La mayoría de los helicópteros tienen un único rotor principal, pero necesitan un rotor independiente para superar el par motor. Esto se consigue mediante un rotor antipar de paso variable o rotor de cola. Este es el diseño que Igor Sikorsky eligió para su helicóptero VS-300, y se ha convertido en la convención reconocida para el diseño de helicópteros, aunque los diseños varían. Vistos desde arriba, la gran mayoría de los rotores de los helicópteros giran en sentido contrario a las agujas del reloj; los rotores de los helicópteros franceses y rusos giran en el sentido de las agujas del reloj.
Rotor principal únicoEditar
Rotor de colaEditar
El rotor de cola es un rotor más pequeño montado de forma que gira verticalmente o casi verticalmente en el extremo de la cola de un helicóptero monorotor tradicional. La posición del rotor de cola y su distancia del centro de gravedad le permiten desarrollar el empuje en una dirección opuesta a la rotación del rotor principal para contrarrestar el efecto de par creado por el rotor principal. Los rotores de cola son más sencillos que los rotores principales, ya que sólo requieren cambios colectivos en el paso para variar el empuje. El piloto puede ajustar el paso de las palas del rotor de cola mediante los pedales antipar, que también proporcionan control direccional al permitir al piloto girar el helicóptero alrededor de su eje vertical, cambiando así la dirección a la que apunta la nave.
Ventilador canalizado
Fenestron y FANTAIL son marcas comerciales para un ventilador canalizado montado en el extremo del brazo de cola del helicóptero y utilizado en lugar de un rotor de cola. Los ventiladores canalizados tienen entre ocho y dieciocho palas dispuestas con un espaciado irregular para que el ruido se distribuya en diferentes frecuencias. La carcasa es integral con la piel de la aeronave y permite una alta velocidad de rotación; por lo tanto, un ventilador canalizado puede tener un tamaño más pequeño que un rotor de cola convencional.
El Fenestron se utilizó por primera vez a finales de la década de 1960 en el segundo modelo experimental del SA 340 de Sud Aviation y se produjo en el modelo posterior Aérospatiale SA 341 Gazelle. Además de Eurocopter y sus predecesores, también se utilizó un rotor de cola de ventilador canalizado en el proyecto de helicóptero militar cancelado, el RAH-66 Comanche del Ejército de los Estados Unidos, como FANTAIL.
NOTAREdit
NOTAR, acrónimo de NO TAil Rotor, es un sistema antitorsión para helicópteros que elimina el uso del rotor de cola en un helicóptero. Aunque el concepto tardó algún tiempo en perfeccionarse, el sistema NOTAR es sencillo en teoría y proporciona antipar de la misma manera que un ala desarrolla la sustentación utilizando el efecto Coandă. Un ventilador de paso variable está encerrado en la sección de popa del fuselaje, inmediatamente por delante del brazo de cola, y es accionado por la transmisión del rotor principal. Para proporcionar la fuerza lateral para contrarrestar el par de torsión en el sentido de las agujas del reloj producido por un rotor principal que gira en sentido contrario (visto desde arriba del rotor principal), el ventilador de paso variable impulsa aire de baja presión a través de dos ranuras en el lado derecho del espejo de popa, haciendo que la onda descendente del rotor principal abrace el espejo de popa, produciendo elevación y, por lo tanto, una medida de antipar proporcional a la cantidad de flujo de aire de la onda del rotor. Esto se ve aumentado por un propulsor de chorro directo que también proporciona control de guiñada direccional, con la presencia de un empenaje de superficie fija cerca del extremo de la cola, que incorpora estabilizadores verticales.
El desarrollo del sistema NOTAR se remonta a 1975, cuando los ingenieros de Hughes Helicopters comenzaron el trabajo de desarrollo del concepto. En diciembre de 1981, Hughes hizo volar por primera vez un OH-6A equipado con NOTAR. En marzo de 1986 voló por primera vez un prototipo más modificado y completó con éxito un programa avanzado de pruebas de vuelo, validando el sistema para su futura aplicación en el diseño de helicópteros. Actualmente hay tres helicópteros de producción que incorporan el diseño NOTAR, todos ellos producidos por MD Helicopters. Este diseño antitorque también mejora la seguridad al eliminar la posibilidad de que el personal camine hacia el rotor de cola.
Un predecesor (en cierto modo) de este sistema existió en la forma del helicóptero Cierva W.9 de Gran Bretaña, una aeronave de finales de la década de 1940 que utilizaba el ventilador de refrigeración de su motor de pistón para empujar el aire a través de una boquilla integrada en el espejo de cola para contrarrestar el par del rotor.
Jets de puntaEditar
El rotor principal puede ser impulsado por chorros de punta. Este sistema puede ser impulsado por aire de alta presión suministrado por un compresor. El aire puede mezclarse o no con combustible y quemarse en chorros de ariete, chorros de pulso o cohetes. Aunque este método es sencillo y elimina la reacción de par, los prototipos que se han construido son menos eficientes en cuanto a combustible que los helicópteros convencionales. Excepto en el caso de los propulsores de punta accionados por aire comprimido no quemado, los niveles de ruido muy elevados son la razón más importante por la que los rotores accionados por propulsión de punta no han obtenido una amplia aceptación. Sin embargo, la investigación sobre la supresión del ruido está en curso y puede ayudar a que este sistema sea viable.
Hay varios ejemplos de helicópteros propulsados por chorros de punta. El Percival P.74 tenía poca potencia y no podía volar. El Hiller YH-32 Hornet tenía una buena capacidad de elevación, pero su rendimiento era escaso por lo demás. Otras aeronaves utilizaban un empuje auxiliar para el vuelo de traslación, de modo que los propulsores de punta podían apagarse mientras el rotor se autorrotaba. El Fairey Jet Gyrodyne experimental, los prototipos de pasajeros Fairey Rotodyne de 48 plazas y los autogiros compuestos McDonnell XV-1 volaron bien con este método. Quizás el diseño más inusual de este tipo fue el Rotary Rocket Roton ATV, que se concibió originalmente para despegar utilizando un rotor con punta de cohete. El Sud-Ouest Djinn francés utilizaba aire comprimido sin quemar para accionar el rotor, lo que minimizaba el ruido y le ayudó a convertirse en el único helicóptero con rotor de punta que entró en producción. El Hughes XH-17 tenía un rotor accionado por chorro de punta, que sigue siendo el mayor rotor jamás instalado en un helicóptero.
Rotores gemelosEditar
Los rotores gemelos giran en direcciones opuestas para contrarrestar el efecto de par en la aeronave sin depender de un rotor de cola antipar. Esto permite a la aeronave aplicar la potencia que habría impulsado un rotor de cola a los rotores principales, aumentando la capacidad de elevación. Principalmente, hay tres configuraciones comunes que utilizan el efecto de contrarrotación en los aviones de rotor. Los rotores en tándem son dos rotores, uno montado detrás del otro. Los rotores coaxiales son dos rotores montados uno encima del otro en el mismo eje. Los rotores intermedios son dos rotores montados uno cerca del otro con un ángulo suficiente para que los rotores se entrecrucen sobre la parte superior de la aeronave. Otra configuración -que se encuentra en los tiltrotors y en algunos de los primeros helicópteros- se denomina rotores transversales, en los que un par de rotores se montan en cada extremo de una estructura tipo ala o balancín.
TandemEdit
Los rotores en tándem son dos conjuntos de rotores principales horizontales montados uno detrás del otro. Los rotores en tándem logran cambios de actitud de cabeceo para acelerar y desacelerar el helicóptero a través de un proceso llamado cabeceo cíclico. Para cabecear hacia delante y acelerar, ambos rotores aumentan el cabeceo en la parte trasera y reducen el cabeceo en la parte delantera (cíclico) manteniendo el par motor en ambos rotores, el vuelo lateral se consigue aumentando el cabeceo en un lado y reduciendo el cabeceo en el otro. El control de la guiñada se desarrolla mediante el paso cíclico opuesto en cada rotor. Para pivotar a la derecha, el rotor delantero se inclina a la derecha y el trasero a la izquierda. Para pivotar a la izquierda, el rotor delantero se inclina a la izquierda y el trasero a la derecha. Toda la potencia del rotor contribuye a la elevación, y es más sencillo manejar los cambios en el centro de gravedad hacia delante y hacia atrás. Sin embargo, requiere el gasto de dos grandes rotores en lugar del más común, un gran rotor principal y un rotor de cola mucho más pequeño. El Boeing CH-47 Chinook es el helicóptero de rotor tándem más común.
CoaxialEdit
Los rotores coaxiales son un par de rotores montados uno encima del otro en el mismo eje y que giran en direcciones opuestas. La ventaja del rotor coaxial es que, en vuelo de avance, la sustentación proporcionada por las mitades en avance de cada rotor compensa la mitad en retroceso del otro, eliminando uno de los efectos clave de la disimetría de la sustentación: la entrada en pérdida de las palas en retroceso. Sin embargo, hay otras consideraciones de diseño que afectan a los rotores coaxiales. Hay una mayor complejidad mecánica del sistema de rotores, ya que se necesitan enlaces y platos cíclicos para dos sistemas de rotores. Además, debido a que los rotores deben girar en direcciones opuestas, el mástil es más complejo, y los enlaces de control para los cambios de paso al sistema del rotor superior deben pasar a través del sistema del rotor inferior.
Rotores intermedios
Los rotores intermésticos de un helicóptero son un conjunto de dos rotores que giran en direcciones opuestas con cada mástil del rotor montado en el helicóptero con un ligero ángulo respecto al otro, de modo que las palas se entrecruzan sin chocar. Esta configuración se denomina a veces sincrotrón. Los rotores entrelazados tienen una gran estabilidad y una potente capacidad de elevación. La disposición fue pionera en la Alemania nazi en 1939 con el exitoso diseño Flettner Fl 265 de Anton Flettner, y más tarde se puso en producción limitada como el exitoso Flettner Fl 282 Kolibri, utilizado por la Kriegsmarine alemana en pequeñas cantidades (24 fuselajes producidos) como helicóptero experimental de guerra antisubmarina ligera. Durante la Guerra Fría, una empresa estadounidense, Kaman Aircraft, produjo el HH-43 Huskie para misiones de extinción de incendios y rescate de la USAF. El último modelo de Kaman, el Kaman K-MAX, es un diseño dedicado a la grúa de cielo.
Rotor transversal
Los rotores transversales se montan en el extremo de las alas o en los estabilizadores perpendiculares al cuerpo de la aeronave. Al igual que los rotores en tándem y los rotores entrelazados, el rotor transversal también utiliza el paso colectivo diferencial. Pero al igual que los rotores entrelazados, los rotores transversales utilizan el concepto para los cambios en la actitud de balanceo del helicóptero. Esta configuración se encuentra en dos de los primeros helicópteros viables, el Focke-Wulf Fw 61 y el Focke-Achgelis Fa 223, así como en el mayor helicóptero del mundo jamás construido, el Mil Mi-12. También es la configuración que se encuentra en los tiltrotors como el Bell-Boeing V-22 Osprey y el AgustaWestland AW609.
Rotor cuádruple
Etienne Oehmichen, París, Francia, 1921 Source
A quad rotor or quadrotor comprises four rotors in an «X» configuration. Rotors to the left and right are in a transverse configuration while those in the front and to the rear are in a tandem configuration.
An advantage of quad rotors on small aircraft such as drones is the opportunity for mechanical simplicity. A quadcopter using electric motors and fixed-pitch rotors has only four moving parts. El cabeceo, la guiñada y el balanceo pueden controlarse cambiando la sustentación relativa de los diferentes pares de rotores sin cambiar la sustentación total.
Las dos familias de perfiles aerodinámicos son
- filos aerodinámicos asimétricos
- filos aerodinámicos asimétricos
Las palas asimétricas son muy estables, lo que ayuda a mantener la torsión de las palas y las cargas de control de vuelo al mínimo.Esta estabilidad se consigue manteniendo el centro de presión prácticamente inalterado a medida que cambia el ángulo de ataque. El centro de presión es el punto imaginario en la línea de la cuerda donde se considera que se concentra la resultante de todas las fuerzas aerodinámicas.Hoy en día, los diseñadores utilizan perfiles aerodinámicos más delgados y obtienen la rigidez necesaria mediante el uso de materiales compuestos.
Además, algunos perfiles aerodinámicos tienen un diseño asimétrico, lo que significa que la superficie superior y la inferior no tienen la misma curvatura.Normalmente, estos perfiles aerodinámicos no serían tan estables, pero esto puede corregirse doblando el borde de salida para producir las mismas características que los perfiles aerodinámicos simétricos. Esto se llama «reflexing». Una de las razones por las que una pala de rotor asimétrica no es tan estable es que el centro de presión cambia con los cambios en el ángulo de ataque. Cuando el centro de presión está detrás del punto de pivote de la pala del rotor, tiende a hacer que el disco del rotor se incline hacia arriba. A medida que el ángulo de ataque aumenta, el centro de presión se desplaza hacia delante, y si se desplaza por delante del punto de giro, el cabeceo del disco del rotor disminuye. Dado que el ángulo de ataque de las palas del rotor cambia constantemente durante cada ciclo de rotación, las palas tienden a aletear, emplumarse, dirigirse y agitarse en mayor medida.