Designing Sound

532
Helicopter
18.29m
Tandem rotor
Coaxial rotaor
Tail rotor
Tilt rotor
Figure 48.2
Different helicopter designs showing tail and main rotor configurations. Top left: UH-1 style
classic single with tail rotor. Top right: XV-15 type tilt rotor aircraft. Bottom left: Kamov
Ka series concentric coaxial rotor. Bottom right: CH-47 Chinook tandem rotors.
character we saw earlier when studying jet aircraft. As mentioned before, effi-
cient mechanical devices should not make much noise, but the complex system
of transmission and gearboxes in a helicopter contributes quite a lot to the
sound. This may be a high-frequency squealing or whirring noise that is sepa-
rate from the engine source.
Fuselage vibration
While vibration leads to fatigue and is undesirable, there is a lot of radia-
tion from the body which acts an amplifier for mechanical sounds. Typical
construction materials are aluminium, titanium, and glass fibre carbon com-
posites. Sheeting is thin to reduce weight, so some hollow metallic resonance
similar to a large car body contributes to the total effect.
Rotors
We have already studied fans and understand how they make a noise through
turbulence and periodic compression and rarefaction. But unlike fan blades
that may reach close to supersonic tip speed a helicopter blade must never
do so. Mach shock waves would tear such a large area to pieces, and besides,
Mach effects reduce lift. The edges rarely reach speeds in excess of 300ms, but

---

Analysis
533
the effects of compression and rarefaction are still important. Period obviously
varies, but in flight a typical rotation of 300RPM for a two-bladed rotor gives
10Hz. On such a large scale there is time for vortices to form in the wake of
one blade which are hit by the next blade. This irregularity of density causes
sound to be emitted from specific locations, and the constructive interference
gives rise to directional patterns. Being smaller, the tail rotor spins faster, and
as we have already considered this is an independent speed that depends on the
torque created during a particular manoeuvre. Frequencies of 800RPM (14Hz)
to 2000RPM (33Hz) with anything from 2 to 16 blades are found, so anything
up to 500Hz is possible.