Ce dont vous parlez existe, on les appelle les hélices Q-Tip.

N'oubliez pas qu'une pale d'hélice est juste un profil aérodynamique - comme une aile - et le l'aérodynamique de base n'est pas différente de celle d'une aile. Mais la rotation de la pale crée plus de phénomènes qu'une aile, en particulier le vortex hélicoïdal que l'on voit derrière l'hélice et provoque toutes sortes d ' effets d'hélice .

En théorie, rien ne nous empêcherait d'avoir des winglets au bout des hélices: les avantages seraient

1. Rendre l'hélice plus efficace en réduisant la traînée induite (idem winglet sur une aile)
2. Réduire le bruit
3. Maintenir la vitesse de pointe de l'hélice subsonique en diminuant sa longueur

Le gros problème réside dans les contraintes aérodynamiques, et pour autant que je sache, il y a eu des échecs assez spectaculaires lors des tests, donc la solution est maintenant de donner un plus grand balayage aux extrémités (voir cela comme équivalent au bout d'aile 777 par rapport au 787 par exemple). Essayez de trouver des articles sur le Hartzell Q-tip .

Comme les hélices navales sont plus larges et capables de supporter des contraintes de couple plus importantes, les hélices modernes ont des winglets. Vous pouvez trouver quelques photos sur le web.

Comme d'autres l'ont souligné, le montage de l'anneau sur l'hélice augmentera considérablement la contrainte sur les lames. Le même effet peut être obtenu avec un linceul bien ajusté.

Il y a effectivement eu un avion qui utilisait ce concept, le RFB FanTrainer (voir l'image ci-dessous). Pour réduire le poids et la zone mouillée, le diamètre de l'hélice était beaucoup plus petit qu'avec une hélice ordinaire, de sorte que l'efficacité globale n'était pas meilleure. Cependant, les plus petites inerties de rotation produisaient un effet plus semblable à une turbine (moins de précession), donc le concept a été utilisé pour un entraîneur de base pour les futurs pilotes de jet.

En fin de compte, le FanTrainer n'a connu qu'un succès limité et a été interrompu après la construction de 50. La conception était trop légère pour répondre à tous les désirs des forces aériennes pour un entraîneur de base, et le marché privé à l'époque diminuait et regorgeait d'avions plus anciens qui servaient également bien les clients soucieux des coûts. Cependant, il offrait presque des caractéristiques de type jet pour un prix par heure de vol particulièrement bas.

En général, si vous souhaitez protéger l'hélice pour une meilleure efficacité, vous devez accepter la plus grande surface de le linceul, qui ajoutera rapidement plus de traînée que vous ne risquez jamais de sauver en empêchant le flux autour des pointes des accessoires.

Que pourrait-on enregistrer en enveloppant l'accessoire? La traînée induite serait la même, car elle provient de la création de l'ascenseur. La théorie classique des hélices à perte induite minimale par A. Betz et L. Prandtl nécessite une répartition de la portance elliptique sur le disque de l'hélice, de sorte que le soulèvement des hélices se rétrécit doucement aux extrémités. Augmenter artificiellement cela ne serait utile que si cela pouvait réduire la corde de la lame au niveau des pointes - puisque les pointes subissent la pression dynamique la plus élevée, cela pourrait en effet se traduire par une traînée de friction moindre. Cependant, ce gain est faible par rapport à l'augmentation massive de la traînée de friction d'un hauban.

À grande vitesse, les pertes induites sont faibles et d'autres facteurs deviennent dominants. Notez que les turboréacteurs et les hélices fortement chargées ne sont pas conçus pour une perte induite minimale, mais pour une poussée maximale avec un diamètre donné. Une hélice blindée peut bénéficier d'une charge de disque plus élevée, de sorte que vous obtenez la même poussée avec des pales plus petites et des vitesses de pointe inférieures, ce qui contribuera à l'efficacité à haute vitesse. Des pales plus petites se traduisent par moins de pertes de friction sur l'hélice, et des vitesses de pointe inférieures se traduisent par une vitesse de croisière plus élevée avant que les pertes de Mach ne commencent à mordre.

Ainsi, à grande vitesse, un hauban peut être utile lorsqu'il n'est pas trop grand . Les turbosoufflantes souffrent de ce dilemme. Ils pourraient avoir des taux de contournement beaucoup plus élevés qu'aujourd'hui, mais cela signifierait d'énormes nacelles, et l'augmentation de la traînée de la nacelle compenserait les gains résultant du taux de contournement accru. La laminarisation active du flux de nacelles est la voie à suivre ici, mais jusqu'à présent, la mise en œuvre pratique n'a pas encore eu lieu.

Un ventilateur à conduit se rapproche de ce que vous décrivez, bien que l'anneau autour de l'hélice soit stationnaire au lieu d'être attaché et tournant avec l'hélice.

Le principal avantage d'un ventilateur à conduit est un rendement plus élevé en raison de la réduction des pertes en bout de pale d'hélice (essentiellement la traînée induite), mais cet avantage d'efficacité est perdu à des vitesses plus élevées et / ou à une demande de poussée inférieure.

Dans les avions "normaux", les inconvénients d'un ventilateur gainé l'emportent sur les gains d'efficacité. Les ventilateurs à conduits sont principalement utilisés dans les dirigeables et les avions VTOL comme le tristement célèbre Bell X-22. Ils sont également utilisés dans la plupart des modèles réduits d'avions à réaction.

Les Q-Tips et les fans Duced sont les plus importants pour résoudre les problèmes auxquels vous pensez.

Votre idée de bague serait très difficile à mettre en œuvre pour un certain nombre de raisons, le poids étant primordial. Un anneau métallique tout autour de l'hélice ajouterait une quantité importante de poids à l'avion, ce qui annulerait probablement les gains d'efficacité que vous obtiendrez en stabilisant le flux d'air. De plus, les pointes d'une hélice subissent déjà plusieurs milliers de G à des régimes de fonctionnement normaux. Ceci est acceptable car l'hélice devient de plus en plus légère à mesure que vous approchez des pointes. Mais si vous deviez attacher un anneau de métal pesant quelques dizaines de livres, les forces seraient astronomiques, et votre hélice échouerait très rapidement.

Un deuxième problème est que pour avoir des hélices efficaces, nous tournez légèrement les lames pour changer l'angle auquel elles mordent dans l'air. Celles-ci sont appelées hélices à vitesse constante, et elles sont déjà un peu compliquées. Si vous ajoutez un deuxième point de pivotement aux pointes de l'hélice pour qu'elles puissent se déplacer à l'intérieur de l'anneau, vous ajoutez simplement un tas de roulements, de la graisse, du poids et un autre point de défaillance.

Enfin, l'équilibrage de l'anneau serait probablement une tâche difficile. Tout d'abord, votre bague devrait être fabriquée selon des tolérances très précises qui seraient assez coûteuses. La moindre entaille ou bosselure dans l'anneau (ce qui arrive fréquemment aux hélices) le déséquilibrera et nécessitera au minimum du travail, et tout au plus pourrait faire trembler toute l'hélice. C'est déjà un problème mineur pour les accessoires, mais lorsque vous placez votre disque lourd sur un long bras à partir de son point d'appui, puis le soumettez à des forces G incroyablement élevées, vous amplifiez simplement les défauts qu'il peut avoir.

Pour une perspective historique, faites des recherches sur l'aile Culver Channel produite en 1952-53. Cet avion bimoteur (poussoir) possède deux conduits qui n'encerclent pas complètement l'hélice mais font partie de l'aile. Cela a conduit à des capacités de décollage extrêmement courtes parce que le flux d'air au-dessus de l'aile n'était pas lié à la vitesse sol vers l'avant. J'irais même jusqu'à dire que c'était une première étape dans les capacités VTOL des ventilateurs canalisés.

Cet article de Doug Robertson publié en 2005 sur airport-data.com contient de belles images et ce qui semble être une histoire narrative bien documentée de l'avion.