Os projetistas nos últimos anos têm concentrado as suas pesquisas na cabeça do rotor, motivados para solucionarem os principais problemas da tecnologia convencional abaixo relacionados:

1. A excentricidade de batimento estava limitada a baixos valores devido ao tamanho dos rolamentos que deveriam suportar os elevados esforços centrífugos e a altos valores devido a problemas para manipular e usinar peças de grandes dimensões, havendo dificuldades em ultrapassar 0,03 R;

2. Analogamente aos problemas de excentricidade de batimento, os parâmetros de avanço e recuo também estavam limitados a uma faixa estreita de valores. Além disto a tecnologia de amortecedores hidráulicos só permitia ajustar o coeficiente de amortecimento C em uma faixa muito restrita;

3. A necessidade de acomodar todos os componentes e de dimensioná-los para suportar as cargas alternadas de fadiga, implicava em se ter uma cabeça com um volume e uma massa (até 6% do peso total de um helicóptero) muito grandes, gerando arrasto elevado;

4. Devido à usinagem com precisão de peças de grandes dimensões, à complexidade do conjunto (até 350 componentes mecânicos), ao uso de materiais nobres com boas características de vida em fadiga, à usinagem complexa dos circuitos e dos sistemas de lubrificação e de vedação e à necessidade de se ter baixa dispersão dos amortecedores hidráulicos, o preço de fabricação das cabeças tradicionais era muito elevado, podendo representar até 15% do preço total do helicóptero;

5. As tensões oscilatórias causadas pelos elevados esforços centrífugos, associados aos movimentos alternados de pequena amplitude, comprometiam a durabilidade e reduziam a vida útil dos rolamentos e das partes metálicas;

6. Constantes vazamentos de óleo lubrificante, de fluidos hidráulicos e de graxa pelas juntas e pelas anéis de vedação.

No estado da arte de hoje os projetistas das cabeças de rotores têm procurado satisfazer as características de baixo peso, baixo arrasto, baixo custo, vida longa, facilidade de manutenção, formado por poucas peças, livre de problemas dinâmicos, adequado para o controle da aeronave e, para o emprego militar, imune aos danos de um campo de batalha.

Todos os projetistas concordam que melhorias tem de ser feitas, mas grande parte deles relutam em implementar grandes mudanças, pois freqüentemente o tempo gasto para a correção de defeitos é muito grande, com resultados imprevisíveis e com custos elevados.

Considerando que não existe um guia teórico capaz de antever com precisão os valores do projeto, a primeira decisão a ser tomada pelos projetistas é a escolha das faixas de variação dos movimentos de batimento, de avanço e recuo e de passo.

A escolha destas características pode variar desde um rotor articulado por rolamentos, com movimentos livres nos três eixos, indo até o outro extremo dos conceitos de projeto, onde se tem um rotor completamente rígido, trabalhando apenas em flexão e torção nos três eixos, sem rolamentos, ou ainda qualquer combinação entre estes dois extremos.

Até 1970 existiam basicamente dois tipos de cabeça de rotor: a cabeça tipo gangorra (teetering hub) bipá, como a usada nos helicópteros da família BELL (figura 1-17 (a) e (b)), e a cabeça completamente articulada (full articulated hub) com excentricidades de batimento, de avanço e recuo e de passo, como a do Sikorsky S-58 (figura 1-18 ).

Nota 1: No caso de um vôo normal, os valores típicos dos movimentos são: 
batimento = 5^o; arrasto = ± 1^o; e passo = ± 7^o

(a) Bell 47

1. Possui articulação de gangorra;
2. Não possui excentricidade de batimento e de avanço e recuo;
3. É rígida no plano de rotação (stiff in-plane), isto é, não tem movimento de avanço e recuo;
4. Movimentos livres de batimento (em torno do eixo da gangorra) e de passo;
5. Possui rolamentos lubrificados nas articulações de batimento e passo;
6. Articulação virtual do cone e flexão da pá no BEEL 47
7. Pré-cone nos Bell 205, 206, 212, UH-1H

Cabeça de Rotor do tipo Gangorra (See-Saw or Teetering)

A cabeça de rotor da BELL é simples, tem relativamente baixo arrasto e, por ser rígida no plano de rotação, a freqüência de vibração lateral, que é produzida pelo movimento de avanço/recuo da pá no plano de rotação, é superior a 1 W (um ômega). Considerando que as freqüências dos diversos modos de vibração da fuselagem são inferiores a 5,5 Hertz, não haverá coincidências de freqüências, não necessitando portanto de amortecedores para evitar a ressonância no solo.

O rotor bipá não necessita da articulação de avanço e recuo pois as tensões estruturais causadas pela aceleração de Coriolis são inferiores as de um multipá, podendo ser facilmente absorvidas pela flexão moderada da junção pá-cabeça.

Mas a cabeça tipo gangorra tem momentos de controle muito baixos, o que diminui a velocidade máxima do helicóptero, além de estar limitada a duas pás, o que produz uma vibração vertical 2 W em torno de 11 Hertz.

O inconveniente desta oscilação vertical produzida pelo rotor é que o valor 11 Hertz está muito próximo à freqüência natural do tronco humano, causando uma ressonância do corpo dos tripulantes com a aeronave durante o vôo, gerando desconforto e criando possibilidades de ocorrerem dores lombares.

A cabeça de rotor do tipo Completamente Articulado com Rolamento, produzido pela Sikorsky, possui alta potência de controle e é capaz de receber inúmeras pás, mas possui um número muito grande de peças, incluindo vários rolamentos mecânicos, tem arrasto elevado e necessita de amortecedores de avanço e recuo, dificultando e aumentando a carga de trabalho e os custos de manutenção (figura 1-18).

Nota 2: nos helicópteros da família Bell a 1^a freqüência de excitação 1 W é igual aproximadamente a 330 rpm = 5,5 Hertz.

Figura 1-18 Cabeça de Rotor do tipo Completamente Articulado com Rolamento (Fully Articulated Hub Rotor)

Sikorsky S-58 e S-61; Super Puma SA 330, Gazelle AS 341, Allouette II, Allouette III, Agusta A109, Chinook CH-47

1. Possui excentricidade de batimento e de avanço e recuo;
2. Movimentos livres de batimento, arrasto e passo;
3. Possui rolamentos (ou mancais lubrificados) nas articulações de batimento, arrasto e passo;

Ao aumentar o número de pás, a primeira freqüência da vibração vertical identificada por (número de pás)*W aumenta, sendo superior a 18 Hertz para um helicóptero tripá.

Portanto, nos multipás, a excitação vertical fica desacoplada da freqüência do tronco humano, não provocando ressonância do corpo e melhorando o conforto em vôo.

A partir destes dois tipos de cabeça de rotor, os projetistas começaram a aventurar-se, introduzindo ao longo dos anos modificações graduais nos desenhos, procurando reduzir os elevados custos de manutenção dos rolamentos mecânicos e dos amortecedores hidráulicos tradicionais.