¿Cuáles son los principios de diseño que dan como resultado palas de rotor principal delgadas, de gran envergadura y de cuerda estrecha?

A diferencia de los aviones de ala fija, existen muy pocas limitaciones estructurales en la forma en planta de las palas de los helicópteros.

La imagen de arriba se usó en esta respuesta y muestra la fuerza centrífuga que actúa sobre las cuchillas. El álabe está articulado al cubo del rotor, y desde el ángulo relativo al cubo del rotor podemos ver que la fuerza de elevación sobre el álabe en dirección vertical es mucho menor que$F_C$. Eso permite que el helicóptero use palas con una relación de aspecto muy alta, que es aerodinámicamente la más eficiente para un área de sustentación dada.

Un rotor como el de la imagen tiene un momento de flexión cero en la raíz: tiene una bisagra. Las palas de buje fijo experimentan un momento de flexión de la raíz, pero esto también es cómodo compensado por las fuerzas centrífugas.

En general, los principios de diseño de un rotor de helicóptero son:

1. Para un rango y peso bruto de diseño dado, establezca una carga práctica del disco del rotor. Esto da como resultado el área del disco del rotor => longitud de la pala.
2. La velocidad de rotación del rotor es lo más alta posible, sin entrar en Mach crítico en la hoja de barrido hacia adelante en crucero.
3. El número de álabes es el mínimo con el que podemos salirnos con la nuestra. Los rotores con la solidez más baja tienen la mayor eficiencia, aumentar el número de álabes tiene algunas ventajas, como una menor vibración inducida por el rotor y una firma de ruido menos distintiva.

Respecto al último punto: el Wop Wop del UH-1 era un rasgo distintivo bien conocido. El Huey tenía dos palas con una cuerda más grande de lo habitual: debido al diseño del cubo tambaleante, el número de palas se limitó a 2 y, para adaptarse a la carga de disco requerida, las palas del rotor tienen una cuerda más ancha que en rotores totalmente articulados de tamaño similar. .

comentario bajo pregunta: "mira el ... X 50 Dragonfly"

Bueno, ambos chocaron. Motivo: el rotor creaba demasiadas turbulencias alrededor del fuselaje, creando una tendencia incontrolable de cabeceo hacia arriba.

Además de la respuesta de @Koyovis, una relación de aspecto muy alta (permitida por la "fuerza centrífuga" en las palas cuando giran) reduce la turbulencia, por lo que reduce la interferencia con la siguiente pala (y cualquier otra cosa que esté alrededor).

La reducción de la turbulencia por unidad de sustentación del rotor producida se basa en el mismo principio de reducción de la resistencia aerodinámica en alas de aspecto alto: vórtices de punta y borde de fuga más pequeños y débiles. Esta es también la razón por la que las hélices de alto aspecto, en la menor cantidad posible, son más eficientes.