Helicóptero monorotor

1991/10/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Garraioak
• Teknologia
• Aeronautika

Os helicópteros normais actuais teñen dous rotores: un grande e centrado, e outro máis pequeno e situado no extremo da cola. Debido ás avarías do rotor da cola prodúcense moitos accidentes ao caer os aparellos ao chan. O novo modelo de helicóptero inventado por McDonnell-Douglas ten un único rotor. Quitou a cola e substituíuna por unha corrente de aire.

No novo prototipo de McDonnell-Douglas Helicopter Corporation recentemente, o piloto circula máis tranquilo que o resto de aparellos. A cola do helicóptero non lle preocupa e, a diferenza dos helicópteros normais, os pasaxeiros ou calquera outro perigo poden achegarse á cola do aparello pola ausencia de rotor. É máis, durante as probas que se realizaron, o piloto levou intencionadamente o helicóptero ao bosque e introduciu a cola entre as árbores. Con outros helicópteros esta manobra (polo seu risco) é, claro, una burrada, pero con este aparello non hai medo de que sexa.

Helicóptero voando boca abaixo. Cos helicópteros habituais, no mundo hai moi poucos pilotos, pero cos helicópteros NOTAR esta manobra non é tan complicada.

Nos helicópteros convencionais o rotor da cola ten dúas funcións. Por unha banda, debe equilibrar o momento de torsión creado polo gran rotor. En caso contrario, o xiro do rotor principal provocaría que a cabina se iniciase en sentido contrario. Doutra banda, serve paira gobernar a dirección do helicóptero. Sen motor de cola, desprazaríase directamente e non tería ningunha utilidade práctica.

En todos os sistemas que se inventaron paira equilibrar o par de torsión, só dous triunfaron: os rotores contrarrestantes e os rotores de cola. No rotor contrarrestante, o helicóptero ten dous rotores horizontais superpuestos no mesmo eixo, pero paira equilibrar momentos na dirección contraria (exemplo: o modelo soviético Kamov A-32). Os dous rotores horizontais tamén poden estar en distintos eixos, uno diante e outro detrás, virando en sentido contrario. Trátase de helicópteros en forma de plátano como o helicóptero Vertol Chinook de Boeing. En ambos os casos, o momento dun rotor é equilibrado polo outro e a cabina e o fuselaje mantéñense estables.

O segundo sistema é o rotor de cola. É sen dúbida o máis utilizado e consiste basicamente en colocar un rotor menor vertical na cola paira equilibrar o gran rotor horizontal central. A inclinación dos brazos do rotor pode variar por pedais de cabina. Con todo, leste rotor de cola sempre xerou inquietudes en fabricantes e pilotos, entre outros problemas de seguridade.

Na década dos 70, a casa Aerospatiale francesa deseñou e fabricou un rotor especial na cola: un rotor carenado chamado fenestron. O rotor estaba protexido polo fuselaje e era mellor aerodinámica, pero a cola era máis pesada. O problema do peso atenuouse en parte grazas á recente aparición de materiais composites. Tanto si o rotor da cola coma se pertence ao sistema fenestron, conducir helicópteros convencionais é una tarefa complicada. Ademais, até a cola hai que transmitir o movemento e as pezas de transmisión que hai na viga do helicóptero sempre foron delicadas e deben manterse moi ben.

No sistema NOTAR de McDonnell (abreviatura de Non Tail Rotor ou sen rotor de cola), paira equilibrar o momento de torsión aprovéitase en gran medida a corrente de aire do rotor principal. A corrente de aire descendente golpea a viga até a cola, onde se produce una reacción adversa ao momento. As vigas compórtanse como o vol-sur vertical.

Outra parte da forza necesaria paira equilibrar o momento obtense coa corrente emitida polo ventilador accionado polo motor. A viga até Isatse presenta no extremo con xanelas regulables a ambos os dous lados e a reacción á saída do aire dá a parte que falta paira equilibrar o momento.

O helicóptero xera un momento de torsión que fai virar a cabina e o fuselaje en sentido contrario grazas ao xiro do rotor principal. Nos helicópteros convencionais colócase outro rotor na cola paira compensar o momento (3. irud. ). A reacción da corrente de aire na cola provoca o momento contrario e compensa case todo o momento do rotor principal. O resto compénsase cunha lixeira inclinación do rotor principal. Con todo, o rotor da cola serve tamén paira orientar o helicóptero. Ao aumentar a inclinación dos brazos, a forza de reacción é maior que paira compensar o momento e o aparello pivota cara á esquerda. Por tanto, o helicóptero vai á dereita. Se a inclinación dos brazos diminúe, o helicóptero desprázase cara á esquerda. Nos helicópteros NOTAR, un ventilador conectado ao motor envía una corrente de aire á viga caudal (Figura 1). Parte desta corrente de aire escápase por senllas xanelas situadas no centro da viga, baixo e á dereita (Figuras 1 e 2). Este aire desvía asimétricamente a corrente xerada polo rotor principal (debido ao efecto Coanda) e compensa o 65% do par de torsión. O outro tramo da corrente de aire no interior da viga continúa até o seu extremo. No extremo ábrense varias xanelas regulables e o piloto contrólaas ao seu gusto. Controla, por tanto, a dirección e intensidade da forza B. Paira manter o helicóptero inmóbil no aire, as xanelas extremas dereito permanecen abertas (figura 4) de forma que as forzas A e B compensan o momento de torsión. Se se quere virar o helicóptero á esquerda, a cola se pivota á dereita coas xanelas da esquerda extrema (Figura 5). Se se quere volver virar á esquerda, hai que virar a cola cara á esquerda e paira iso ábrense as xanelas da dereita (Figura 6).

Outro dos principais quebradizos de cabeza que sofren os helicópteros é a interacción dos mandos. Cando se acciona una panca realízase una acción no helicóptero, pero afecta a todas as accións vixentes e por iso hai que compensar ás demais. Con todo, a compensación tamén afecta a outras accións, que tamén hai que compensar, etc.

Por exemplo, no helicóptero típico, pensemos que o piloto ten o aparello parado no aire e quere avanzar recto. O piloto actúa sobre a tensión da panca e o rotor principal inclínase cara adiante. Desta forma créase una forza horizontal e impúlsase o helicóptero cara adiante. Pero cando o helicóptero inclinouse, a forza vertical que exerce o rotor cara arriba é menor paira manter o aparello no aire e comezaría cara abaixo.

Paira evitar este problema, o piloto aumenta o ángulo de inclinación (ángulo de ataque) dos brazos do rotor tirando con coidado a outra panca. Cos brazos do rotor máis inclinados é necesario enviar máis combustible ao motor paira manter a velocidade de xiro do rotor. Con todo, ao aumentar a potencia do motor, o par de torsión do aparello tamén é maior e a inclinación dos brazos do rotor da cola tamén debe modificarse paira equilibralo.

Segundo os pilotos que utilizaron helicópteros NOTAR paira probas, as interaccións dinámicas e aerodinámicas cos distintos eixos do aparello son moito menores. Por tanto, cando se acciona un mando, o piloto debe utilizar moito menos as outras pancas paira compensar as interaccións. É una panca que non goberna o rotor da cola nin as xanelas que conducen a corrente de aire.

As probas tamén se realizaron en grandes refachos laterais de vento. Nestas condicións é moi difícil manter a dirección nos helicópteros habituais, pero os pilotos de NOTAR afirman que co novo sistema os traballos baixan a un cuarto nestes difíciles casos. Ademais, pódese despegar o helicóptero do chan, mantelo en repouso fóra da acción do chan e volvelo a aterrar lentamente sen tocar outras pancas.

No helicóptero habitual que avanza recto, o piloto debe conseguir que a potencia do rotor da cola chegue até o punto de manter a dirección, pero no helicóptero NOTAR é moito máis fácil.

Cando o aperte ten que virar rapidamente no helicóptero, a cola ten grandes oscilacións en bapate e o piloto non pode dominar máis de 60º de xiro por segundo. Debe actuar sobre moitas pancas paira compensar as interaccións en moi pouco tempo. No novo sistema, con todo, os pilotos obtiveron facilmente xiros de 100º por segundo.

Tamén hai que ter en conta os problemas que xera o vento lateral. En helicópteros convencionais non se admiten refachos de vento laterais máis rápidas que 20 nós (por exemplo en helicóptero estándar OH-6A), pero en helicópteros NOTAR admítense refachos de até 40. No helicóptero militar admítense ventos laterais maiores mediante a colocación dun maior rotor na cola, o que orixina outros quebradizos de cabeza en peso e posición, e o piloto debe utilizar máis as pancas. Limítaselles a velocidade de manobra, que é o que necesitan os helicópteros militares.

Os aparellos NOTAR permiten manobras máis rápidas e teñen capacidade de acrobacia. Tamén poden ir cara atrás e, aínda que pareza sorprendente, tamén de patas para arriba!

Segundo os militares, o novo helicóptero de McDonnell-Douglas é moito máis seguro paira a guerra. A rotura do rotor na cola por proxección é moi sinxela, polo que o aparello cae necesariamente co seu piloto. Con todo, no novo sistema, incluso facendo un buraco do tamaño da pelota de tenis na viga da cola, o aparello non caería.

O primeiro aparello do sistema NOTAR foi o modelo denominado MD 530 N e está equipado coa turbina Allison 250-C30. Desde entón desenvolveuse tamén o modelo MD 520 N mediante a instalación da turbina 259-C20R-2 en Allison. En cabina e forma son similares aos da serie de helicópteros MD 500.