Varför har helikoptrar ett sådant begränsat utbud?

Helikoptrar är mycket ineffektiva vid framflyttning, av flera skäl.

• Tänk på Glauerts höghastighetsantagande, dvs helikoptern kan representeras som ett flygplan med en cirkelvingar under höghastighetsflygning. Nu, om du vet något om grundläggande fastvingsprestanda, inser du omedelbart att det här medför ett bildförhållande på drygt 1, vilket är väldigt litet. Du kan komma ihåg att för ett fastvingat flygplan är inducerad dra omvänd proportionell bildförhållande - så ett mycket lågt bildförhållande betyder mycket hög inducerad dragning! Inducerad dragning är normalt inte en stor sak för fastvingade flygplan med hög hastighet, eftersom den är proportionell mot höjdkoefficientens kvadrat (som minskar med hastighet), men ...
• I själva verket är situationen för en helikopter ännu värre! Glauert antar att vi har en ideal rotor, dvs en som har en enhetlig inducerad hastighet överallt. I praktiken är inloppsfördelningen över rotorn mycket ojämn, särskilt vid höga hastigheter där rotorens framåtriktade sida ligger i en mycket annan aerodynamisk miljö än den återgående sidan. Även på en mycket enkel nivå, är "arbetsområdet" som sveps på återvändande sidan mycket mindre än det på framsidan. Eftersom hissen måste balanseras, innebär momentumteori en högre inducerad hastighet över det mindre område som "bearbetas" av den återgående sidan, och därför en mycket högre inducerad dragning med höga hastigheter än ett ekvivalent fastvingsflygplan.
  Rotorns väckningsberäkning från Tsagi RC-VTOL-kod (Kritsky, BS).
• När helikoptern går snabbare, och när rotorn blir långsammare, kommer mer av det återgående sidbladet att stanna, vilket leder till en dramatisk ökning av dragningen. Detta börjar på insidan av knivarna och rör sig utåt när förskjutningsförhållandet (förhållandet mellan flyghastighet och spetshastighet) ökar. Faktum är att de flesta inombordsdelarna av bladet även kommer att vara i omvänd flöde - och flygblad fungerar inte för bra bakåt.
• På den framåtriktade sidan är det också dåligt, men av olika skäl. Rotorns profildrag ökar snabbt med hastighet. Dessutom, när förskjutningsförhållandet ökar, ökar också det framåtriktade spets-Mach-talet - och när bladen kommer in i den höga transoniska regimen börjar lokala stötar bildas och leder till ännu större ökning av drag. Detta kan försenas genom att sakta ner rotorn, men det gör problemen på återvändande sidan ännu värre! Generellt är det svårt att utveckla flygblad som fungerar bra i båda regimerna.
• Utanför själva rotorn är rotorns nav mycket släpig mellan huvudrotoraxeln, stiglänkarna, svängplåten, gångjärnen och bladgrepp etc. Helikoptrar har vanligtvis också ganska "utilitariska" fuselager, vilket inte är så väl strömlinjeformad. Dessutom har du svansrotorn, som har de flesta av samma problem som huvudrotorn.
• Tillbaka till den specifika frågan om intervall, säger Bregruet-områdesekvationen att flygplanets räckvidd är proportionellt mot lift-to-drag-förhållandet och flygplanets hastighet. Vi har redan konstaterat att L / D på en helikopter är ganska dålig, särskilt i hastighet. Så kryssningshastigheten kommer att bli ganska låg och L / D kommer att vara ganska låg, så att summeringen kommer att bli mycket låg.

Avvikelsen är att helikoptern är mycket bra vid svävning - även bland VTOL-plattformar är helikoptern den mest effektiva. Hastighet och intervall är det pris du betalar för den förmågan.

Eftersom de är mindre effektiva än fastvingade flygplan.

För samma bruttomassa kräver en rotorcraft betydligt mer kraft än en fast vinge. Detta beror på det faktum att fastvingsflygplanets framdrivningssystem behöver skapa ett drag som är lika med det totala flygplanets drag och flygplanets vikt lyftes av vingslyften (som vanligtvis är 10 eller 20 gånger högre än dra); medan rotorn hos en rotorcraft behöver skapa ett tryck som är lika med rotorns totala vikt.

Även om båda flygplanen har samma motor effektivitet, skulle helikopterbränsleförbrukningen (liter per timme) vara betydligt mer. Så, teoretiskt helikoptrar är inte jämförbara med effektiviteten hos fastvingen.