Eu tenho pensado bastante sobre esta questão, como respondê-la e, de fato, se deve ou não responder, já que a pergunta em si é boa, mas é "muito ampla".
A resposta das aeroalias é boa, mas não oferece "porquês". O design do rotor de cauda também é um assunto extremamente complexo e, como a maioria das coisas na aviação, é o resultado de muitos compromissos e interdependências.
Como exemplo de quão complexo é, existem duas "bíblias" dinâmicas de helicópteros de Ray Prouty e Walter Wagtendonk. Nenhum deles explica completamente os rotores de cauda e, de fato, Prouty costuma dizer "por razões que não entendo". Se Prouty não entende alguma coisa, então você está em uma aposta segura para dizer que a maioria dos pilotos de helicóptero também não entende. Você precisa de um PhD em física para projetar helicópteros, não precisa de um PhD para pilotar um.
Portanto, isso é do entendimento de um piloto sem o doutorado. Não mencionarei de que maneira o rotor principal gira e de que lado o rotor de cauda está montado, pois complicará desnecessariamente o já complexo. Também estou assumindo um helicóptero genérico "padrão" com um único rotor principal e estabilizadores verticais e horizontais. Obviamente, existem projetos que se desviam disso, mas para cobrir todos os cenários seria necessário um livro, não uma resposta no SE.
Estou ignorando deliberadamente várias outras dependências, como "a lâmina do rotor de cauda está avançando na frente ou na traseira?"; "é um rotor de trator ou empurrador de cauda?"; as interações entre a lavagem do rotor principal, vórtices e vento e o que acontece em situações de alta taxa de guinada (giro rápido do pedal) e vôo lateral. Sim, o design do rotor de cauda é provavelmente o assunto mais complexo da dinâmica do helicóptero.
Como você sabe, o rotor de cauda contraria o torque aplicado à fuselagem pela rotação do rotor principal. Como o rotor de cauda gera sustentação no eixo horizontal, ele também produz uma força que move o helicóptero pelo chão (desvio do rotor de cauda).
Para compensar isso, o disco do rotor é montado de tal forma que inclina na direção desse movimento para introduzir um componente horizontal de elevação que se opõe à deriva do rotor de cauda e mantém o helicóptero estável no foco. Se não estiver equipado para fazer isso com o neutro cíclico, o piloto subconscientemente manterá um pouco cíclico lateral para manter um foco constante. É subconsciente porque você não mantém atitude e posição posicionando o cíclico. Você posiciona o cíclico para manter a atitude e a posição.
Portanto, agora temos dois componentes de empuxo horizontal, um do rotor principal e outro do rotor de cauda. Agora todas as forças agem em torno do centro de gravidade e é a partir daí que todas as acelerações da aeronave para movê-la são medidas. Portanto, se os centros dessas duas forças não estiverem alinhados com o CoG, ou seja, a mesma distância vertical do CoG, um "par" rolante é criado entre eles e a fuselagem rolará até que as forças opostas sejam iguais e opostas . É por isso que muitos helicópteros pairam com uma derrapagem baixa.
À medida que a aeronave se move em voo de cruzeiro, o estabilizador vertical compensa cada vez mais o torque do rotor principal, de modo que a potência exigida pelo rotor de cauda e o ângulo de ataque necessário para compensar o torque diminuem, portanto, a força do par de rolos diminui e o convés da fuselagem irá rolar de volta ao nível. O estabilizador horizontal também gera sustentação, que contraria ainda mais o rolamento, de modo que, em cruzeiro, você está usando pouco ou nenhum pedal.
Este é o nosso principal compromisso. Se os componentes horizontais dos vetores de elevação não estiverem alinhados um com o outro, você aceitará um deck irregular no foco. Se o projeto exigir longos períodos de pairar (trabalho policial, busca e salvamento etc.), é provável que seu projeto seja que ambos os centros estejam alinhados e estejam acima do CoG (o vetor de pressão do rotor principal sempre deve estar acima do CoG por causa de o motor e a caixa de engrenagens do rotor principal). Isso é meu adivinhar que o Apache tem o rotor de cauda montado alto para alinhar os centros para fornecer um convés nivelado e estável, que faz sentido em uma plataforma de armas projetada para pairar por longos períodos.
Se você olhar para um modelo em que os vetores do rotor de cauda e do rotor principal não estejam centralizados, por exemplo, o R22, eles realmente pairarão com um skid significativamente menor que o outro. Isso também tem o efeito de adicionar um par de pés à altura de flutuação segura, uma vez que pegar a derrapagem no chão enquanto gira ou se move para o lado é quase certamente um gerador de Dias ruins(TM).
A desvantagem é que posicionar o rotor na parte superior da aleta requer uma caixa de engrenagens e um eixo de acionamento adicionais na base da aleta, adicionando peso, complexidade e requisitos de manutenção. Não é uma preocupação para o Apache; certamente é para o R22.
Por que o Comanche monta o rotor de cauda tão baixo, no final da lança? Bem, eu não estou a par das decisões de design e não consigo encontrar nenhuma referência autorizada a elas, então estou usando suposições, que espero que sejam suposições educadas.
Um dos objetivos do Comanche que não está presente em quase nenhum outro helicóptero é o discrição.
As pás do rotor são excelentes alvos do RADAR, especialmente o rotor de cauda. Suas lâminas relativamente curtas, girando em alta velocidade e presas ao ar livre, proporcionam muitos retornos RADAR fortes. Não há muito o que fazer sobre o rotor principal, exceto nos perfis e materiais das pás (cujos detalhes eu espero que sejam classificados), mas montando o rotor de cauda mais próximo do corpo principal no final da lança e em um fenestron, esses retornos RADAR serão significativamente reduzidos.
Os fluxos de ar do rotor de cauda também ajudarão a perturbar e resfriar os escapamentos do motor, soprando-os para os lados e misturando-os mais rapidamente com a atmosfera ambiente mais fria. Se você olhar atentamente, verá que o rotor de cauda está montado diretamente atrás dos escapamentos. Suponho ainda que as caixas de engrenagens do rotor de cauda são boas fontes de calor; portanto, remover uma (montando o rotor de cauda baixo) também contribui para a furtividade. O benefício adicional da montagem em um fenestron é proteger o rotor de cauda de golpes de árvores e assim por diante, sempre uma preocupação na soneca do vôo da Terra.
Como esse rotor de cauda é montado tão baixo, há um forte par de rolamentos e, de fato, o Comanche voou muito baixo.
(fonte)
Para reduzir essa tendência, o rotor de cauda é inclinado (tudo isso de memória) em cerca de graus 20, o que reduz o componente do vetor de empuxo horizontal e produz em torno de 1000 libras de sustentação através do componente vertical, o que compensa a baixa tendência da cauda produzida por ter o TR abaixo o CoG. Esse alto estabilizador horizontal duplo também produzirá sustentação para manter a cauda no cruzeiro à medida que a potência do TR reduz.
Partida Peter Kämpf:
The 20° canting of the whole vertical also removes a powerful RADAR reflector. Flying low, a perfectly vertical tail would return horizontally oriented radiation, while the 20° angle lets one side reflect RADAR energy into the ground and the other into space.
Há muito mais para tudo isso, mas como eu digo, ele realmente precisa de um livro para começar a abordar completamente todos os fatores, mas, esperançosamente, essa resposta percorre as principais linhas de pensamento.
