Helicóptero monorotor
1991/10/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
Los helicópteros normales actuales tienen dos rotores: uno grande y centrado, y otro más pequeño y situado en el extremo de la cola. Debido a las averías del rotor de la cola se producen muchos accidentes al caer los aparatos al suelo. El nuevo modelo de helicóptero inventado por McDonnell-Douglas tiene un único rotor. Ha quitado la cola y la ha sustituido por una corriente de aire.
En el nuevo prototipo de McDonnell-Douglas Helicopter Corporation recientemente, el piloto circula más tranquilo que el resto de aparatos. La cola del helicóptero no le preocupa y, a diferencia de los helicópteros normales, los pasajeros o cualquier otro peligro pueden acercarse a la cola del aparato por la ausencia de rotor. Es más, durante las pruebas que se han realizado, el piloto ha llevado intencionadamente el helicóptero al bosque y ha introducido la cola entre los árboles. Con otros helicópteros esta maniobra (por su riesgo) es, claro, una burrada, pero con este aparato no hay miedo de que sea.
En los helicópteros convencionales el rotor de la cola tiene dos funciones. Por un lado, debe equilibrar el momento de torsión creado por el gran rotor. En caso contrario, el giro del rotor principal provocaría que la cabina se iniciara en sentido contrario. Por otro lado, sirve para gobernar la dirección del helicóptero. Sin motor de cola, se desplazaría directamente y no tendría ninguna utilidad práctica.
En todos los sistemas que se han inventado para equilibrar el par de torsión, sólo dos han triunfado: los rotores contrarrestantes y los rotores de cola. En el rotor contrarrestante, el helicóptero tiene dos rotores horizontales superpuestos en el mismo eje, pero para equilibrar momentos en la dirección contraria (ejemplo: el modelo soviético Kamov A-32). Los dos rotores horizontales también pueden estar en distintos ejes, uno delante y otro detrás, girando en sentido contrario. Se trata de helicópteros en forma de plátano como el helicóptero Vertol Chinook de Boeing. En ambos casos, el momento de un rotor es equilibrado por el otro y la cabina y el fuselaje se mantienen estables.
El segundo sistema es el rotor de cola. Es sin duda el más utilizado y consiste básicamente en colocar un rotor menor vertical en la cola para equilibrar el gran rotor horizontal central. La inclinación de los brazos del rotor puede variar por pedales de cabina. Sin embargo, este rotor de cola siempre ha generado inquietudes en fabricantes y pilotos, entre otros problemas de seguridad.
En la década de los 70, la casa Aerospatiale francesa diseñó y fabricó un rotor especial en la cola: un rotor carenado llamado fenestron. El rotor estaba protegido por el fuselaje y era mejor aerodinámica, pero la cola era más pesada. El problema del peso se ha atenuado en parte gracias a la reciente aparición de materiales composites. Tanto si el rotor de la cola como si pertenece al sistema fenestron, conducir helicópteros convencionales es una tarea complicada. Además, hasta la cola hay que transmitir el movimiento y las piezas de transmisión que hay en la viga del helicóptero siempre han sido delicadas y deben mantenerse muy bien.
En el sistema NOTAR de McDonnell (abreviatura de No Tail Rotor o sin rotor de cola), para equilibrar el momento de torsión se aprovecha en gran medida la corriente de aire del rotor principal. La corriente de aire descendente golpea la viga hasta la cola, donde se produce una reacción adversa al momento. Las vigas se comportan como el vol-sur vertical.
Otra parte de la fuerza necesaria para equilibrar el momento se obtiene con la corriente emitida por el ventilador accionado por el motor. La viga hasta Isatse presenta en el extremo con ventanas regulables a ambos lados y la reacción a la salida del aire da la parte que falta para equilibrar el momento.
embargo, el rotor de la cola sirve también para orientar el helicóptero. Al aumentar la inclinación de los brazos, la fuerza de reacción es mayor que para compensar el momento y el aparato pivota hacia la izquierda. Por lo tanto, el helicóptero va a la derecha. Si la inclinación de los brazos disminuye, el helicóptero se desplaza hacia la izquierda.
En los helicópteros NOTAR, un ventilador conectado al motor envía una corriente de aire a la viga caudal (Figura 1). Parte de esta corriente de aire se escapa por sendas ventanas situadas en el centro de la viga, bajo y a la derecha (Figuras 1 y 2). Este aire desvía asimétricamente la corriente generada por el rotor principal (debido al efecto Coanda) y compensa el 65% del par de torsión. El otro
tramo de la corriente de aire en el interior de la viga continúa hasta su extremo. En el extremo se abren varias ventanas regulables y el piloto las controla a su gusto. Controla, por tanto, la dirección e intensidad de la fuerza B. Para
mantener el helicóptero inmóvil en el aire, las ventanas extremas derecho permanecen abiertas (figura 4) de forma que las fuerzas A y B compensan el momento de torsión.
Si se quiere girar el helicóptero a la izquierda, la cola se pivota a la derecha con las ventanas de la izquierda extrema (Figura 5). Si se quiere volver a girar a la izquierda, hay que girar la cola hacia la izquierda y para ello se abren las ventanas de la derecha (Figura 6).
Otro de los principales quebraderos de cabeza que sufren los helicópteros es la interacción de los mandos. Cuando se acciona una palanca se realiza una acción en el helicóptero, pero afecta a todas las acciones vigentes y por ello hay que compensar a las demás. Sin embargo, la compensación también afecta a otras acciones, que también hay que compensar, etc.
Por ejemplo, en el helicóptero típico, pensemos que el piloto tiene el aparato parado en el aire y quiere avanzar recto. El piloto actúa sobre la tensión de la palanca y el rotor principal se inclina hacia delante. De esta forma se crea una fuerza horizontal y se impulsa el helicóptero hacia delante. Pero cuando el helicóptero se ha inclinado, la fuerza vertical que ejerce el rotor hacia arriba es menor para mantener el aparato en el aire y comenzaría hacia abajo.
Para evitar este problema, el piloto aumenta el ángulo de inclinación (ángulo de ataque) de los brazos del rotor tirando con cuidado a otra palanca. Con los brazos del rotor más inclinados es necesario enviar más combustible al motor para mantener la velocidad de giro del rotor. Sin embargo, al aumentar la potencia del motor, el par de torsión del aparato también es mayor y la inclinación de los brazos del rotor de la cola también debe modificarse para equilibrarlo.
Según los pilotos que han utilizado helicópteros NOTAR para pruebas, las interacciones dinámicas y aerodinámicas con los distintos ejes del aparato son mucho menores. Por tanto, cuando se acciona un mando, el piloto debe utilizar mucho menos las otras palancas para compensar las interacciones. Es una palanca que no gobierna el rotor de la cola ni las ventanas que conducen la corriente de aire.
Las pruebas también se han realizado en grandes rachas laterales de viento. En estas condiciones es muy difícil mantener la dirección en los helicópteros habituales, pero los pilotos de NOTAR afirman que con el nuevo sistema los trabajos bajan a un cuarto en estos difíciles casos. Además, se puede despegar el helicóptero del suelo, mantenerlo en reposo fuera de la acción del suelo y volverlo a aterrizar lentamente sin tocar otras palancas.
En el helicóptero habitual que avanza recto, el piloto debe conseguir que la potencia del rotor de la cola llegue hasta el punto de mantener la dirección, pero en el helicóptero NOTAR es mucho más fácil.
Cuando el apriete tiene que girar rápidamente en el helicóptero, la cola tiene grandes oscilaciones en bapate y el piloto no puede dominar más de 60º de giro por segundo. Debe actuar sobre muchas palancas para compensar las interacciones en muy poco tiempo. En el nuevo sistema, sin embargo, los pilotos han obtenido fácilmente giros de 100º por segundo.
También hay que tener en cuenta los problemas que genera el viento lateral. En helicópteros convencionales no se admiten rachas de viento laterales más rápidas que 20 nudos (por ejemplo en helicóptero estándar OH-6A), pero en helicópteros NOTAR se admiten rachas de hasta 40. En el helicóptero militar se admiten vientos laterales mayores mediante la colocación de un mayor rotor en la cola, lo que origina otros quebraderos de cabeza en peso y posición, y el piloto debe utilizar más las palancas. Se les limita la velocidad de maniobra, que es lo que necesitan los helicópteros militares.
Los aparatos NOTAR permiten maniobras más rápidas y tienen capacidad de acrobacia. También pueden ir hacia atrás y, aunque parezca sorprendente, ¡también de patas arriba!
Según los militares, el nuevo helicóptero de McDonnell-Douglas es mucho más seguro para la guerra. La rotura del rotor en la cola por proyección es muy sencilla, por lo que el aparato se cae necesariamente con su piloto. Sin embargo, en el nuevo sistema, incluso haciendo un agujero del tamaño de la pelota de tenis en la viga de la cola, el aparato no caería.
El primer aparato del sistema NOTAR ha sido el modelo denominado MD 530 N y está equipado con la turbina Allison 250-C30. Desde entonces se ha desarrollado también el modelo MD 520 N mediante la instalación de la turbina 259-C20R-2 en Allison. En cabina y forma son similares a los de la serie de helicópteros MD 500.
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