Přehled

Nejúčinnější vrtule je jednolistá, má nekonečně úzký akord, má nekonečně tenký profil křídla, má nekonečně dlouhou lopatku, točí se nekonečně pomalu a vyžaduje nekonečný točivý moment. Takže s rizikem uvedení zjevné, design vrtule je studie kompromisů a kompromisů potřebných k vytvoření něčeho praktického. Zde je seznam některých kompromisů:

• délka: výška podvozku (nebo hloubka vody) omezuje délku čepele.
• materiální omezení: tlustší profil křídla lépe odolává silám. Silnější materiály umožňují tenčí profil křídla a přitom stále splňují požadovaná pevnost listu
• omezení elektrárny: točivý moment potřebný k roztočení vrtule by měl odpovídat křivce účinnosti motoru a výkonu.
• číslo čepelí: více čepelí se rovná většímu tahu pro stejný průměr
• zvýšený faktor aktivity (aka šířka čepele): širší čepele produkují větší tah pro stejný průměr
• vyvážení: jedna podpěra je velmi je těžké vyvážit, aniž by to způsobovalo velkou odporovou sílu.
• vibrace: tři podpěry dávají méně vibrací než dvě
• zvukové znečištění: menší podpěry, které se točí pomaleji, jsou příjemnější na uchu
• vnímání spotřebitelů: spotřebitelé rádi vidí ve svých fanoušcích velké lopatky, bez ohledu na skutečnou účinnost a výkon.
• hustota tekutiny:
  • husté tekutiny jako protože voda může způsobit kavitaci, která může rychle poškodit vrtuli. Jedním z řešení je změnit tvar špičky tak, aby se minimalizovala pravděpodobnost kavitace.
  • v opačném měřítku, u kapalin s nízkou hustotou, jako je vzduch, se špička čepele může točit tak rychle, až se zastaví.

Co se týká dronů

Rotorcraft je trochu speciální, takže pojďme se rozdělit podle typu:

Vertikální pohon

Multirotorové drony a vrtulníky mají ve srovnání s čluny spoustu prostoru, takže není nutné zvlášť omezovat jejich průměr. Své rotory si vybírají především na základě výkonu elektrárny.

Podélný pohon

Drony s pevnými křídly a podvozkem se řídí stejnými pravidly jako plnohodnotná letadla. Pokud se vrtule při vzletu dotkne země, není to příliš užitečné!

Drony s pevnými křídly bez podvozku, např. ruční odpalovací kluzáky, mohou používat velmi velké skládací vrtule. Ty jsou vybírány podobně jako multirotory, kde jde o efektivní párování elektráren.

Jak zdůraznil @RobinBennett: „Nechcete, aby se zastavilo, když letadlo stojí, takže existuje maximální úhel sklonu - a to nastavuje maximální rychlost. Chcete-li jet rychleji, musíte rychle otáčet vrtule a pokud máte pevně dané množství energie, potřebujete menší vrtule, abyste ji roztočili rychleji. “

Jak je stručně vysvětleno zde na Aviation.SE a zde na Physics.SE, rozdíly v délce akordů ( a další vlastnosti vrtulí jako průměr a stoupání ) jsou většinou odvozeny ze skutečnosti, že voda je ~ 800x hustší než vzduch a má za následek různé optimální vlastnosti vysoce účinných vrtulí.

Lodní vrtule mají obvykle průměr omezený, aby omezily tah ( maximální hloubka ) plavidla, a proto by se musel otáčet rychleji, aby vytvořil požadovaný tah. Výsledkem jsou velké tlakové spády na povrchu vrtule, které způsobují ztráty kavitace. Tyto tlakové gradienty jsou sníženy zvýšeným počtem lopatek a délkou tětivy, což poskytuje větší povrchovou plochu pro reakci vody a umožňuje pomalejší točení vrtule.

( cit. )

Obrázek kavitace na námořní vrtule, kde velké tlakové spády na povrchu vrtule způsobují bubliny nízkotlaké vody které odčerpávají účinnost a při zhroucení mohou způsobit poškození vrtule.

Podobně jako u stolních ventilátorů, jejichž průměr je omezen dostupným prostorem a rychlostí (pro snížení hluku), takže oblast lopatek je zvýšena, aby se přesunulo více vzduchu (účinnost není tolik znepokojující).

Multirotory nemají stejné mezní hodnoty průměru ( protože špičky nesplňují nebo nepřekračují Mach 1 je problém ), což odstraňuje potřebu velkých délek akordů.

Relevantní diskuse Reddit