¿Qué ángulo están inclinados los rotores delanteros de los helicópteros tándem y por qué este valor?

La inclinación hacia adelante de los rotores principales con respecto al fuselaje no está relacionada con el diseño del rotor en tándem, sino con una combinación de sustentación del fuselaje y la necesidad de proporcionar también empuje con el rotor principal.

En primer lugar, una revisión de otros diseños en tándem muestra que aquellos que no están relacionados con el CH-47 no siempre comparten la inclinación hacia adelante:

Prototipo Bell XHSL-1

Filtro de investigación Beta 200A

McCulloch YH-30

Piasecki H-21B

Yak-24

Y al observar los helicópteros que no son tándem, también encontramos una inclinación similar:

Sikorsky CH-53

NHIndustrias NH90

Mil V-12

Mil Mi-26

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La razón es doble:

Un helicóptero obtiene su empuje del mismo lugar que la mayor parte de su sustentación: del rotor principal. Esto significa que en vuelo hacia adelante, el rotor principal siempre tendrá su plano de punta ligeramente inclinado hacia adelante para contrarrestar la resistencia que actúa sobre la estructura del avión.

Además, los helicópteros grandes como los diseños en tándem sobre los que pregunta experimentan fuerzas aerodinámicas significativas en el fuselaje a altas velocidades. Para mitigar esto, los rotores principales se instalan en ángulo de modo que en actitud de crucero el componente de sustentación del fuselaje sea positivo. Se puede ver más claramente en vuelo:

NHIndustries NH90 en vuelo

Sikorsky CH-53 en vuelo

Boeing CH-47D en vuelo

Pude encontrar alguna corroboración del efecto de sustentación del fuselaje en este informe de Boeing que incluye una curva de sustentación para el fuselaje obtenida a través de pruebas de túnel de viento. Como se puede ver$\alpha_{zero-lift} \approx 4.5^o$

En cuanto a cuál es el ángulo exacto, eso depende del diseño y, en última instancia, se optimiza después de pruebas exhaustivas, si se considera que vale la pena.