Почему хвостовой винт UH-60 наклонен?

Оба ответа Джона К. и Койовиса верны. Впрочем, как бывший пилот UH-60 и инженер-механик здесь вариант попроще.

Вертолет должен быть сбалансирован. Если передняя часть намного тяжелее хвоста, то он не может безопасно летать, так как нос слишком низкий. Если хвост слишком тяжелый, то тоже самое. Точка равновесия называется центром тяжести.

Хвостовая балка у вертолета очень длинная. Если бы вы добавили один фунт к хвосту по сравнению с одним фунтом к носу, фунт на хвосте оказал бы большее влияние из-за длины хвостовой балки. В технике это называется «моментный рычаг». Наклоняя хвостовую балку, хвостовой винт фактически поднимает хвостовую балку. Подъемная сила не так велика, но поскольку хвостовая балка такая длинная, это имеет ярко выраженный эффект. Это дает экипажу больше свободы действий при загрузке вертолета. Благодаря дополнительной подъемной силе, обеспечиваемой хвостовым винтом, мы можем разместить больше груза (военные, топливо и т. д.) за мачтой несущего винта и при этом сохранить центр тяжести в допустимых пределах.

Парень из моего клуба планеров летал на них. Это как-то связано с достижением составляющей вертикальной подъемной силы в несколько сотен фунтов от тяги хвостового винта, и это, а также большое горизонтальное оперение обеспечивают большой диапазон центра тяжести по стандартам вертолета, а также немного увеличивают общую вертикальную подъемную силу. Можно сказать, что это превращает машину в нечто вроде вертолета с квазитандемным ротором, только с небольшим количеством тандемности.

В системе управления есть своего рода система микширования для борьбы с различными эффектами поперечной связи из-за взаимодействия между поверхностью хвостового оперения и наклоненным хвостовым винтом и несущим винтом, но она прозрачна для пилота.

Я порылся и нашел здесь статью, в которой рассказывается о преимуществах наклоненных хвостовых винтов .

Я наткнулся на это в книге Рэя Праути «Характеристики вертолета, стабильность и управление».

Наилучшее положение центра тяжести на вертолете с одним винтом — немного впереди вала несущего винта.

В некоторых случаях положение ЦТ в кормовой части определяется конструктивными соображениями даже во время предварительного проектирования. Классический пример этого - Sikorsky UH-60A. Как поясняется в ссылке 10.13, общая длина этого вертолета была ограничена требованием загрузить его в C-130 без серьезной разборки. Поскольку размер несущего винта соответствовал требованиям вертикального набора высоты, требования к транспортабельности по воздуху требовали короткой носовой части. Это, а также желание перевозить все топливо за основной кабиной, привело к тому, что центр тяжести находился в диапазоне более 15 дюймов, причем все это было расположено позади несущего винта. Сикорский более или менее удовлетворительно решил возникшую проблему дифферента, наклонив хвостовой винт, как объяснялось во время обсуждения конструкции хвостового винта.

Обратите внимание, что на этапе проектирования было бы намного проще сместить ЦТ вперед, сконструировав более длинную носовую часть, но это было невозможно, и пришлось реализовать более сложный вариант с наклонным ротором. В результате получается большой полезный диапазон ЦТ.

Недостаток : наклон хвостового винта создает перекрестную связь между рысканием и шагом, но, поскольку есть два механизма управления шагом (также циклическое управление), реакцию шага на нажатие педали можно настроить с помощью микшера управления. Стабилизатор помогает на скорости вперед — он также находится в нисходящей струе хвостового винта и может перенаправлять некоторую вертикальную тягу хвостового оперения при зависании.

Положительная сторона : наклонная тяга под малыми углами имеет большие тригонометрические эффекты. Тяга в направлении рыскания уменьшается на (1 - cos20) = 6 %, при увеличении в направлении тангажа sin20 = 34 % тяги рулевого винта.

Стабилизатор оказывает решающее влияние на эффективную подъемную силу хвостового винта. Он имеет большой диапазон хода, как вверх, так и вниз. Этот ход в сочетании с тягой хвостового винта, усиленной 20-градусным наклоном, делает его очень сбалансированным. UH-1 имел синхронизирующий руль высоты с ограниченным движением, установленный перед дугой хвостового винта, что обеспечивало устойчивость, но не увеличивало подъемную силу. Так мне объяснил инженер-конструктор Сикорского, тоже армейский летчик.

Гордон Галоу, первоначальный конструктор вертолета для армии США, которому сейчас 98 лет, сказал, что это было сделано для подъема. Даже при небольшом процентном угле наклона лопасти это обеспечивало некоторую подъемную силу. Одним из важнейших компонентов конструкции вертолета была его грузоподъемность. Потратив время на разработку замены Skycrane в 1960-х годах, он спроектировал максимально возможную подъемную силу вертолета. Гордон Галоу считался одним из лучших инженеров по гидродинамике в мире.

В дополнение к ответу, предложенному Рэем Праути (Человек), хвостовые винты наклонены, чтобы компенсировать наклон вперед мачты несущего винта, что позволяет обеспечить более ровное положение при зависании.