¿Por qué está inclinado el rotor de cola del UH-60?

Las respuestas de John K y Koyovis son correctas. Sin embargo, como ex piloto del UH-60 e ingeniero mecánico, aquí hay una versión más simple.

Un helicóptero debe estar equilibrado. Si la parte delantera es mucho más pesada que la cola, entonces no puede volar con seguridad porque la nariz está demasiado baja. Si la cola es demasiado pesada, entonces lo mismo. El punto de equilibrio se llama centro de gravedad.

El brazo de cola de un helicóptero es muy largo. Si agregara una libra a la cola frente a una libra a la nariz, la libra en la cola tendría un mayor impacto debido a la longitud del auge de la cola. En ingeniería, esto se denomina "brazo de momento". Al inclinar el brazo de cola, el rotor de cola realmente levanta el brazo de cola. No hay tanta sustentación, pero dado que el botalón de cola es tan largo, tiene un efecto pronunciado. Esto le da a la tripulación más libertad para cargar el helicóptero. Con la sustentación adicional proporcionada por el rotor de cola, podemos colocar más carga (tropas, combustible, etc.) detrás del mástil del rotor y aun así mantener el centro de gravedad en límites aceptables.

Un tipo en mi club de planeadores solía volarlos. Tiene algo que ver con lograr un componente de elevación vertical de varios cientos de libras del empuje del rotor de cola, y eso y la gran cola horizontal permiten un amplio rango de CG según los estándares de los helicópteros, además de agregar un poco a la capacidad de elevación vertical total. Se podría decir que convierte la máquina en una especie de helicóptero de rotor cuasi tándem, con solo un poco de tándem.

Hay algún tipo de sistema de mezcla en el sistema de control para lidiar con varios efectos de acoplamiento cruzado debido a las interacciones entre la superficie de la cola y el rotor de cola inclinado y el rotor principal, pero que es transparente para el piloto.

Husmeé y encontré un artículo que habla sobre las ventajas de los rotores de cola inclinados aquí .

Encontré esto en el libro de Ray Prouty, Helicopter Performance, Stability and Control.

La mejor posición para el centro de gravedad en un helicóptero de un solo rotor es ligeramente por delante del eje del rotor principal.

En algunos casos, (una) posición trasera del CG es forzada por consideraciones de diseño incluso durante el diseño preliminar. Un ejemplo clásico de esto es el Sikorsky UH-60A. Como se explica en la referencia 10.13, la longitud total de este helicóptero estaba limitada por el requisito de cargarlo en un C-130 sin desmontarlo. Con el rotor dimensionado para el requisito de ascenso vertical, el requisito de transportabilidad aérea dictaba una nariz corta. Esto y el deseo de transportar todo el combustible detrás de la cabina principal, condujo a un rango de centro de gravedad de más de 15 pulgadas, todo ubicado detrás del rotor principal. Sikorsky resolvió más o menos satisfactoriamente el problema de ajuste resultante al inclinar el rotor de cola, como se explicó durante la discusión sobre el diseño del rotor de cola.

Tenga en cuenta que en la fase de diseño, habría sido mucho más sencillo mover el CdG hacia adelante mediante la construcción de una nariz más larga, pero esto no fue posible y se tuvo que implementar la opción de rotor inclinado más complicada. Con una amplia gama utilizable de CoG como resultado.

Desventaja : el rotor de cola inclinado introduce un acoplamiento cruzado entre la guiñada y el cabeceo, pero dado que hay dos mecanismos de control para el cabeceo (también control cíclico), la respuesta del cabeceo a la entrada del pedal se puede ajustar mediante un mezclador de control. El estabilizador ayuda a la velocidad de avance: también se encuentra en la corriente descendente del rotor de cola y puede redirigir parte del empuje vertical de la cola en el vuelo estacionario.

Al revés : el empuje de inclinación en ángulos pequeños tiene grandes efectos trigonométricos. El empuje en la dirección de guiñada se reduce con (1 - cos20) = 6 %, con una ganancia en la dirección de cabeceo de sin20 = 34 % del empuje del rotor de cola.

El estabilizador tiene un efecto decisivo en la sustentación efectiva con el rotor de cola. Tiene un amplio rango de recorrido, tanto hacia arriba como hacia abajo. Este recorrido, combinado con el empuje del rotor de cola aumentado por la inclinación de 20 grados, lo convierte en un conjunto muy equilibrado. El UH-1 tenía un elevador de sincronización de movimiento limitado montado delante del arco del rotor de cola que proporcionaba estabilidad pero no aumentaba la sustentación. Así me lo explicó un ingeniero de diseño con Sikorsky y que también era Aviador del Ejército.

Gordon Galow, el diseñador original del helicóptero para el ejército de EE. UU., que ahora tiene 98 años, dijo que era para el ascensor. Incluso en el pequeño porcentaje de ángulo de la hoja, proporcionó algo de sustentación. Uno de los componentes más importantes del diseño de un helicóptero era su capacidad de elevación. Habiendo pasado tiempo en la década de 1960 tratando de desarrollar un reemplazo para el Skycrane, diseñó la mayor elevación posible en el helicóptero. Gordon Galow fue considerado uno de los mejores ingenieros de dinámica de fluidos del mundo.

Además de la respuesta presentada, los rotores de cola de Ray Prouty (The Man) están inclinados para compensar la inclinación hacia adelante del mástil del rotor principal, lo que permite una actitud de vuelo estacionario más nivelada.