¿Es posible volar con motores monopala contrapesados?

Tanto el Bo-102 como el 103 eran aviones experimentales, y el Bo-102 era más una plantilla que un avión real. Se utilizaron como banco de pruebas para varias tecnologías y el rotor de pala única es solo una de ellas, con el objetivo principal en el desarrollo de rotor rígido (sin bisagras) y palas compuestas (reforzadas con fibra de vidrio).

El rotor de pala única ofrece algunas ventajas sobre las configuraciones (normales) de palas múltiples como,

• La pala pasa a través del aire "limpio" y, por lo tanto, es más eficiente en comparación con las configuraciones de varias palas, donde la pala (siguiente) pasa a través del aire turbulento (estela) de la pala anterior, al menos en vuelo estacionario.
• La hélice monopala es compacta y por ello se utiliza en algunos planeadores autolanzantes que pliegan sus hélices dentro de su fuselaje, como el Alisport Silent 2 Targa .

Sin embargo, existen problemas significativos asociados con este diseño, lo que lo hace (en su mayoría) inadecuado para un uso generalizado.

• Para reducir las vibraciones, la pala tiene que estar contrarrestada por una masa, que es prácticamente un peso muerto. Si bien esto puede ser aceptable para hélices pequeñas y livianas utilizadas en planeadores, este es un problema importante en las palas de los helicópteros, que son significativamente más pesadas. Por ejemplo, la pala del rotor principal del Mi-17 pesa ~140 kg.
• Si la masa se mantiene baja, el brazo de palanca es enorme y esto aumenta la resistencia.
• Aunque la pala puede equilibrarse en el eje de cabeceo (para reducir las vibraciones), el par inducido en la pala del rotor (debido a la sustentación) provocará vibraciones significativas. A medida que aumenta el par, si el peso es fijo, el rotor tenderá a hacer girar el motor y arrancarlo. La única forma de evitar esto es equilibrar la pala, tanto aerodinámica como centrífugamente, lo cual es más fácil decirlo que hacerlo.
• Surge el mismo problema ya que el arrastre de la pala es diferente al del brazo de masa, creándose un par paralelo al eje de rotación.
• Las palas del rotor suelen formar un "cono" en vuelo; esto significa que el vector de sustentación está ligeramente inclinado hacia el centro, no concéntrico con el plano del rotor.
• La pala tiene fuerzas aerodinámicas que actúan sobre ella, mientras que el contrapeso no. Debido a esto, el preceso es diferente, lo que provoca desequilibrio y vibración.

El número de palas determina la relación de solidez de una hélice. Si necesita limitar la velocidad de la punta y el diámetro de la hélice, la hélice tendrá una alta relación de solidez mediante el uso de muchas palas cortas. Tome la hélice de un barco : debe funcionar en el espacio entre el calado del barco y la línea de flotación, por lo que tendrá muchas palas rechonchas.

Si el espacio lo permite, una hélice más grande tiene una mejor eficiencia porque puede usar una masa de aire más grande para crear sustentación. Si la hélice tiene una relación de avance baja , la estela de una pala puede interferir con la siguiente, por lo que colocar más palas aumentará el riesgo de interferencia. Cuantas menos palas necesite para la creación de sustentación (o empuje), mejor. La eficiencia generalmente es inversa al número de álabes.

Una hélice o rotor de una sola pala necesita un contrapeso, que en efecto es un peso muerto. Cuando la interferencia entre dos palas es lo suficientemente baja y la carga del disco del rotor no es demasiado baja, un rotor de dos palas será la mejor opción. La carga del disco es la sustentación relativa al área del disco del rotor y dicta la cuerda de las palas del rotor una vez que se define su número. Solo cuando los límites estructurales hagan que la cuerda de un rotor ideal de dos palas sea demasiado corta, un rotor de una sola pala será atractivo.