Warum werden große Propeller mit niedriger Geschwindigkeit nicht häufig verwendet?

Sie irren sich nicht, es ist effizienter, eine große Masse um wenig zu beschleunigen als eine kleine Masse um viel.

Dies liegt daran, dass der Impuls linear zur Geschwindigkeit und Masse ist, während die Energie linear zur Masse, aber quadratisch zur Geschwindigkeit ist, sodass der gleiche Impuls effizienter erhalten werden kann, indem langsam eine große Luftmenge gedrückt wird, z. B. mit einem großen Propeller.

Die Gründe dagegen sind wie Sie sich vorgestellt haben, wie Abstand vom Boden und anderen geparkten Fahrzeugen. Außerdem leiden extrem lange Propellerblätter unter hohen Trägheits- und Biegemomenten, ohne den Vorteil der Zentrifugalsteifigkeit. Und dann ist da noch das Problem, die Propellerspitzen auf Unterschall zu halten, um zu vermeiden, dass viel Energie in Form von Schall verschwendet wird.

Das macht Sinn. Ein Bell 47- Helikopter bekommt weit über 3000 Pfund Schub von seinem 37 Fuß 300 U / min horizontalen "Propeller" mit nur 280 PS (wobei ein Teil davon zum Heckrotor geht), weit mehr als das Doppelte dessen, was dieser Motor erzeugen kann, wenn er einen 80-Zoll dreht Propeller bei 2700 U / min auf normale Weise (vielleicht 13-1500 lbs Schub). Aber um es wie einen normalen Propeller zu verwenden, wären 20 Fuß hohe Getriebebeine erforderlich.

Unter dem Gesichtspunkt "so lange wie möglich" also, abgesehen von der Frage der Spitzengeschwindigkeiten und Untersetzungen und all dem, ist das Hauptproblem die Bodenfreiheit für Ihre Stütze an einer bestimmten Flugzeugzelle. Der Osprey kommt mit diesen fabelhaft langen Rotoren/Propellern davon, die für Kreuzfahrten super effizient sind, weil sie sie für die Landung zum Schweben bringen und sich nicht mit dem Problem der Bodenfreiheit auseinandersetzen müssen.

In einem normalen Flugzeug müssen Sie jedoch mit einem Radius von ein paar Metern spielen, und idealerweise verwenden Sie die längste Stütze, die mit den Spitzen im Unterschallbereich an der Drehzahlgrenze Ihres Motors laufen kann, ohne den Boden zu berühren.

Ich denke, es gibt auch einen sehr wichtigen Grund: Die Fähigkeit, bei angemessen windigen Bedingungen zu fliegen / zu schweben.

Wenn der Propeller die Luft sehr langsam bewegt, können selbst kleine Turbulenzen das Flugzeug wegblasen.

Der Extremfall ist ein von Menschenkraft angetriebener Hubschrauber, der mit nur 1,1 kW einen Auftrieb von 128 kg erzeugen kann. Aber sie müssen es in Hallenstadien tun, weil jede Brise dazu führen kann, dass der Helikopter die Kontrolle verliert.

Ein weiterer Grund ist der Kompromiss zwischen Kosten/Komplexität und Effizienz. Besonders bei kleinen Drohnen laufen die meisten Motoren bei relativ hoher Geschwindigkeit effizienter. Wenn Sie große/langsame Propeller verwenden möchten, müssen Sie Getriebe verwenden, um die Drehzahl zu reduzieren, wodurch Gewicht und Kosten erhöht werden.

Große Propeller sind nicht immer besser. Es kommt auf die Geschwindigkeit an. Aus der Impulstheorie hängt die Effizienz von der Verringerung der induzierten Geschwindigkeit ab, und der Schub ist proportional zum Massenstrom. Bei niedriger Geschwindigkeit möchten Sie, dass ein großer Propeller den Massenstrom erhöht und die induzierte Geschwindigkeit verringert, aber bei hoher Geschwindigkeit ist der Massenstrom groß und Sie möchten den von großen Blättern erzeugten Luftwiderstand verringern.

Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt auch der Massenstrom, sodass der Durchmesser weniger „Gewicht“ auf den Wirkungsgrad hat. Wenn die Geschwindigkeit erhöht wird, „übernimmt“ der Blattwiderstand die Fahreffizienz, um auf dem größeren Propeller schneller abfallen zu können.