De Niños Académicos
Un helicóptero es un avión que es levantado y propulsado por uno o más rotores horizontales grandes (hélices). Los helicópteros se clasifican como helicópteros para distinguirlos de los aviones convencionales. La palabra helicóptero se deriva de las palabras griegas hélice (espiral) y pteron (ala). El helicóptero propulsado por motor fue inventado por el inventor eslovaco Jan Bahyl. El primer helicóptero estable y totalmente controlable puesto en producción fue inventado por Igor Sikorsky.
Robinson Helicopter Company (USA) R44, un desarrollo de cuatro asientos del R22.
En comparación con los aviones convencionales, los helicópteros son mucho más complejos, más caros de comprar y operar, relativamente lentos, tienen un alcance deficiente y una carga útil restringida. La ventaja compensatoria es la maniobrabilidad: los helicópteros pueden flotar en su lugar, retroceder y, sobre todo, despegar y aterrizar verticalmente. Sujeto solo a las instalaciones de reabastecimiento de combustible y a las limitaciones de carga/altitud, un helicóptero puede viajar a cualquier lugar y aterrizar en cualquier lugar con un disco de rotor y medio de diámetro despejado.
Contenido
Aplicaciones
Los helicópteros tienen muchos usos, tanto militares como civiles, incluido el transporte de tropas, el apoyo de infantería, la lucha contra incendios, las operaciones a bordo (http://www.tropicaled.com/helicopter2.htm), el transporte de negocios, la evacuación de víctimas (incluido el evacuación médica y el rescate aéreo, marítimo y de montaña), la vigilancia policial y civil, el transporte de mercancías (algunos helicópteros pueden transportar cargas cargadas, acomodar artículos de forma incómoda), o como soporte para cámaras fotográficas, de cine o de televisión.
Historia
Desde alrededor del año 400 a.C., los chinos tenían una voladora que se usaba como juguete para niños. Por cierto, los hermanos Wright recibieron este juguete de niños y quedaron muy fascinados por él. Este juguete finalmente llegó a Europa a través del comercio y se ha representado en una pintura de 1463. «Pao Phu Tau» fue un libro del siglo IV en China que describía algunas de las ideas en un avión de ala giratoria.
La primera idea algo práctica de un helicóptero de transporte humano fue concebida por primera vez por Leonardo da Vinci en el siglo XV, pero no fue hasta después de la invención del avión motorizado en el siglo XX que se produjeron modelos reales. Desarrolladores como Jan Bahyl, Louis Breguet, Paul Cornu, Juan de la Cierva, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic e Igor Sikorsky fueron pioneros en este tipo de aviones. Un vuelo del primer helicóptero totalmente controlable fue demostrado por Ra?teras de Pescara 1916 en Buenos Aires, Argentina. El Bell 47 diseñado por Arthur Young fue el primer helicóptero con licencia (en marzo de 1946) para su uso en los Estados Unidos.
Generando elevación
Un avión convencional es capaz de volar porque el movimiento hacia adelante de sus alas angulares fuerza el aire hacia abajo, creando una reacción opuesta llamada elevación que fuerza las alas hacia arriba. Un helicóptero utiliza exactamente el mismo método, excepto que en lugar de mover todo el avión, solo se mueven las alas. El rotor del helicóptero puede considerarse simplemente como alas giratorias.
El fenestron de ocho palas del Eurocopter EC120B.
Girar el rotor genera elevación, pero también aplica una fuerza inversa al vehículo, que haría girar el helicóptero en la dirección opuesta al rotor. A bajas velocidades, la forma más común de contrarrestar este par es tener una hélice vertical más pequeña montada en la parte trasera del avión, llamada rotor de cola. Este rotor crea un empuje que está en la dirección opuesta al par generado por el rotor principal. Cuando el empuje del rotor de cola es suficiente para cancelar el par del rotor principal, el helicóptero no girará alrededor del eje del rotor principal.
Si el rotor de cola está cubierto (es decir, un ventilador incrustado en la cola vertical), se denomina fenestron. Un rotor fenestron utiliza un sistema accionado por correa para girar el ventilador y es menos eficiente, pero menos ruidoso que un rotor de cola tradicional. Otros helicópteros utilizan un diseño» Notar»: soplan aire a través de una ranura larga a lo largo de la pluma de cola, utilizando el efecto coanda para producir fuerzas para contrarrestar el torque. Notar es un acrónimo que significa sin rotor de cola. Los notares ajustan el empuje abriendo y cerrando una cubierta circular deslizante cerca del extremo de la pluma de cola.
Otra alternativa, que ahorra el peso de una pluma de cola y un rotor, pero agrega sus propias complejidades, es usar dos grandes rotores horizontales que giran en direcciones opuestas. Un ejemplo es el Boeing CH-47 Chinook o el Kamov Ka-50. Todos estos sistemas están diseñados para el mismo propósito: para producir una velocidad de rotación neta de cero.
La cantidad de potencia necesaria para evitar que un helicóptero gire es significativa. Un rotor de cola puede utilizar hasta el 30% de la potencia del motor, y esta potencia no ayuda al helicóptero a producir movimiento de elevación o avance. Para reducir este desperdicio durante el crucero, el borde de cola está inclinado para producir una elevación lateral que ayuda a contrarrestar el par de torsión del rotor principal. A altas velocidades, es común que la cola contrarreste todo el par, dejando así más potencia disponible para el vuelo hacia adelante. Esto se conoce comúnmente como transmisión por deslizamiento y puede ocurrir mientras se mantiene estacionario en días ventosos, lo que dificulta los giros flotantes.
Vuelo de control
El vuelo útil requiere que una aeronave se controle en las tres dimensiones (véase dinámica de vuelo). En un avión de ala fija, esto es fácil: pequeñas superficies móviles se ajustan para cambiar la forma del avión de modo que el aire que pasa corriendo lo empuja en la dirección deseada. En un helicóptero, sin embargo, a menudo no hay suficiente velocidad para que este método sea práctico.
Para la rotación sobre el eje vertical (guiñada)se utiliza el sistema antipar. Variar el paso del rotor de cola altera el empuje lateral producido. Los helicópteros de doble rotor tienen un diferencial entre las dos transmisiones de rotor que se puede ajustar mediante un motor eléctrico o hidráulico para transmitir el par diferencial y, por lo tanto, girar el helicóptero. Los controles de guiñada generalmente se operan con pedales anti-torque, en el piso en el mismo lugar que los pedales de timón de un avión de ala fija.
Para inclinación (inclinación hacia adelante y hacia atrás) o balanceo (inclinación hacia los lados), el ángulo de ataque de las palas del rotor principal se altera o se ciclan durante la rotación, creando un diferencial de elevación en diferentes puntos del ala giratoria. Una mayor elevación en la parte trasera del ala giratoria hará que el avión se incline hacia adelante, un aumento a la izquierda causará un giro a la derecha, etc.
Enstrom (USA) 280FX Shark, un F28 rediseñado aerodinámicamente para el mercado corporativo.
Helicópteros de maniobra con tres controles de vuelo, además de los pedales. La palanca de control de paso colectivo controla el paso colectivo, o ángulo de ataque, de las palas del helicóptero juntas, es decir, por igual en todo el plano de rotación de 360 grados del sistema de rotor principal. Cuando se aumenta el ángulo de ataque, la hoja produce más elevación. El control colectivo suele ser una palanca en el lado izquierdo del piloto, cerca de su pierna. El aumento del colectivo y la adición de potencia con el acelerador hace que un helicóptero se eleve.
El acelerador controla la potencia absoluta producida por el motor que está conectado al rotor mediante una transmisión. El control del acelerador es un agarre giratorio en el control colectivo. El control de RPM es crítico para el funcionamiento adecuado por varias razones. Los rotores de helicóptero están diseñados para operar a RPM específicas. Si las RPM son demasiado bajas, el resultado podría ser un descenso rápido con potencia, conocido como sedimentación con potencia. Si las RPM son demasiado altas, el cubo del rotor principal podría sufrir daños por fuerzas excesivas. En general, las RPM deben mantenerse dentro de una tolerancia ajustada, generalmente un pequeño porcentaje. En muchos helicópteros de pistón, el piloto debe manejar el motor y las RPM del rotor. El piloto manipula el acelerador para mantener las RPM del rotor y, por lo tanto, regula el efecto de arrastre en el sistema del rotor. Los helicópteros con motor de turbina, y algunos helicópteros de pistón, utilizan un bucle de retroalimentación servo en sus controles de motor para mantener las RPM del rotor y libera al piloto de la responsabilidad rutinaria de esa tarea.
El cíclico cambia el paso de las palas cíclicamente, haciendo que la elevación varíe a través del plano del disco del rotor. Así es como el piloto hace que el avión se incline y que el helicóptero se mueva. El cíclico suele ser controlado por el palo en frente del piloto.
A medida que un helicóptero se mueve hacia adelante, las palas del rotor en un lado se mueven a la velocidad de la punta del rotor más la velocidad de la aeronave y se llama cuchilla de avance. A medida que la hoja se balancea hacia el otro lado del helicóptero, se mueve a la velocidad de la punta del rotor menos la velocidad de la aeronave y se llama hoja de retroceso. Para compensar la elevación adicional de la hoja que avanza y la disminución de la elevación de la hoja que retrocede, la elevación es una función del ángulo de ataque de un perfil aerodinámico y su velocidad relativa, el ángulo de ataque de las cuchillas está regulado por la geometría del sistema de control de las palas del rotor y los mecanismos que permiten que las palas aleteen hacia arriba y hacia abajo. Este hecho de avanzar y retroceder las palas define las limitaciones de velocidad del helicóptero.
Si el ángulo de ataque de cualquier ala, incluidas las palas del rotor, es demasiado alto, el flujo de aire por encima del ala se separa causando una pérdida instantánea de elevación y un aumento de la resistencia. Esta condición se denomina pérdida aerodinámica. En un helicóptero, esto puede suceder de tres maneras.
- A medida que aumenta la velocidad del helicóptero, las palas de avance se acercan a la velocidad del sonido y generan ondas de choque que interrumpen el flujo de aire sobre la hoja causando pérdida de elevación.
- A medida que aumenta la velocidad del helicóptero, la pala en retirada experimenta velocidades aéreas relativas más bajas y los controles se compensan con un ángulo de ataque más alto. Con una velocidad relativa lo suficientemente baja y un ángulo de ataque lo suficientemente alto, la pérdida aerodinámica es inevitable. Esto se denomina pérdida de cuchillas en retirada.
- Cualquier condición de vuelo de bajas RPM del rotor acompañada de una mayor aplicación de paso colectivo causará pérdida aerodinámica.
Los helicópteros son aviones propulsados, pero aún pueden volar sin energía utilizando el impulso en los rotores y el movimiento descendente para forzar el aire a través de los rotores. Los rotores actúan como un» molino de viento » y giran. Esta técnica se conoce como autorrotación, y le dará a la tripulación del helicóptero unos segundos preciosos para encontrar rápidamente un lugar de aterrizaje si su motor falla.
Ex Explorador militar de Westland AH.1 (XV134), ahora en el Registro Civil del Reino Unido.
Los helicópteros siempre están diseñados para que, incluso si los motores fallan, la autorrotación accione el rotor de cola o el diferencial de par. Los helicópteros conservan todos los controles de vuelo cuando no están alimentados.
Una característica muy peculiar del ciclo es que la elevación está hecha para que ocurra 90 grados de rotación antes de la dirección de inclinación. Esto se debe a que cuando uno intenta inclinar un objeto giratorio (como un rotor), se mueve en ángulo recto a la dirección de la fuerza. Esto se llama «precesión giroscópica». Por lo tanto, las fuerzas de control en el rotor giran 90 grados antes del movimiento deseado. Por ejemplo, el movimiento hacia adelante requiere menos elevación en la parte delantera del disco y más elevación en la parte trasera del disco, por lo que el piloto empuja el ciclo hacia adelante. Los eslabones de control del helicóptero giran las fuerzas de lanzamiento 90 grados hacia atrás contra el giro del rotor, para empujar los lados del rotor en lugar de su parte delantera y trasera.
Los inventores tardaron muchos años en reconocer la precesión y aprender a organizar el sistema de control del cíclico para superarla.
Limitaciones del vuelo de ala giratoria
La limitación más obvia del helicóptero es su baja velocidad. El récord actual es de alrededor de 400 km/h establecido por el Lince de Westland. Hay varias razones por las que un helicóptero no puede volar tan rápido como un avión de ala fija.
- Cuando el helicóptero está en reposo, los extremos exteriores del rotor viajan a una velocidad determinada por la longitud de la hoja y las RPM. En un helicóptero en movimiento, sin embargo, la velocidad de las palas en relación con el aire depende de la velocidad del helicóptero, así como de su velocidad de rotación. La velocidad de la pala del rotor hacia adelante es mucho mayor que la del propio helicóptero. Es posible que esta cuchilla supere la velocidad del sonido y, por lo tanto, produzca un mayor arrastre y vibración. Es teóricamente posible tener rotores en espiral, similares en principio a las alas en flecha de paso variable, que podrían exceder la velocidad del sonido, pero no hay materiales conocidos actualmente que sean lo suficientemente ligeros, fuertes y flexibles para construirlos.
- La mayoría de los rotores no son rígidos. Debido a que la hoja que avanza tiene una velocidad de aire más alta que la hoja que retrocede, una hoja perfectamente rígida generaría más elevación en ese lado y volcaría el avión. En consecuencia, las palas del rotor están diseñadas para» aletear», levantar y girar de tal manera que la hoja que avanza se aletea y desarrolla un ángulo de ataque más pequeño, produciendo así menos elevación que una hoja rígida. Por el contrario, la hoja de retirada se solapa hacia abajo, desarrolla un ángulo de ataque más alto y genera más elevación. A altas velocidades, la fuerza sobre los rotores es tal que se «aletean» excesivamente y la hoja de retroceso puede alcanzar un ángulo demasiado alto y estancarse. En algunos diseños, el cubo es rígido. Las cuchillas están hechas de materiales compuestos que se pueden doblar sin romperse. Existen rotores totalmente rígidos y crean helicópteros muy sensibles. En la mayoría de estos diseños, el elevador se varía cíclicamente y de acuerdo con la velocidad del helicóptero. El ajuste se realiza ajustando el ángulo de ataque de las cuchillas o mediante dispositivos de vacío accionados por el motor que aspiran aire a las cuchillas, ajustando el elevador.
El helicóptero Westland Belvedere de doble rotor tenía una puerta de carga grande y un polipasto externo, y se usaba como transporte de personal/paracaidista, evacuación de víctimas y para levantar cargas grandes. El Belvedere tuvo una producción de solo 26 y entró en servicio en la RAF en 1961.
- Rotorhead el diseño es un factor limitante en muchos helicópteros. Las situaciones de G baja o negativa que se encuentran en un sistema semirrígido resultarán en el aleteo de la hoja hacia abajo hasta que golpee la pluma de cola u otra estructura de fuselaje, seguido de la separación del rotor y el impacto catastrófico en el terreno.
- Los helicópteros son susceptibles a efectos de anillo de vórtice potencialmente desastrosos. En estos, el viento descendente del rotor hace que se forme un vórtice circular alrededor del rotor. Si este anillo se ve aumentado por el terreno, el viento, la lluvia o el rocío del mar, el helicóptero puede perder suficiente elevación para asentarse con energía y golpear el suelo.
Durante los últimos años del siglo XX, los diseñadores comenzaron a trabajar en la reducción de ruido de helicópteros. Las comunidades urbanas a menudo han expresado gran aversión a los aviones ruidosos, y la policía y los helicópteros de pasajeros pueden ser impopulares. Los rediseños siguieron al cierre de algunos helipuertos de la ciudad y la acción del gobierno para restringir las rutas de vuelo en parques nacionales y otros lugares de belleza natural.
Los helicópteros vibran. Un helicóptero sin ajustar puede vibrar fácilmente tanto que se sacudirá a sí mismo. Para reducir la vibración, todos los helicópteros tienen ajustes de rotor para altura y inclinación. La mayoría también tienen amortiguadores de vibraciones para altura y cabeceo. Algunos también utilizan sistemas de retroalimentación mecánica para detectar y contrarrestar la vibración. Por lo general, el sistema de retroalimentación utiliza una masa como «referencia estable» y un enlace de la masa opera una solapa para ajustar el ángulo de ataque del rotor para contrarrestar la vibración. El ajuste es difícil en parte porque la medición de la vibración es difícil. El sistema de medición de ajuste más común es usar una lámpara de destello estroboscópico y observar marcas pintadas o reflectores de colores en la parte inferior de las palas del rotor. El sistema tradicional de baja tecnología consiste en montar tiza de colores en las puntas del rotor y ver cómo marcan una sábana de lino.
Aterrizaje
En un barco
Una cubierta de helicóptero es una plataforma para helicópteros en la cubierta de un barco, generalmente ubicada en la popa y siempre libre de obstáculos que podrían resultar peligrosos para un aterrizaje de helicóptero. En la Marina de los Estados Unidos se le conoce comúnmente como la cubierta de vuelo. El aterrizaje a bordo de algunos helicópteros es asistido a través del uso de un dispositivo de arrastre que implica la fijación de un cable a una sonda en la parte inferior de la aeronave antes del aterrizaje. La tensión se mantiene en el cable a medida que el helicóptero desciende, lo que ayuda al piloto a posicionar con precisión el avión en la cubierta; una vez en la cubierta, los haces de bloqueo se cierran en la sonda, bloqueando el avión a la cubierta de vuelo. Este dispositivo fue pionero en la Royal Canadian Navy y se llamó «Beartrap». estadounidense. La implementación naval de este dispositivo, basado en Beartrap, se denomina sistema «RAST» (para Asistencia de Recuperación, Seguridad y Desplazamiento) y es una parte integral del sistema de armas LAMPS MK III (SH-60B).
Peligros del vuelo en helicóptero
Al igual que con cualquier vehículo en movimiento, la operación fuera de los regímenes seguros podría resultar en pérdida de control, daños estructurales o muertes. En el caso de los helicópteros, los peligros son particularmente graves, ya que vuelan a una altitud relativamente baja, con poco tiempo para reaccionar ante un evento repentino. La siguiente es una lista de algunos de los peligros potenciales:
- Pérdida de cuchilla retraída
- Asentamiento con potencia
- Resonancia de tierra
- Condición de G bajo
- Operar dentro del área sombreada del diagrama de altura-velocidad
Cada una de estas condiciones es potencialmente mortal y la recuperación podría no ser posible. Por esta razón, un buen pilotaje exige operar dentro de regímenes de vuelo seguros y evitar condiciones peligrosas a toda costa.
Modelos e identificación de helicópteros
Helicóptero Kamov Ka-50 con rotores coaxiales contrarrotativos.
Al identificar helicópteros convencionales durante el vuelo, es útil saber que, cuando se ve desde abajo, el rotor de un helicóptero diseñado por Francia, Rusia, la Unión Soviética o Ucrania gira en sentido contrario a las agujas del reloj, mientras que el de un helicóptero construido en Italia, el Reino Unido o los Estados Unidos gira en sentido horario (ver lista de modelos de helicópteros).
Algunas compañías, especialmente Schweizer en los EE.UU., están desarrollando variantes de helicópteros ligeros controlados a distancia para su uso en futuros campos de batalla.
Los tipos híbridos que combinan características de helicópteros y diseños de ala fija incluyen el experimental Fairey Rotodyne de la década de 1950 y el Bell Boeing Osprey, que está a pedido del Cuerpo de Marines de los Estados Unidos y es el primer avión de rotor basculante producido en masa en entrar en servicio.
Un helicóptero no debe confundirse con un autogiro, que es un predecesor histórico del helicóptero que se eleva desde un rotor sin motor.
Algunos apodos comunes para helicópteros son «copter», «chopper», «whirlybird», «helo» (común en EE. Uso de la marina) o «periquito de parafina» (este último término se usa principalmente en la industria petrolera marina del Reino Unido).
- Plantilla: Patente estadounidense : «Aeronaves, especialmente aeronaves del tipo anfibio de elevación directa y medios de construcción y operación del mismo «
- Historia de los helicópteros (http://centennialofflight.com/history/helicopter.html)
- Página que contiene una imagen de un volador chino(http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/history.shtml)
- Desarrollo de helicópteros a principios del siglo XX(http://www.centennialofflight.gov/essay/Rotary/early_20th_century/HE2.htm)
- Descripción de un helicóptero (http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/helicopter/DI27.htm)
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