Un argumento que sigo viendo en otras preguntas sobre el tema es que los helicópteros contribuyen activamente con energía tanto a la traslación horizontal como al mantenimiento de la posición vertical, mientras que los aviones obtienen la vertical "gratis" y sólo necesitan vencer la resistencia para mantenerse en el aire. A mí este argumento me parece erróneo, pero si no lo es, me gustaría entender dónde me está llevando por mal camino mi razonamiento.
Estoy de acuerdo. Siempre me ha parecido que hay lagunas en el razonamiento de que los aviones son más eficientes que los helicópteros porque el ala de un avión sólo tiene que proporcionar sustentación, mientras que el rotor de un helicóptero tiene que proporcionar tanto sustentación como empuje. La razón es que la producción de sustentación no es gratis Por eso los aviones necesitan hélices que les proporcionen empuje para vencer la resistencia a la forma. y Arrastre inducido; si la producción de sustentación fuera gratuita, se podría producir sustentación a cero grados de AOA con un perfil simétrico, con lo que no se incurriría en penalización por arrastre inducido, pero, por supuesto, no es el caso.
Este razonamiento parece reducirse a dos cosas que a menudo no se explicitan lo suficiente (si es que se explicitan):
- La producción de sustentación en un avión no es gratuita, pero el movimiento de avance utilizado para ir del punto A al punto B sí lo es. La diferencia es que se puede tener movimiento de avance sin sustentación, pero no se puede tener sustentación sin movimiento de avance. El mismo movimiento que es necesario para producir la sustentación que mantiene el avión en el aire también puede utilizarse para desplazarlo del punto A al punto B. En un helicóptero, en cambio, son cosas distintas. Esto afectaría a la eficiencia de la distancia, pero no necesariamente la eficiencia del tiempo de vuelo.
- Algo relacionado con el nº 1 es que en un helicóptero, tienes un movimiento que produce elevación\/push en el rotor giratorio que se encuentra con resistencia que debe ser superada, y tienes movimiento de traslación hacia delante de la aeronave que experimenta una resistencia que también debe ser superada. Pero esto ignora el hecho de que las hélices de los aviones también tienen una que superar. Es en esta transformación del empuje en sustentación en un avión donde las comparaciones se vuelven turbias con esta línea de razonamiento, que es la razón por la que no me gusta a menos que tengas suficiente información para equilibrar todos los números.
A continuación se exponen razones más claras y menos turbias por las que los aviones ganan a los helicópteros tanto en eficiencia como en tiempo de vuelo. Aunque no implican necesariamente eficiencia en distancia, cuando se combinan con el nº 1 sí que lo hacen.
- El fuselaje de un avión es más aerodinámico y, por tanto, más productivo. menos resistencia al movimiento de traslación que el fuselaje de un helicóptero. lo que reduce el consumo de combustible por distancia recorrida. Y, por supuesto Y, por supuesto, como se ha mencionado anteriormente, este movimiento de traslación también se utiliza directamente para la producción de sustentación. también se utiliza directamente para producir sustentación.
- Las alas de los aviones son más eficientes aerodinámicamente que las palas de los rotores de los helicópteros porque son mucho más grandes (lo que les puede faltar en relación de aspecto en comparación con las palas de los rotores se compensa con la cuerda, que afecta al número de Reynolds con el que funcionan). La mayor superficie permite que las alas de un avión muevan una mayor masas de aire para producir el mismo impulso. $mv$ que menor consumo de energía mediante $1/2mv^2$ . Lo que nos lleva a...
- Además, las alas de los aviones tienen un mayor aprovechamiento de la masa porque la distribución de la sustentación es más uniforme desde la raíz hasta la punta, en comparación con los rotores de los helicópteros. Esto se debe a que toda el ala se desplaza por el aire más o menos a la misma velocidad de la raíz a la punta (sin tener en cuenta las diferencias en el flujo a lo largo de la envergadura), mientras que las palas de los rotores giratorios tienen una velocidad del aire casi nula en la raíz, cerca del centro de rotación, y producen la mayor parte de su empuje en algún punto pasado el centro de la envergadura, en los bordes exteriores. Esto significa que se produce más sustentación por cada masa invertida en la estructura del ala.
Si se dispusiera de materiales de unobtanio superresistentes y superligeros (con una densidad cercana a cero en algunos casos), se podría intentar construir un helicóptero con un rotor ENORME que trazara la misma trayectoria que las alas de un avión en círculos, con la misma cuerda. Obviamente, esto es imposible en el mundo real, ya que un rotor tan grande lo haría:
- experimentan increíbles tensiones de flexión
- ser muy pesado
- experimentan tensiones centrípetas increíbles ya que están balanceando un rotor enorme y pesado
- requieren una caja de cambios que pueda soportar las tensiones que implica el giro de un rotor de este tipo, lo que significa que la caja de cambios es grande y pesada si está fabricada con materiales reales.
Pero ese helicóptero imaginario fabricado con unobtanio tendría una aerodinámica similar a la de un avión en círculos fabricado con materiales reales y, por tanto, tendría una eficiencia similar en cuanto al tiempo de vuelo, suponiendo que acabaran teniendo un peso similar. Pero incluso en movimiento de avance, este helicóptero imaginario sale perdiendo porque la resistencia a la traslación de un rotor de este tipo es enorme y el movimiento de la superficie aerodinámica del rotor no es un simple movimiento hacia el destino, por lo que no se puede aprovechar como las alas fijas de un avión.
