Quais são as limitações para adicionar asas com motores a um helicóptero?

O V-22 Osprey é bem parecido com o que você descreve. As conexões dos rotores para a fuselagem são de fato asas. Durante a decolagem, é um helicóptero e, durante o vôo, é uma aeronave de asa fixa. Em vez de uma caixa de câmbio, eles optaram por motores rotativos.

O projeto foi atormentado por custos excessivos,

Its [The V-22's] production costs are considerably greater than for helicopters with equivalent capability—specifically, about twice as great as for the CH-53E, which has a greater payload and an ability to carry heavy equipment the V-22 cannot... an Osprey unit would cost around \ million to produce, and \ million for the helicopter equivalent.

— Michael E. O'Hanlon, 2002.

Outra aeronave semelhante à sua ideia é o F-35B. Em vez de rotores dobráveis, possui um ventilador de elevação que se conecta ao motor principal quando necessário. Esta aeronave também foi atormentada por excesso de custos.

A dura realidade da engenharia não é que as coisas são impossíveis, mas são extremamente caras e, combinando múltiplas funções em uma única célula, você sempre terá que encontrar um compromisso entre as duas funções. Tanto o F-35B quanto o V-22 são aeronaves muito pesadas devido à complexidade da engenharia e, como tal, podem carregar menos carga do que os conceitos mais dedicados. No entanto, isso é considerado aceitável porque a Marinha dos EUA gosta de sua aeronave extremamente versátil.

Existe também a questão da demanda. Por décadas, tem havido a ideia de que as aeronaves precisam ser tão versáteis quanto possível, mas, se isso ocorrerá no futuro, ainda precisa ser visto. Seu conceito pode ser capaz de viagens mais rápidas e cargas úteis maiores do que o V-22 (que é muito pequeno para levantamento pesado e grande demais para voar rápido), mas a verdadeira questão é se o peso adicional devido à complexidade desse conceito compensar o ganho de desempenho teórico.

Finalmente, uma observação técnica. A parte mais difícil é a transição do voo para a frente para o hovering. As pás do rotor são muito finas, então como você conseguirá implantá-las durante o vôo (quando as forças centrífugas ainda não as endireitarem e quando o vetor de sustentação estiver em qualquer direção, a menos que você possa controlar cuidadosamente sua orientação) continua sendo uma grande engenharia desafio, especialmente se você quiser manter o peso da aeronave baixo.

    

Um projeto britânico muito promissor dos anos 50 usou ambos, um rotor a baixa velocidade e uma asa convencional em alta velocidade para a criação de sustentação. Este foi o Fairey Rotodyne , um protótipo de um ônibus voador para conectar locais remotos com uma aeronave VTOL. Seu rotor era movido a jato de ponta e queimava uma mistura de combustível e ar comprimido sangria de dois turboélices Napier Eland montados na asa. Após a decolagem, a energia foi trocada para as hélices e o rotor foi descarregado para minimizar seu arrasto em alta velocidade. Desta forma, ambos os meios de criação de levantamento poderiam ser otimizados para seu domínio de velocidade.

Você notará que a asa é excepcionalmente pequena enquanto o rotor é excepcionalmente grande. Isso permitiu que ambos operassem com maior eficiência do que as asas ou os rotores, projetados para funcionar em toda a faixa de velocidade. No entanto, a combinação dos dois pesa mais do que um rotor ou uma asa, o que reduz a possível carga útil do Rotodyne. Nenhum dos dois foi dobrado porque isso aumentaria ainda mais o peso.

_{Fairey Rotodyne (foto fonte Coleção Ed Coates)}

No final, estava oscilando Suporte do governo britânico ao invés de quaisquer problemas técnicos que limitassem o Rotodyne a um único protótipo.

Hoje, a solução mais promissora parece ser um rotor coaxial com uma fonte separada de empuxo; ou uma hélice ou motores a jato . O rotor coaxial é desacelerado em alta velocidade de vôo para manter o número de Mach abaixo de 0,9 e a assimetria de sustentação dos helicópteros convencionais não é problema para o projeto do rotor coaxial, permitindo velocidades de vôo muito maiores.

Dobrar uma asa não ajudaria muito: quando a asa não é necessária (que está em baixa velocidade), seu atrito é baixo. O dobramento do rotor, por outro lado, faz mais sentido, mas até agora é limitado a um helicóptero no solo, a fim de reduzir seu espaço de armazenamento em porta-aviões. Dobrar-se em vôo só foi estudado conceitualmente .

_{Ilustração 1B do pedido de patente US 2015/0474290 A1 pela Bell Helicopter Textron Inc.}