Какой силе противодействует хвостовой винт вертолета?

Подъемная сила лопастей несущего винта составляет около 10, поэтому хвостовой винт должен обеспечивать усилие, равное одной десятой веса самолета.

Конечно, вы должны принять во внимание крутящий момент и плечо рычага, но если мы предположим, что большая часть подъемной силы и сопротивления создается внешней частью несущего винта, а плечо рычага хвостового винта примерно такое же, мы можем просто игнорировать их. На большинстве вертолетов хвостовая балка немного длиннее радиуса несущего винта, поэтому усилие может быть на 20-50% меньше. С другой стороны, хвостовой винт часто менее эффективен, особенно на некоторых новых моделях с небольшими канальными вентиляторами, поэтому хвостовой винт может потреблять чуть более 10% мощности.

Хвостовой винт на вертолетах действительно обеспечивает противодействующую тягу плюс тягу для маневрирования по оси рыскания. Цитата из «Принципов аэродинамики вертолета» Дж. Гордон Лейшман, раздел 6.9:

Величина этой тяги, как и ее потребляемая мощность, зависит от реактивного момента от несущего винта,$Q_{MR}$, и расположение хвостового винта относительно центра тяжести (т.е. плечо момента$l_{MR}$). Кроме того, существуют инерционные эффекты, которые хвостовой винт должен преодолевать при маневрировании по рысканью. В этом случае тяга рулевого винта может быть найдена из

$$Q_{MR} + I_{ZZ} \ddot{\Psi} = T_{TR} \cdot l_{TR}$$ где$\ddot{\Psi}$ускорение рыскания и$I_{ZZ}$- момент инерции массы вертолета относительно оси рыскания.

Крутящий момент несущего винта$Q_{MR}$можно рассчитать по установленной полезной мощности и частоте вращения несущего винта. Например, для Bell 212, для которого мы сделали аэродинамическую модель симулятора:

• Установленная дефорсированная мощность ТО$P_I$= 962 кВт
• Число оборотов ротора = 320 =>$\Omega$= 33,5 рад/сек
• Крутящий момент несущего винта$T = P_I / \Omega = 962 * 10^3 / 33.5$= 28 716 Нм

При плече момента хвостового винта 8,82 м тяга хвостового винта будет равна 28 716/8,82 ≃ 3 260 Н.

И действительно, вышеуказанный метод должен учитывать потери мощности:

• Мощность для привода хвостового винта составляет 10-20% от установленной мощности и полностью теряется, если хвостовой винт не наклонен.
• Передача между двигателем и роторами вызывает потери на трение.
• Установленные гидравлические и электрические системы требуют мощности двигателя.

Полный метод расчета характеристик хвостового винта довольно широк, и его можно найти, например, в книге «Характеристики, устойчивость и управление вертолета» Рэя Праути, глава 3.