¿Cómo se puede diseñar un helicóptero sin rotor de cola?

El par en un helicóptero es generado por el motor que impulsa el rotor principal en una dirección, lo que hace que el fuselaje gire en la otra dirección. El eje del rotor de cola está montado horizontalmente y, por lo tanto, crea su propio 'levantamiento' para proporcionar antipar. El paso del rotor de cola proporciona control direccional.

Maneras comunes de diseñar un helicóptero sin rotor de cola:

Rotores en tándem : Dos rotores principales montados uno frente al otro. Los discos del rotor giran en direcciones opuestas. Toda la potencia de los motores se utiliza para la elevación. Ejemplo: CH-47

Rotores transversales : dos rotores principales montados uno al lado del otro. Ejemplo: Kamov Ka-22

Rotores coaxiales : dos discos de rotor están montados uno encima del otro. Las unidades de motor accionan ambos rotores. Esta estructura requiere un mecanismo de plato cíclico muy complejo. Ejemplo: Kamov Ka-25

Rotores entrelazados : en este conjunto de rotor principal, los dos mástiles del rotor se instalan con un ligero ángulo entre sí, de manera transversalmente simétrica, de modo que las palas del rotor se engranan sin chocar entre sí. Ejemplo: Kaman K-MAX

Jet de punta : esta es una solución interesante para el problema del rotor sin cola. En lugar de impulsar los rotores con un motor de turboeje, el aire comprimido se envía a través de boquillas instaladas en las puntas de las palas del rotor. Los motores empujan efectivamente contra el aire en lugar del fuselaje del helicóptero. El rotor gira como una rueda de Catalina. Ejemplo: Hiller Avispón

NOTAR : NOTAR: el rotor sin cola utiliza un ventilador dentro de la pluma para generar un gran volumen de aire a baja presión, que sale a través de dos ranuras y crea un flujo de aire de capa límite a lo largo de la pluma de cola utilizando el efecto Coandă. La capa límite cambia la dirección del flujo de aire alrededor del brazo de cola, creando un empuje opuesto al movimiento impartido al fuselaje por el efecto de torsión del rotor principal. Ejemplo: MD-900

Consulte Wikipedia para obtener más información.

Otra opción para construir un helicóptero sin cola es usar un aleteo activo. Básicamente, la idea es no contrarrestar el par del rotor principal, sino utilizar un concepto de rotor que no genere un par.

En la Universidad Técnica de Delft aplicaron este principio para construir el Ornicopter (una mezcla de las palabras helicóptero y ornitóptero), un helicóptero sin cola. Se han realizado pruebas de vuelo utilizando este prototipo.

Según la universidad:

El aleteo activo

El aleteo activo de las palas es la clave del concepto Ornicopter. De esta manera, la pala puede generar una fuerza propulsora para girar por sí misma y, por lo tanto, no se necesita el par del eje. Esto da como resultado un rotor principal sin par, es decir, se puede eliminar el rotor de cola.

Más información aquí

Actualizar

Con respecto a la pregunta sobre escalabilidad planteada en uno de los comentarios:

Encontré una tesis doctoral sobre el tema (descargar) que hizo un estudio de factibilidad en un ornicóptero a escala Bo-105. La tesis dice:

"La tesis demuestra que el diseño óptimo para el Ornicopter en comparación con el modelo de referencia Bo-105 se caracteriza por una menor carga de pala, una mayor velocidad en la punta del rotor y un tamaño de aleta vertical más grande. Este diseño óptimo da como resultado una envolvente de vuelo ampliada debido a la reducción área de pérdida del rotor y estabilidad de guiñada mejorada en vuelo hacia adelante.

Sin embargo, a pesar de estas mejoras en la envolvente de vuelo del Ornicopter, hay un ligero aumento en la potencia requerida en comparación con la especificación Bo-105 (aproximadamente un 5% a 150 nudos).

Para compensar la potencia de mayor perfil necesaria para el diseño óptimo del Ornicopter, se requiere un radio de rotor más grande para reducir la potencia inducida y mantener al mínimo el aumento de la potencia total requerida. Esta tesis puede considerarse como un primer paso para racionalizar las expectativas con respecto al diseño del helicóptero sin cola del Ornicopter.

La tesis demostró que este nuevo concepto muestra un rendimiento ligeramente inferior al de los helicópteros convencionales en cuanto a consumo de energía en vuelo hacia adelante y techo de servicio. Esto es decepcionante ya que una de las suposiciones era que la eliminación del rotor de cola también eliminaría el consumo de energía asociado con un rotor de cola. "