¿Cuáles son los beneficios de un rotor de cola no ortogonal (de tijera)?

¿Por qué el rotor de cola de algunos helicópteros (p. ej., Boeing AH-64 Apache) está hecho de palas no ortogonales (de tijera)?

¿Cuáles son los beneficios aerodinámicos (o cualquier otro beneficio) en comparación con la opción cruciforme ortogonal?

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( Fuente )

Los ventiladores de cuatro aspas que alguna vez se usaron en los radiadores de los automóviles a menudo se construyeron de modo que las aspas no fueran ortogonales. La razón era (si mi memoria no me traiciona...) que eran menos ruidosas que las ortogonales...
En la comunidad de automóviles y motocicletas, hay algo sobre el sonido de los ángulos de disparo desiguales, que van desde los motores en V de 45/60/95/90 grados hasta los gemelos paralelos de 270/315 grados hasta el "ninguno de los intervalos de disparo entre cualquiera de los 4" de Yamaha. los cilindros tienen la misma configuración". Creo que se aplica la misma teoría.
@xxavier: Aparentemente, lo mismo ocurre con los ventiladores de algunas computadoras portátiles de gama alta, aunque estas tienen mucho más que cuatro aspas.

Respuestas (3)

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Los comentarios y respuestas ya dicen que es para reducción de ruido. Lo que es más intrigante es el cómo:

Las palas no son coplanares (imagen).

El rotor de cola del Apache gira en el sentido de las agujas del reloj (video) cuando se ve desde el lado de babor. Las hojas más cercanas (plano más cercano) al espectador son las hojas principales de cada grupo. Un grupo son dos cuchillas cercanas independientemente del plano, por ejemplo, 1 y 2, como se indica arriba, son un grupo, 1 está al frente.

El empuje del rotor de cola se aleja del observador (de babor a estribor), lo que significa que el observador está mirando el lado de presión del rotor.

Abajo a la izquierda está lo que parece desde atrás del Apache. Esta disposición permite que las palas traseras (2 y 4) pierdan la estela de las que están delante (y más cercanas) a ellas.

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(Trabajo propio) Izquierda: Apache; Derecha: espaciado normal coplanar. La vista es desde atrás y el empuje es de izquierda a derecha.

Esta configuración de tijera en L, como se la conoce, en la que la pala inferior conduce produce más empuje debido a la mejor interacción.


Sobre la base de la extrapolación de los resultados de las pruebas y los cálculos, el aumento de empuje sobre un rotor convencional de cuatro palas de las mismas dimensiones es de aproximadamente un 10 %. Rozhdestvensky atribuye el hecho de que Bell no llegó a conclusiones similares al uso de un modelo muy pequeño.

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Y más tranquilo también

Las mediciones de ruido durante los sobrevuelos se realizaron con un Havoc que tenía el rotor de cola de tijera de cuatro palas y el rotor de cola de tres palas del Hind . Los dos rotores hacían aproximadamente el mismo ruido a baja velocidad pero a alta velocidad el rotor de tijera era más silencioso. La reducción principal fue en el rango de frecuencia de "banda ancha" de 600 Hz a 2000 Hz. Gran parte del ruido en estas frecuencias se debe a los efectos del rotor de cola trabajando en la confusa estela del rotor principal. El rotor de tijera aparentemente actúa más como un rotor de dos palas en esta situación.

( Aerodinámica de helicópteros Volumen II , p. 72.)

Buen aporte, mirando la imagen encontrada por Koyovis (y la flexión del borde de salida del timón como pista), me pregunto si AoA (digamos en vuelo estacionario) no tiene un valor opuesto (como el de su boceto inferior), lo que significa la hoja de adelante desvía el aire lejos de la siguiente hoja y no hacia ella.
(Supongo que la desviación del borde de salida del estabilizador vertical permite que el AoA del rotor de cola sea cero en el vuelo de crucero hacia adelante, lo que reduce aún más las emisiones de ruido)
@qqjkztd an opposite value (as the one in your bottom sketch), which means the blade ahead deflects air away from the following blade, and not towards it.No estoy siguiendo.
@TomMcW Esta ilustración explica mi observación.
@ymb1 buena referencia, gracias, centrándose más en el aumento del empuje del 10% (en lugar de en la reducción de ruido). Me pregunto si tales pruebas también se han realizado en hélices de paso fijo de aviones. (no coplanaridad + configuración de tijera)

ingrese la descripción de la imagen aquíFuente de la imagen

El rotor de cola del Apache consta de dos rotores oscilantes de 2 palas, denominados rotores de tijera. Esta configuración inusual fue implementada por primera vez por Hughes Helicopters a fines de la década de 1960 para reducir el ruido del helicóptero OH-6. El OH-6 tenía un rotor de cola oscilante de una sola hoja gemela, que Hughes quería girar más lento para reducir los niveles de ruido.

Para mantener el mismo empuje se montó un segundo rotor idéntico, que no podía colocarse a 90 grados por interferencias. El rotor de tijera doble oscilante resultante tenía un buen perfil de ruido: nuestros oídos son menos sensibles a las frecuencias más bajas, y la frecuencia dominante del rotor de tijera es dos por revolución en lugar de 4 por revolución para los 90°.

El equipo de Hughes minimizó los nuevos inventos e implementó esta solución para la competencia Advanced Attack Helicopter de 1972, que ganó. Las palas del rotor de cola Apache están montadas a 55 grados, lo que reduce los armónicos y los niveles de presión en el perfil de sonido.

Fuente (página 69)

De esta referencia :

El rotor de cola de cuatro palas es inusual porque, en lugar de que las palas estén espaciadas uniformemente a intervalos de 90°, las palas están espaciadas en ángulos de 55° y 125°. Esto permite reducciones significativas en el ruido.

Esta referencia de Mindef describe experiencias con la configuración original del AH-64, que tenía una cola en T.

Creo que es para reducir el ruido, aquí hay una información parcial
http://theses.gla.ac.uk/619/

El campo de flujo complejo que está asociado con la estela del rotor da lugar a la multitud de interacciones aerodinámicas que pueden ocurrir durante la operación del giroavión. Estas interacciones pueden dar lugar a ruidos no deseados y provocar una degradación inaceptable del rendimiento.