajo que debe realizar cada pala, lo que limita el número de Mach local, un límite de rendimiento significativo en las hélices.