¿Cuánta fuerza contrarresta el rotor de cola de un helicóptero?

La relación sustentación-resistencia de las palas del rotor principal es de alrededor de 10, por lo que el rotor de cola tiene que proporcionar una fuerza equivalente a una décima parte del peso de la aeronave.

Por supuesto, debe tener en cuenta los pares de torsión y los brazos de palanca, pero si asumimos que la mayor parte de la sustentación y el arrastre son creados por la parte exterior del rotor principal y que el brazo de palanca del rotor de cola es aproximadamente el mismo, simplemente podemos ignorar a ellos. En la mayoría de los helicópteros, el brazo de cola es un poco más largo que el radio del rotor principal, por lo que la fuerza puede ser entre un 20 % y un 50 % menor. Por otro lado, el rotor de cola suele ser menos eficiente, especialmente en algunos modelos más nuevos con ventiladores pequeños con conductos, por lo que el rotor de cola puede consumir un poco más del 10 % de la potencia.

De hecho, el rotor de cola de los helicópteros proporciona empuje antitorque, más empuje para maniobrar en el eje de guiñada. Una cita de Principios de Aerodinámica de Helicópteros por j. Gordon Leishman sección 6.9:

La magnitud de este empuje, así como su consumo de energía, depende del par de reacción del rotor principal,$Q_{MR}$, y la ubicación del rotor de cola desde el centro de gravedad (es decir, el brazo de momento$l_{MR}$). Además, existen efectos de inercia que el rotor de cola debe superar durante las maniobras de guiñada. En este caso, el empuje del rotor de cola se puede encontrar a partir de

$$Q_{MR} + I_{ZZ} \ddot{\Psi} = T_{TR} \cdot l_{TR}$$ dónde$\ddot{\Psi}$es la aceleración de guiñada y$I_{ZZ}$es el momento de inercia de la masa del helicóptero con respecto al eje de guiñada.

El par del rotor principal$Q_{MR}$se puede calcular a partir de la potencia neta instalada y las RPM del rotor principal. Por ejemplo para el Bell 212, para el cual hemos hecho un modelo aerodinámico de simulador:

• Potencia TO reducida instalada$P_I$= 962 kilovatios
• RPM del rotor = 320 =>$\Omega$= 33,5 rad/s
• Torque del rotor principal$T = P_I / \Omega = 962 * 10^3 / 33.5$= 28.716 N·m

Con un brazo de momento del rotor de cola de 8,82 m, el empuje del rotor de cola sería entonces 28 716/8,82 ≃ 3260 N

Y, de hecho, el método anterior debe tener en cuenta las pérdidas de energía:

• La potencia para impulsar el rotor de cola está entre el 10-20% de la potencia instalada y se pierde por completo, a menos que el rotor de cola esté inclinado.
• La transmisión entre el motor y los rotores provoca pérdidas por fricción.
• Los sistemas hidráulicos y eléctricos instalados requieren potencia del motor.

Un método completo para calcular el rendimiento del rotor de cola tiene un alcance bastante amplio y se puede encontrar, por ejemplo, en Helicopter Performance, Stability and Control de Ray Prouty, capítulo 3.