Как можно спроектировать вертолет без хвостового винта?

Крутящий момент в вертолете создается двигателем, приводящим в движение несущий винт в одном направлении, что заставляет фюзеляж вращаться в другом направлении. Вал хвостового винта установлен горизонтально и, следовательно, создает собственную «подъемную силу», чтобы обеспечить противодействие крутящему моменту. Шаг хвостового винта обеспечивает управление по направлению.

Распространенные способы конструирования вертолета без рулевого винта:

Тандемные роторы : два несущих винта, установленных один перед другим. Диски ротора вращаются в противоположных направлениях. Вся мощность двигателей используется для подъема. Пример: СН-47

Поперечные роторы : Два несущих винта установлены бок о бок. Пример: Камов Ка-22

Коаксиальные роторы : два диска ротора установлены один поверх другого. Блоки двигателя приводят в действие оба ротора. Эта конструкция требует очень сложного механизма перекоса. Пример: Камов Ка-25

Сцепление несущих винтов : в этом узле основного несущего винта две установленные мачты несущего винта установлены под небольшим углом друг к другу симметрично в поперечном направлении, так что лопасти несущего винта входят в зацепление, не сталкиваясь друг с другом. Пример: Каман К-МАКС

Реактивный самолет : это интересное решение проблемы отсутствия хвостового винта. Вместо привода роторов в турбовальном двигателе сжатый воздух подается через сопла, установленные на концах лопаток ротора. Двигатели эффективно толкают воздух, а не фюзеляж вертолета. Ротор вращается точно так же, как колесо Екатерины. Пример: Хиллер Хорнет

NOTAR : NOTAR - NO TAil Rotor использует вентилятор внутри стрелы для создания большого объема воздуха низкого давления, который выходит через две прорези и создает поток воздуха в пограничном слое вдоль хвостовой стрелы, используя эффект Коанды. Пограничный слой изменяет направление воздушного потока вокруг хвостовой балки, создавая тягу, противоположную движению фюзеляжа за счет крутящего момента несущего винта. Пример: МД-900

Обратитесь к Википедии для получения дополнительной информации!

Другой вариант построить вертолет без хвоста — использовать активное взмахивание крыльями. В основном идея состоит в том, чтобы не противодействовать крутящему моменту несущего винта, а использовать концепцию ротора, которая не создает крутящий момент.

В Техническом университете Делфта они применили этот принцип для создания бесхвостого вертолета Ornicopter (смесь слов «вертолет» и «орнитоптер»). На этом прототипе были проведены летные испытания.

По данным университета:

Активное взмахивание

Активное взмахивание лопастями — ключ к концепции Ornicopter. Таким образом, лопасть может создавать движущую силу для собственного вращения, и, следовательно, крутящий момент на валу не требуется. Это приводит к тому, что несущий винт не имеет крутящего момента, т. е. хвостовой винт может быть устранен.

Подробнее здесь

Обновлять

По поводу вопроса о масштабируемости, поставленного в одном из комментариев:

Я нашел кандидатскую диссертацию на эту тему (скачать), в которой было проведено технико-экономическое обоснование орникоптера Бо-105 в масштабе. В тезисе говорится:

«Диссертация доказывает, что оптимальная конструкция орникоптера по сравнению с эталонным Бо-105 характеризуется меньшей нагрузкой на лопасти, увеличенной скоростью законцовки несущего винта и большим размером вертикального оперения. Такая оптимальная конструкция приводит к расширению диапазона полета за счет уменьшенного зона срыва несущего винта и повышенная устойчивость к рысканию в прямом полете.

Тем не менее, несмотря на эти улучшения в диапазоне полета Орникоптера, наблюдается небольшое увеличение требуемой мощности по сравнению со спецификацией Бо-105 (примерно 5% при скорости 150 узлов).

Чтобы компенсировать более высокую мощность профиля, необходимую для оптимальной конструкции Орникоптера, требуется больший радиус ротора, чтобы уменьшить индуцированную мощность и свести к минимуму увеличение общей требуемой мощности. Этот тезис можно рассматривать как первый шаг в рационализации ожиданий относительно конструкции бесхвостого вертолета Ornicopter.

Тезис доказал, что эта новая концепция показывает несколько худшие характеристики, чем у обычных вертолетов, в отношении энергопотребления в прямом полете и практического потолка. Это разочаровывает, поскольку одно из предположений заключалось в том, что устранение хвостового винта также устранит энергопотребление, связанное с хвостовым винтом. "