O Sikorsky UH-60 (S-70) possui um rotor de cauda inclinado graus 20 para cima. Por que é que?
O Sikorsky UH-60 (S-70) possui um rotor de cauda inclinado graus 20 para cima. Por que é que?
John K e KoyovisAs respostas de ambos estão corretas. No entanto, como ex-piloto do UH-60 e engenheiro mecânico aqui é uma versão mais simples.
Um helicóptero deve estar equilibrado. Se a frente for muito mais pesada que a cauda, não poderá voar com segurança, pois o nariz está muito baixo. Se a cauda é muito pesada, então o mesmo. O ponto de equilíbrio é chamado de centro de gravidade.
O boom da cauda em um helicóptero é muito longo. Se você adicionasse uma libra à cauda versus uma libra ao nariz, a libra na cauda teria mais impacto devido ao comprimento do crescimento da cauda. Na engenharia, isso é chamado de "braço do momento". Ao inclinar a lança de cauda, o rotor de cauda realmente levanta a lança de cauda. Não há muita sustentação, mas como o crescimento da cauda é tão longo, ele tem um efeito pronunciado. Isso dá à tripulação mais latitude no carregamento do helicóptero. Com a elevação extra fornecida pelo rotor de cauda, podemos colocar mais carga (tropas, combustível, etc.) atrás do mastro do rotor e ainda manter o centro de gravidade em limites aceitáveis.
Um cara do meu planador costumava voar com eles. Tem algo a ver com a obtenção de um componente de elevação vertical de várias centenas de libras a partir do impulso do rotor de cauda, e isso e a cauda horizontal grande permitem uma grande faixa de CG pelos padrões de helicóptero, além de adicionar um pouco à capacidade total de elevação vertical. Você poderia dizer que ele transforma a máquina em um tipo de helicóptero de rotor quase tandem, com um pouco de tandem.
Existe algum tipo de sistema de mistura no sistema de controle para lidar com vários efeitos de acoplamento cruzado devido às interações entre a superfície da cauda e o rotor de cauda inclinado e o rotor principal, mas que é transparente para o piloto.
Eu bisbilhotei e encontrei um artigo que fala sobre as vantagens dos rotores de cauda inclinados aqui.
Me deparei com isso no livro de Ray Prouty, Helicopter Performance, Stability and Control.
The best position for the centre of gravity on a single rotor helicopter is slightly ahead of the main rotor shaft.
In some cases, (an) aft C.G. position is forced by design considerations even during preliminary design.A classic example of this is the Sikorsky UH-60A. As explained in reference 10.13, this helicopter was limited in overall length by the requirement to load it into a C-130 without major disassembly. With the rotor sized by the vertical climb requirement, the air transportability requirement dictated a short nose. This and the desire to carry all the fuel behind the main cabin, led to a centre of gravity range of more than 15 inches, all located aft of the main rotor. Sikorsky more or less satisfactorily solved the resultant trim problem by canting the tail rotor, as explained during the discussion of tail rotor design.
Observe que na fase de projeto, teria sido muito mais simples deslocar o CoG para frente construindo um nariz mais longo, mas isso não foi possível e a opção mais complicada de rotor inclinado teve que ser implementada. Com uma grande variedade de CoG utilizável como resultado.
Desvantagem: o rotor de cauda inclinado introduz o acoplamento cruzado entre guinada e afinação, mas como existem dois mecanismos de controle para afinação (controle cíclico), a resposta da afinação à entrada do pedal pode ser ajustada por um misturador de controle. O estabilizador ajuda na velocidade de avanço - ele também está na lavagem do rotor de cauda e pode redirecionar algum impulso vertical da cauda no foco.
upside: o impulso de inclinação em pequenos ângulos tem grandes efeitos trigonométricos. O impulso na direção da guinada se reduz com (1 - cos20) = 6%, com um ganho na direção do passo de sin20 = 34% do impulso do rotor de cauda.
O estabilizador tem um efeito decidido na elevação efetiva com o rotor de cauda. Tem uma grande variedade de viagens, tanto para cima quanto para baixo. Esse deslocamento combinado com o impulso do rotor de cauda aumentado pela escala de grau 20 o torna um conjunto muito equilibrado. O UH-1 tinha um elevador de sincronização de movimento limitado montado à frente do arco do rotor de cauda, o que proporcionava estabilidade, mas não aumentava a sustentação. Foi assim que me foi explicado por um engenheiro de design da Sikorsky e que também era um aviador do exército.
Além da resposta apresentada na localização, os rotores de cauda Ray Prouty (The Man) são inclinados para compensar a inclinação para a frente do mastro do rotor principal, permitindo uma atitude de pairar mais nivelada.