helicóptero

Eurocopter AS350BA del Fleet Air Arm de la Royal Australian Navy

Un helicóptero o helicópteros es un avión de despegue y aterrizaje vertical , cuya potencia del motor se transmite a uno o más rotores dispuestos casi horizontalmente para la elevación y la propulsión . Estos funcionan como alas giratorias o alas. Los helicópteros se encuentran, por tanto, entre los aviones de ala giratoria y son, con mucho, los representantes más importantes de este gran grupo de aviones. "Ala giratoria" es también la traducción análoga de la palabra helicóptero, o heli para abreviar , que se compone del griego antiguo ἕλιξ hélix ( Gen. ἕλικος hélikos ) "bobinado, espiral, tornillo" y πτερόν pterón "ala". Las palabras helicóptero y helicóptero son sinónimos. Coloquialmente, los helicópteros son cada vez más populares en los países de habla alemana (ver también padres de helicópteros ). Oficialmente, sin embargo, ambas palabras se utilizan en Suiza.

La definición del término helicóptero es variable. En el sentido más amplio, los helicópteros y los aviones de ala giratoria se tratan como sinónimos. Sin embargo, por lo general, los aviones de ala giratoria sin un rotor principal motorizado, como los giroscopios con sus propios rotores de propulsión, no se cuentan entre los helicópteros. En el caso de las aeronaves que combinan las propiedades de estas dos aeronaves, la clasificación de los helicópteros es inconsistente. Los helicópteros que también tienen alas rígidas se denominan helicópteros compuestos . Los aviones descapotables no cuentan entre los helicópteros.

historia

El principio de flotabilidad helicoidal ya era conocido por los antiguos chinos, que ya lo habían utilizado hace 2500 años en el juguete de la " peonza voladora ". Leonardo da Vinci había realizado bocetos de un helicóptero en sus " Manuscritos de París " alrededor de 1487-1490 , pero no fue hasta el siglo XX que esta idea se implementó técnicamente. Pioneros en el desarrollo de helicópteros incluidos Jakob Degen , Étienne Œhmichen , Raúl Pateras Pescara , Oszkár Asbóth , Juan de la Cierva , Engelbert Zaschka , Louis Charles Breguet , Alberto Santos Dumont , Henrich Focke , Anton Flettner e Igor Sikorski .

Principios

Diseño inicial de un " tornillo de vuelo " de Leonardo da Vinci
Helicóptero experimental de Enrico Forlanini (1877), expuesto en el Museo nazionale della scienza e della tecnologia Leonardo da Vinci Milán
Vuelo de prueba de Raúl Pateras-Pescara de un helicóptero en el aeródromo de Issy-les-Moulineaux , París (1922)

Un juguete llamado "techo de aire chino" ya se conocía en Europa en el siglo XIV y todavía se produce en una forma modificada en la actualidad. Era una estructura similar a un rotor hecha de plumas de pájaro elevadas que, cuando se giraba, podían elevarse verticalmente en el aire, similar a un helicóptero. Leonardo da Vinci se ocupó del helicóptero en el siglo XV y dibujó un avión que iba a recibir un impulso a la manera del tornillo de agua de Arquímedes. En 1768, el matemático francés Alexis Jean-Pierre Paucton diseñó el primer concepto, Pterophore pidió un helicóptero de propulsión humana con dos rotores separados para elevación y empuje competentes. En 1783, el naturalista francés Christian de Launoy y su mecánico Bienvenu construyeron una versión coaxial del giroscopio aéreo chino. El ingeniero británico George Cayley diseñó una construcción similar .

En los siglos XVIII y XIX hubo una multitud de ideas para aviones similares a helicópteros. Así diseñó Mikhail Lomonosov , un modelo de helicóptero con rotores coaxiales para la investigación atmosférica. El maestro relojero austríaco Jakob Degen también experimentó con modelos coaxiales y utilizó un mecanismo de relojería como motor. Alrededor de 1825 el inglés David Mayer construyó un helicóptero de potencia muscular, en 1828 el italiano Vittorio Sarti diseñó un helicóptero con dos hélices de tres palas. El estadounidense Robert Taylor completó su construcción del sistema de control de paso colectivo en 1842 y se lo ofreció al pionero de la aviación Sir George Cayley . Este adoptó el concepto de Taylor para un avión con dos rotores coaxiales montados en los lados y dos hélices para propulsión. Una máquina de vapor iba a servir como motor, pero resultó ser demasiado pesada y condenó el proyecto al fracaso. En 1861 Gustave de Ponton d'Amecourt recibió una patente por un concepto de rotor coaxial. Ambos eran, obviamente, conscientes de la necesidad de una compensación de par, que tenían en cuenta mediante el uso de dos rotores principales que giraban en direcciones opuestas. En 1869, el ingeniero ruso Alexander Nikolajewitsch Lodygin presentó un concepto para un helicóptero con motor eléctrico al Ministerio de Guerra. El modelo ya estaba equipado con un rotor principal y uno de cola. Alrededor de 1870, Alphonse Pénaud construyó helicópteros coaxiales con bandas de goma como juguetes para niños. Se dice que uno de sus aviones de juguete inspiró a los hermanos Wright. En 1874, Fritz y Wilhelm von Achenbach esbozaron un avión de ala rotatoria con un rotor principal y de cola (la configuración de helicóptero más común en la actualidad) que se suponía que estaba propulsado por una máquina de vapor. En 1877 el italiano Enrico Forlanini construyó un pequeño helicóptero no tripulado de 3,5 kg con propulsión a vapor y dos rotores coaxiales que giraban en direcciones opuestas . En el verano de ese año hizo una demostración de este avión en un parque público de Milán, volando durante unos 20 segundos y 13 metros de altura. Incluso Thomas Edison construyó en 1885 en nombre de James Gordon Bennett Jr. un helicóptero debido a su gran peso, pero no despegó. Alrededor de 1890, Wilhelm Kress construyó un avión con rotores coaxiales y determinó la relación entre el diámetro del rotor, la potencia y la sustentación.

En 1901 tuvo lugar el primer vuelo de un helicóptero de Hermann Ganswindt en Berlín-Schöneberg . Como todavía no había motores lo suficientemente potentes, Ganswindt utilizó un peso descendente, que también impulsó el rotor a través de una cuerda. El helicóptero voló solo unos segundos, pero despegó con dos personas a bordo. Falta una película de los hermanos Skladanowsky del evento. Como Ganswindt había instalado una barra de seguridad, fue acusado de fraude en 1902 y detenido durante ocho semanas. Ese mismo año, un helicóptero diseñado por Ján Bahýľ también alcanzó una altitud de 50 cm.

El 13 de noviembre de 1907, Paul Cornu levantó su bicicleta voladora de 260 kg durante 20 segundos, a 30 cm verticalmente del suelo. Usó rotores en tándem impulsados ​​por un motor V8 de 24 hp. Este fue el primer vuelo vertical tripulado libre documentado, aunque el vuelo es dudoso debido a la baja potencia del motor. En ese año, los hermanos Louis Charles y Jacques Bréguet, en colaboración con el profesor Charles Richet, también construyeron el autogiro N ° 1 con cuatro rotores contrarrotantes, un motor de gasolina de 45 CV y ​​un peso de despegue de 580 kg, que, sin embargo, solo podía volar verticalmente hacia arriba.

En 1909, con el apoyo del Ministerio de Guerra ruso , Vladimir Valerianovich von Tatarinoff construyó el Tatarinow Aeromobile , que tenía una forma similar a un automóvil con una hélice delantera y cuatro hélices de elevación montadas sobre el vehículo. La construcción poco prometedora fue destruida por el diseñador después de las críticas públicas.

A partir de 1910 Boris Nikolajewitsch Jurjew resolvió algunos problemas básicos teórico-constructivos de la estabilidad y el accionamiento y desarrolló el plato oscilante .

En 1913, el ingeniero de Dresde Otto Baumgärtel diseñó un avión de despegue vertical que podía avanzar sin una hélice especial cambiando el centro de gravedad.

En 1916, el danés Jacob Christian Hansen Ellehammer construyó un helicóptero con rotores coaxiales y hélice de proa, un motor radial de 6 cilindros autoconstruido con 36 CV y ​​el primer uso de ajuste colectivo y cíclico de las palas. El italiano Gaetano Arturo Crocco propuso esta técnica en 1906. Ellehammer es, por tanto, el inventor del control de rotor de uso común en la actualidad. Después del accidente y la destrucción de la máquina, abandonó el desarrollo. Los hermanos Rüb en Stuttgart construyeron otro rotor coaxial en 1917, que, sin embargo, no pudo despegar debido a la falta de potencia motriz.

Hacia el final de la Primera Guerra Mundial , los diseñadores Stephan Petróczy von Petrócz , Theodore von Kármán y Wilhelm Zurovec llevaron a cabo exitosas pruebas de vuelo en nombre del Ejército Austro-Húngaro con los aviones PKZ-1 y PKZ-2 con tornillos de sujeción que llevan su nombre. . Estos aviones ascendentes verticalmente estaban destinados a reemplazar los globos atados que se habían utilizado hasta entonces para la observación del enemigo. El PKZ-2 con un rotor coaxial y tres motores con una potencia de 120 HP cada uno alcanzó una altitud de alrededor de 50 m, lo que fue un récord en ese momento. Durante un vuelo de demostración el 10 de junio de 1918 en Fischamend , el dispositivo se estrelló. El final de la guerra impidió un mayor desarrollo.

Entre 1919 y 1922, Henry A. Berliner diseñó helicópteros en los EE. UU. Con rotores coaxiales y uno al lado del otro. Con ambos emprendió vuelos flotantes libres de corta duración.

El 11 de noviembre de 1922, Étienne Œhmichen trajo su Œhmichen No. 2 en el aire, el primer despegue vertical documentado y que vuela de manera confiable, un cuadricóptero.

Al desarrollar su Autogiro en 1923 , Juan de la Cierva ( España ) encontró soluciones esenciales para estabilizar el rotor de un avión de ala giratoria. B. las articulaciones aleteadoras . Este concepto fue patentado en la Patente del Reich alemán No. 249702 de 1912 por Max Bartha y Josef Madzsar en relación con el control de inclinación de la cabeza para un rotor coaxial. Ese mismo año, el helicóptero más grande del mundo, desarrollado por George de Bothezat , voló en los EE. UU. Con cuatro rotores en brazos y dos rotores de control más pequeños. Tenía una masa de despegue de 1600 kg y estaba propulsado por un motor de 220 CV.

El 18 de abril de 1924, a partir del mejorado Raúl Pateras Pescara desarrolló Pescara No. 3 duplicó el récord mundial de aeronaves de rotor establecido por Œhmichen cuatro días antes y utilizó el ajuste cíclico de las palas por primera vez para usar el rotor principal para la propulsión. El helicóptero Œhmichens tenía cuatro rotores principales ajustables, cinco hélices para estabilización, dos hélices para propulsión, una hélice para dirección y un motor Gnôme de 180 HP como propulsor. A pesar de los dos primeros "récords mundiales" reconocidos oficialmente para helicópteros, estas complicadas máquinas eran un callejón sin salida técnico.

En Alemania, el ingeniero jefe Engelbert Zaschka desarrolló un autogiro y un helicóptero combinados en 1927. En el desarrollo de Zaschka, a diferencia de los giroscopios y helicópteros conocidos hasta ese momento, los rotores del avión rotatorio Zaschka estaban inevitablemente conectados a una masa giratoria con un volante que actuaba mediante dos giroscopios . Por tanto, el modelo de helicóptero tenía un control de equilibrio mediante una masa giratoria ( energía cinética ). Esta disposición permitió un vuelo de planeo vertical seguro con el motor apagado .

A partir de 1925, Holländer AG von Baumhauer intentó implementar la disposición de rotor que es común en la actualidad, con un rotor principal y uno de cola cada uno. Su helicóptero tenía un rotor principal de unos 15 m de diámetro, impulsado por un motor de 200 CV. Usó un motor separado con 80 hp para impulsar el rotor de cola. El primer vuelo tuvo lugar en 1930, pero el desarrollo se detuvo después de que se rompiera una pala del rotor principal. En el mismo año, el belga Nicholas Florine y el italiano Corradino D'Ascanio probaron con éxito sus helicópteros. La máquina de Nicholas Florine tenía una disposición de rotor en tándem con dos rotores de cuatro palas de 7,2 m de diámetro y pesaba alrededor de 950 kg. Estaba propulsado por un motor Hispano Suiza de 220 CV y ​​permitía vuelos suspendidos de hasta diez minutos. El helicóptero diseñado por D'Ascanio con rotores coaxiales y tres hélices auxiliares regulables voló hasta los 1078 m, alcanzó una altitud de 18 my un tiempo de vuelo de nueve minutos. También en 1930 Raoul Hafner construyó un helicóptero con Bruno Nagler en Austria . Aunque esto incluso tuvo un plato oscilante, los problemas de control llevaron al aborto de las pruebas.

Entre 1930 y 1935 Oszkár Asbóth en Hungría y Walter Rieseler en Alemania experimentaron con helicópteros con rotores coaxiales, en los que se debería mejorar la capacidad de control con unidades de cola en la corriente descendente del rotor.

En 1932, bajo la dirección de Boris Nikolajewitsch Jurjew, se desarrolló el ZAGI 1-EA en la Unión Soviética con un rotor principal y dos rotores de control en la proa y en la popa. Este tenía un peso de despegue de 1200 kg y dos motores de 120 CV cada uno.

El resto del siglo XX

A principios de la década de 1930, Louis Charles Breguet y René Dorand construyeron el primer helicóptero en volar estable durante mucho tiempo con el Gyroplane Laboratoire . Tenía rotores coaxiales y desde junio de 1935 ostentaba todos los récords internacionales de helicópteros.

El Focke-Wulf Fw 61 , que usó dos rotores dispuestos en el costado, rompió varios récords mundiales previos para helicópteros en su vuelo inaugural en junio de 1936. También fue el primer helicóptero en realizar un aterrizaje en autorrotación .

En Estados Unidos, el Sikorsky VS-300 , que despegó por primera vez en 1939, fue el primer helicóptero prácticamente utilizable. Este prototipo se convirtió en el modelo del Sikorsky R-4 , que se construyó en serie a partir de 1942 .

En 1941, el alemán Focke-Achgelis Fa 223 fue el primer helicóptero construido en serie, también con dos rotores dispuestos en el lateral. A éste le siguió en 1943 el Flettner Fl 282 , también de doble rotor, y en 1944 el Sikorsky R-4 "Hoverfly" en EE. UU., Que, al igual que su predecesor, el Sikorsky VS-300, utilizaba un solo rotor en conjunto. con un rotor de cola .

En 1943 , voló el Doblhoff WNF 342, el primer helicóptero experimental en utilizar un propulsor de punta de cuchilla caliente. El PV-1, también diseñado por Frank Piasecki y Harold Venzie en 1943, tenía un diseño sin rotor de cola, similar a la tecnología NOTAR actual. Sin embargo, pronto se abandonó el trabajo en favor de un diseño de rotor de cola.

El 8 de marzo de 1946, una construcción de Got Arthur M. Young se remonta al Bell 47 de Bell Aircraft Corporation , un helicóptero ligero de dos o dreisitziger, la primera aprobación de vuelo de helicóptero civil en los Estados Unidos. Sus variantes se encontraban en todo el mundo hasta la década de 1980 y más allá.

En el lado soviético, el Mil Mi-1 desarrollado por Mikhail Mil fue el primer helicóptero producido en serie, cuyo prototipo voló GM-1 por primera vez en septiembre de 1948.

En 1955, la empresa francesa Sud Aviation equipó su helicóptero Alouette II con una turbina de eje Turbomeca Artouste de 250 kW y construyó así el primer helicóptero con propulsión de turbina de gas , que ahora es utilizado por casi todos los fabricantes comerciales. Solo los helicópteros Robinson ( Robinson R22 y Robinson R44 ), Brantly ( Brantly B-2 o Brantly 305 ) y Sikorsky ( Schweizer 300C ) todavía fabrican helicópteros con motores de pistón.

La familia de helicópteros más popular hasta la fecha, el Bell 204 , conocido como Bell UH-1 en términos militares, despegó el 22 de octubre de 1956 en su vuelo inaugural .

El MBB BO 105 alemán fue fundado en 1967 como el primer helicóptero con una cabeza de rotor sin bisagras con PRFV . Se habían utilizado y equipado por primera vez palas de rotor en el Ka-26 Kamov . El Eurocopter EC 135, como sucesor actual, utiliza una forma más desarrollada, la denominada cabeza de rotor sin juntas y sin cojinetes. Allí, los cojinetes para el ajuste del ángulo de la pala fueron reemplazados por un elemento de control de giro hecho de plástico reforzado con fibra de vidrio con una bolsa de control.

En 1968, despegó el Mil Mi-12 soviético , el helicóptero más grande jamás construido. Tiene rotores dispuestos uno al lado del otro, un peso máximo de despegue de 105 t con una carga útil máxima de 40 ty 196 asientos para pasajeros. Después de tres prototipos que establecieron varios récords, la producción se detuvo.

En 1975, el Robinson R22 liviano y económico, que fue construido en producción a gran escala a partir de 1979, realizó su primer vuelo.

1977 vio el vuelo inaugural del helicóptero más grande producido en serie, el Mil Mi-26 , que todavía está en producción y en uso en la actualidad.

Desde 1980, el Kamow Ka-50 "Hokum" fue el primer helicóptero desarrollado que estaba equipado con un asiento eyectable . Junto con su desarrollo posterior, el Kamow Ka-52 Alligator , es el único helicóptero que hasta ahora ha sido equipado con un asiento eyectable. Las palas del rotor se soplan automáticamente cuando se activa el asiento eyector.

A partir de 1983, el Boeing-Sikorsky RAH-66 Comanche era un helicóptero de combate con tecnología furtiva , pero su producción se detuvo poco antes de que estuviera listo para su uso en 2004 debido a la escalada de costos.

En 1984, el Sikorsky X-wing voló por primera vez , cuyo rotor se detiene y bloquea durante el vuelo hacia adelante y luego sirve como un ala adicional . Al igual que con otros conceptos de VTOL , está destinado a lograr un mejor rendimiento de vuelo en comparación con los aviones de ala giratoria pura. Sin embargo, se quedó con un prototipo .

En 1989, con Da Vinci III, un helicóptero de gran potencia despegó del suelo durante unos segundos por primera vez , hasta 20 cm de altura, con una manivela de pedal y un solo rotor, en California.

Siglo 21

En agosto de 2008, el Sikorsky X2 demostró en su vuelo inaugural la idoneidad del rotor coaxial, que se ha optimizado utilizando los últimos métodos, en combinación con una hélice de empuje, el principio de los autogiros anteriores . Dos años más tarde alcanzó el objetivo de desarrollo con 250  nudos True Airspeed (463 km / h) y superó el récord de velocidad anterior en un 15%. Otros fabricantes también probaron nuevos modelos de alta velocidad similares, como Eurocopter la y Kamow el Ka-92 .

En octubre de 2011, el Volocopter fue el primer vuelo tripulado del mundo con un helicóptero de propulsión puramente eléctrica.

En 2011/2012/2013 diferentes equipos de USA mejoraron el rendimiento en interior con 3 prototipos (Gamera (I), Gamera II y AeroVelo Atlas) de cuadricópteros de potencia muscular para una persona. Más recientemente, el Atlas logró un tiempo de vuelo de 64 segundos, una altitud máxima de 3,3 my una deriva de menos de 10 m, ganando así el Premio Sikorsky.

función

Las palas del rotor giratorio generan una elevación dinámica del aire entrante . Al igual que con las alas rígidas de un avión, es, entre otras cosas, dependiendo de su perfil , el ángulo de ataque y la velocidad de entrada del aire (no constante a lo largo de la pala), ver rotor principal .

Cuando un helicóptero avanza, la velocidad de aproximación cambia porque la velocidad orbital y la velocidad del aire de la pala que se mueve hacia adelante se suman. Cuando la hoja regresa, restan, vea también el boceto a continuación .

Debido a la aerodinámica de las palas del rotor, durante el vuelo surgen fuerzas asimétricas en las palas que se mueven hacia adelante y hacia atrás, que en los modelos más antiguos tenían que ser absorbidas por las articulaciones de aleteo y giro en el accesorio, la cabeza del rotor. Los diseños más nuevos prescinden de estas uniones. En estos modelos más nuevos, la cabeza del rotor y las palas consisten en un compuesto de materiales de diferente elasticidad ( elastómeros y metales ligeros y de alta resistencia como el titanio ), que pueden hacer frente a las fuerzas dinámicas, que cambian constantemente de tamaño y dirección, sin dañar los componentes. Una cabeza de rotor sin bisagras de este tipo se realizó por primera vez en la Bölkow Bo 105 con palas de plástico reforzado con fibra de vidrio y una cabeza de rotor maciza de titanio en combinación con elastómeros. En el caso del Eurocopter EC 135 , este se desarrolló aún más en una cabeza de rotor sin cojinetes , que se ha establecido en la mayoría de los modelos.

Ajuste de la hoja

El ajuste cíclico (también rotacionalmente periódico ) de la pala , comúnmente también llamado control de la pala , se utiliza para controlar el movimiento horizontal del helicóptero, que requiere una inclinación del plano del rotor principal. Para iniciar o finalizar el vuelo hacia adelante, hacia atrás o hacia los lados, los ángulos de ajuste de las palas se cambian (cíclicamente) durante la rotación del rotor . Esto conduce a un movimiento cíclico de aleteo de las palas, de modo que las puntas de las palas giran en un plano que se inclina en la dirección prevista. La flotabilidad permanece constante en toda la órbita. En consecuencia, el empuje del rotor que transporta el helicóptero y lo impulsa hacia adelante forma un ángulo recto con el plano de las puntas de las palas. La fuerza que se eleva verticalmente en el vuelo estacionario ahora recibe un empuje de propulsión hacia adelante debido a esta inclinación . Debido a la resistencia del fuselaje, todo el helicóptero y, por tanto, el eje del rotor también se inclinan en la dirección de vuelo.

Si el centro de gravedad del helicóptero (con una carga adecuada) está en la extensión del eje del rotor, el empuje pasa por el centro de gravedad con cada viaje constante. El plano de la punta de la pala forma entonces un ángulo recto con el eje del rotor y no se producen movimientos de aleteo. Solo están disponibles cuando el centro de gravedad es diferente o cuando se debe cambiar la velocidad aerodinámica.

Con el paso colectivo ( cabeceo ) del piloto cambia el ángulo de incidencia de todas las palas de manera uniforme, resultando en la subida o bajada del helicóptero. Las construcciones simples, por ejemplo con varios accionamientos eléctricos en modelos de helicópteros , reemplazan este control cambiando la velocidad. La desventaja aquí es el mayor tiempo de reacción debido a la inercia del rotor principal.

Las palas del rotor generalmente se controlan con un plato oscilante . La parte inferior fija es desplazada hacia arriba o hacia abajo por el piloto con la ayuda de la palanca de ajuste "colectivo". Con el joystick "cíclico" se puede inclinar en cualquier dirección. La parte superior de la placa oscilante (que gira con el rotor) transmite el ángulo de ajuste deseado a las palas del rotor a través de parachoques y palancas en las raíces de las palas.

Variantes de rotor y compensación del momento de guiñada

Se hace una distinción entre sistemas de un solo rotor, rotores dobles , rotores triples y máquinas con cuatro ( quadrocopter ) o más rotores. Con la excepción del accionamiento de la punta de la hoja , los rotores siempre son accionados por un motor en el fuselaje. Esto crea un contra- torque (momento de guiñada) en el eje del rotor , que en el caso de un solo rotor haría que el fuselaje rote en la dirección opuesta. Se utilizan varias construcciones para compensar esto:

Sistema de un solo rotor
Generación de un contra-lateral de empuje por un rotor de cola , también encapsulado como conductos de la hélice en el Fenestron , o por empuje boquillas en el rotor NO-cola (NOTAR) sistema
Sistemas de doble rotor
Dos rotores principales que giran en direcciones opuestas, cuyos momentos de guiñada están equilibrados, al estar dispuestos uno encima del otro en el mismo eje ( rotor coaxial ), uno detrás del otro ( configuración tándem ) o uno al lado del otro ( transversal ). Otra variante son los rotores entrelazados con ejes de rotación estrechamente espaciados e inclinados mutuamente en el rotor doble Flettner . Con el Sikorsky X2 , el diseño coaxial también permite velocidades más altas en combinación con una hélice de empuje, como se usó por primera vez en 1947 en el Fairey Gyrodyne .
Sistemas de triple rotor
Solo en raras ocasiones ( Cierva W.11 ), en la planificación ( Mil Mi-32 ) o en la fabricación de modelos (Tribelle, Tricopter) aparecieron rotores triples en los que el par se compensa inclinando ligeramente los ejes verticales del rotor o girando uno de los ejes verticales del rotor. rotores.
Quadro y multicóptero
El cuadricóptero utiliza cuatro rotores en un plano y permite controlar los tres ejes mediante un ajuste vinculado del paso o la velocidad. Es común una disposición cuadrada, es necesaria la dirección de rotación opuesta de los rotores adyacentes. Sobre la base de esta tecnología, se utilizan muestras con seis, ocho, doce o más (por ejemplo, Volocopter con 16 o 18) rotores.
Impulsión de la punta de la hoja
Con el accionamiento de la punta de la pala , el rotor es accionado por el retroceso de una hélice o un chorro de gas, de modo que ningún contra-par actúa sobre el fuselaje.

Un sistema con dos rotores es técnicamente la construcción más eficiente, ya que todos los rotores se utilizan para la elevación y la propulsión, mientras que el rotor de cola cuesta alrededor del 15% de la potencia total en vuelo estacionario. En la práctica, sin embargo, el sistema de un solo rotor con un rotor de cola ha prevalecido en gran medida. En términos económicos, los menores costos de construcción y mantenimiento con solo una cabeza de rotor y una caja de cambios tienen un impacto , ya que estos son los dos componentes más complejos y sensibles de un helicóptero.

Los rotores de cola están disponibles en versiones de dos a cinco palas. Para reducir el ruido , se utilizan rotores de cuatro palas en forma de X. Una variante particularmente silenciosa es el Fenestron , una hélice con camisa en el brazo de cola con hasta 18 palas.

Por lo general, el rotor de cola se impulsa desde la caja de cambios principal a través de ejes y engranajes de desviación , por lo que su velocidad siempre es proporcional a la del rotor principal. El empuje para la dirección alrededor del eje de guiñada es regulado por el piloto usando los pedales a través del ángulo de ajuste de las palas del rotor de cola, análogo al ajuste colectivo del rotor principal.

Durante la navegación, el rotor de cola se alivia en muchos diseños por el hecho de que un estabilizador vertical compensa en gran medida el momento de guiñada. Esto se consigue habitualmente mediante tapones en la superficie de amortiguación horizontal, que están inclinados al eje longitudinal del fuselaje, y en el caso de una sola aleta, habitualmente también mediante un perfil asimétrico.

Dirección y autorrotación de emergencia

Si falla la unidad, los helicópteros pueden aterrizar sin daños. Para ello, el piloto tiene que realizar un descenso pronunciado , manteniendo el rotor de marcha libre girando o acelerando en la medida de lo posible por el aire que entra de abajo hacia arriba, con el fin de mantener o aumentar el momento angular . La autorrotación resultante , como en un autogiro, proporciona la sustentación que limita la velocidad de descenso y sostiene al helicóptero cuando se mantiene en posición vertical. No es necesaria una compensación del momento de guiñada, ya que solo se tendría que compensar el pequeño momento de la fricción del cojinete (en la cabeza del rotor principal, la caja de cambios y el accionamiento), pero esto no conduce a un aumento crítico en la velocidad de guiñada hasta el aterrizaje. Por lo tanto, tal aterrizaje también es posible si falla el rotor de cola, p. Ej. B. en caso de rotura del eje de transmisión del rotor de cola, del engranaje angular del rotor de cola o incluso de todo el brazo de cola. Sin embargo, llegar a un lugar adecuado para este aterrizaje de emergencia es más crítico.

Poco antes de llegar al fondo, el ángulo de ataque colectivo ( ángulo de ataque ) se incrementa de levemente negativo a positivo para aumentar significativamente la sustentación. Esto ralentiza el hundimiento con el objetivo de un aterrizaje más o menos suave que sea seguro para la tecnología y la tripulación, y se reduce la rotación del rotor. El momento angular del rotor disminuye y su energía se consume, por lo que solo hay un intento de esta delicada maniobra. La pérdida de control alrededor del eje vertical y la necesidad de acertar en el momento adecuado, sin embargo, siempre hacen que esta maniobra sea arriesgada.

Para el aterrizaje de emergencia, se requiere una altura mínima sobre el suelo, ya que si falla el motor principal, el hundimiento es inevitable y también se requiere tiempo para hacer la transición a la nueva posición de vuelo .

El aterrizaje de emergencia con autorrotación debe ser practicado regularmente por los pilotos.

direccion

Cabina de un AS 332 L1 "Super Puma" de la Policía Federal Alemana
Cabina de Sud Aviation SE.3130 Alouette II ZU-ALO en Sudáfrica . Puedes ver los pedales para la dirección izquierda-derecha.

Un helicóptero no es una aeronave intrínsecamente estable ; siempre tiene la tendencia, especialmente cuando está en vuelo estacionario y lento, a abandonar su posición y a empujarse, inclinarse o girar en una dirección u otra. Esto es i.a. basado en el hecho de que el punto neutro está por encima del tronco y, por tanto, por encima del centro de gravedad . El piloto debe interceptar estos movimientos a través de entradas de control continuas que contrarresten. A una velocidad de vuelo superior a unos 100 km / h, un helicóptero se comporta de forma similar a un hidroala y, por tanto, es fácil de controlar. El aterrizaje implica peligros particulares , ya que si el motor falla a una altitud demasiado baja, no hay suficientes reservas para cambiar a la autorrotación. Al tocar el suelo, puede producirse la llamada resonancia del suelo , que puede conducir muy rápidamente a la destrucción del helicóptero.

A diferencia de un avión de ala fija, el piloto de helicóptero generalmente se sienta en el lado derecho. Necesita manos y pies para controlarlo:

  • Con la mano izquierda controla a través de una palanca, el tono colectivo ( tono inglés ). La placa oscilante se empuja hacia arriba o hacia abajo sobre el eje del rotor y el ángulo de ataque de todas las palas del rotor del rotor principal se cambia en la misma medida y la elevación del rotor aumenta o disminuye. Esto hace que el helicóptero suba o baje. Para evitar que la velocidad del rotor disminuya debido al aumento resultante de la resistencia del aire cuando aumenta el ángulo de ataque de las palas del rotor principal, esta palanca también se utiliza para aumentar la potencia del motor o de la turbina. Esto se hace manualmente con un agarre giratorio en la palanca o automáticamente. Al cambiar la salida del motor o de la turbina , el par generado también cambia, lo que hace necesarias contramedidas a través del rotor de cola.
  • El piloto controla el ajuste cíclico de la pala con la mano derecha usando la palanca de control (en la foto arriba de la palanca en forma de S en el medio frente al asiento del piloto) . Esto inclina el plato oscilante y cambia el plano del rotor en consecuencia, iniciando así el movimiento del helicóptero alrededor del eje longitudinal (giro hacia la izquierda o derecha) y transversal (inclinación hacia adelante o hacia atrás). Los comandos de control dados a la cabeza del rotor con la palanca de control a través de la placa oscilante también permiten combinaciones de movimientos de cabeceo y balanceo.
  • En el suelo de la cabina hay dos pedales con los que se controla el ángulo de ataque del rotor de cola y, por tanto, el movimiento del helicóptero alrededor del eje de guiñada (eje vertical), es decir, la rotación hacia la derecha o hacia la izquierda.

Rendimiento de vuelo

Superposición de velocidad en la hoja de avance y retroceso

En principio, los helicópteros no logran el rendimiento de vuelo (hacia adelante) de los aviones de ala fija : la velocidad máxima suele estar entre 200 y 300 km / h, algunos helicópteros de combate superan los 360 km / h. El récord de velocidad es de 472 km / hy se logró el 7 de junio de 2013 con un Eurocopter X³.

La velocidad máxima está limitada por la aerodinámica de las palas del rotor: la pala que se mueve hacia adelante tiene una velocidad más alta que la que se mueve hacia atrás en comparación con el aire que fluye desde el frente. Si la hoja delantera se acerca a la velocidad del sonido en el área exterior , hay una disminución en la sustentación, un fuerte aumento de la resistencia y una gran tensión en la hoja debido a los momentos de torsión . Esto se manifiesta en fuertes vibraciones, lo que dificulta que el piloto controle el helicóptero.

Para un diámetro de rotor típico de 10 m, esto significa que el rotor no puede realizar más de aproximadamente 11 revoluciones por segundo (es decir, 660 revoluciones por minuto) sin la velocidad del sonido en las áreas exteriores de las palas del rotor (aproximadamente 343 m / sa 20 ° C) se supera. Por lo tanto, las velocidades típicas del rotor durante el funcionamiento están muy por debajo de este valor.

Sin embargo, la velocidad de un helicóptero a menudo está limitada por la pala del rotor retráctil : aquí, la combinación de un alto ángulo de ataque (ajuste cíclico, ver arriba) y una baja velocidad de flujo conduce a una pérdida y por lo tanto a una pérdida de sustentación. Por lo tanto, cuando alcanzan una velocidad crítica, muchos helicópteros primero se vuelcan hacia el lado en el que las palas del rotor giran hacia atrás antes de que las palas que giran hacia adelante alcancen el rango supersónico.

La altura de la cumbre también es limitada y suele rondar los 5.000 metros, con modelos individuales que alcanzan los 9.000 metros. El récord de altitud FAI de 12.442 m fue establecido en junio de 1972 por Jean Boulet con un Aérospatiale SA-315 . Solo fue superado (12,954 m) en marzo de 2002 por el vuelo de Fred North en un Eurocopter AS 350 (12,954 m), que, sin embargo, no ha sido reconocido como un récord oficial por la FAI hasta ahora (2012).

El consumo de combustible de un helicóptero suele ser significativamente superior al de un hidroala con la misma carga útil en relación con la ruta de vuelo.

Una ventaja del helicóptero, por otro lado, es la capacidad de permanecer en el aire ( vuelo estacionario , también llamado vuelo estacionario ), volar hacia atrás o hacia los lados y girar alrededor del eje vertical ( eje de guiñada ) en vuelo lento . También puede despegar y aterrizar verticalmente (VTOL) y por lo tanto no necesita pista . Si no hay un helipuerto regular disponible, un espacio plano y despejado con un diámetro suficiente es suficiente.

Registros (selección)

Escribe registro Tipo de helicóptero piloto fecha localización
Velocidad horizontal 472,3 kilómetros por hora Eurocopter X 3 Hervé Jammayrac 07 de junio de 2013 Istres (FRA)
Altura máxima de escalada 12,954 m Eurocopter AS 350 Frédéric North 25 de marzo de 2002 Ciudad del Cabo (ZAF)
Altitud de inicio más alta 8.848 m Eurocopter AS 350 Didier Delsalle 14 de mayo de 2005 Monte Everest (NPL)
Vuelo de mayor distancia sin aterrizar 3.561,55 kilometros Hughes OH-6 Robert G. Ferry 06 de abril de 1966 Culver City , CA - Ormond Beach , FL (Estados Unidos)

La NASA está planeando un pequeño helicóptero de 1,8 kg para volar en la atmósfera marciana en 2021. La densidad de la atmósfera marciana ya se asemeja a la baja densidad de la atmósfera terrestre a una altitud de 30.500 m cuando despega de la superficie marciana. Sin embargo, la aceleración debida a la gravedad en Marte (3,71 m / s²) es sólo alrededor de un tercio de la de la Tierra (9,81 m / s²).

usar

El funcionamiento de un helicóptero moderno es significativamente más caro en comparación con un avión de ala fija con una carga útil comparable. Sin embargo, debido a su capacidad para aterrizar, despegar y planear sobre un terreno no preparado, hay una serie de áreas de aplicación adicionales, distinguibles en civiles y militares.

Uso civil

Francés Aérospatiale SA-315 Lama como helicóptero con cámara

El uso más común en Europa Central , medido en términos de horas de vuelo, es, con mucho, el vuelo de trabajo. Esto incluye el monitoreo de líneas de transporte de electricidad, gas y petróleo, vuelos en silvicultura y agricultura (vuelos agrícolas , como la aplicación de pesticidas o fertilizantes), vuelos de carga externa, vuelos de reconocimiento, vuelos de imagen, extinción de incendios forestales, etc. línea de plomo para tirar de un teleférico, líneas aéreas o puentes de cuerda también se pueden hacer con un helicóptero modelo. Se utiliza una espada con ocho hojas de sierra circular grandes para recortar el crecimiento de los árboles en las líneas aéreas. Un helicóptero militar fue utilizado por corriente descendente (downwash) para soplar nieve extremadamente pesada que cubría las ramas que podrían provocar la fractura de árboles a lo largo de una línea de ferrocarril bloqueada.

Otro campo de aplicación importante es el rescate aéreo mediante helicópteros de rescate , para el que existen más de 70 bases solo en Alemania. Otras especialidades son de cuidados intensivos de transporte helicópteros , helicópteros de rescate de gran capacidad , médicos de emergencia helicópteros y los servicios de rescate de montaña . Los helicópteros también se han convertido en un factor de apoyo importante para la policía , por ejemplo en la búsqueda de personas desaparecidas, la lucha contra el crimen o la lucha contra incendios utilizando externa contenedores de extinción de incendios .

Los helicópteros de transporte se utilizan para el transporte civil de pasajeros , por ejemplo, en plataformas petrolíferas , donde representan un elemento importante de la logística. Otra aplicación es el transporte de mercancías, cuando las mercancías deben llevarse de forma rápida y directa a un lugar específico. En las altas montañas , el transporte de materiales y componentes de construcción suele ser importante para la construcción y el suministro de instalaciones alpinas debido a la falta de rutas terrestres adecuadas. Lo mismo se aplica al trabajo de montaje en lugares inaccesibles; a veces también se utilizan allí helicópteros como grúas de construcción . Los refugios alpinos a los que no se puede llegar en vehículos y que fueron abastecidos con animales de carga hasta la década de 1970 o con porteadores en el caso de rutas de acceso más difíciles, ahora se abastecen principalmente de alimentos y se eliminan en helicópteros. En viñedos empinados que no se pueden mecanizar , los productos fitosanitarios a veces se pulverizan en helicópteros. En el sector turístico se ofrecen vuelos turísticos y heli-esquí . Otro uso de los helicópteros son las acrobacias aéreas , en las que se demuestra la alta resistencia de los conceptos modernos de helicópteros, especialmente los rotores y sus controles.

729 helicópteros están registrados en Alemania (a finales de 2017). Tienen clase de matrícula H, es decir , tienen un número de matrícula de aeronave en el formulario D-Hxxx.

Uso militar

Helicóptero de ataque AH-64D Apache Longbow con unidad de radar sobre el rotor

Además del uso predominante como helicóptero de transporte para el transporte de tropas, existen otras aplicaciones militares típicas

Otro uso

El 23 de septiembre de 2009, durante el robo de un helicóptero en Västberga en Suecia, se utilizó un helicóptero para robar un depósito de dinero. Los agresores aterrizaron con esto en la azotea del edificio, penetraron por un tragaluz y escaparon con el equivalente a unos 4,1 millones de euros.

Licencias piloto

Controlar un helicóptero requiere conocimientos y habilidades especiales, algunos de los cuales son muy diferentes de los que se requieren para los aviones.

Hay cuatro tipos de licencias de piloto en Alemania:

Accidentes

Durante un ejercicio en las montañas de Albania se estrellaron helicópteros de combate del tipo Hughes AH-64 Apache (1999)

En comparación con los hidroalas, los helicópteros tienen una tasa de accidentes significativamente más alta: entre 1980 y 1998, la Oficina Federal de Investigación de Accidentes de Aeronaves (BFU) registró 54 accidentes por millón de salidas con helicópteros con seis muertes, con hidroalas solo diez accidentes con 1,6 muertes. Las causas de los accidentes son proporcionalmente más del 80% de errores humanos.

Desde un punto de vista técnico, los helicópteros no son más inseguros que los hidroalas y están diseñados y aprobados bajo los mismos requisitos de confiabilidad. El mayor riesgo de accidentes puede explicarse más por las condiciones de operación: los servicios de rescate y los militares no pueden determinar una ubicación con anticipación, los obstáculos como antenas o líneas eléctricas son parcialmente desconocidos para el piloto. Las operaciones en alta montaña, como el transporte de carga y el rescate en montaña, pueden, a su vez, llevar el variador a su límite de rendimiento debido a la menor densidad del aire y las corrientes descendentes. Si falla, las condiciones para un aterrizaje en autorrotación suelen ser malas.

Los cortadores de cuerda opcionales por encima y por debajo de la cabina pueden cortar cuerdas en determinadas situaciones para evitar accidentes. Los cables de las líneas eléctricas, las cuerdas de sujeción de los mástiles y los teleféricos están solo parcialmente marcados y se muestran en 50.000 mapas detallados y representan un peligro particular en vuelos bajos.

Artículo de tecnología

Se pueden encontrar más detalles sobre la construcción y tecnología de helicópteros en estos artículos:

Variantes de diseño para compensación de par
Configuración del rotor de cola - helicóptero con rotores laterales - configuración en tándem - rotor coaxial - rotor doble Flettner - accionamiento de la punta de la pala
Diseños de aviones relacionados
Autogiro - avión - Convertible aviones - despegue vertical - VTOL
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Rotor principal - cabeza del rotor - placa oscilante - junta batiente - junta giratoria
Flotar
Dispositivo de aterrizaje
Motor de helicóptero
Helicóptero modelo

Principales fabricantes

Europa:

Sudamerica:

  • Brasil: Helibras (parte del grupo Eurocopter)

Asia:

África:

Norteamérica:

Ver también

literatura

En orden cronológico:

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Película

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  • Máquinas voladoras del profesor Oehmichen. Documental, Francia, 2009, 52 min. Director: Stephane Begoin; Producción: arte F , primera emisión: 20 de junio de 2009, índice ( recuerdo del 1 de julio de 2009 en Internet Archive ) de arte
  • History of Helicopters - Helicopter Invention Documentary Film youtube.com, Video 44:21, History TV Channel, 9 de marzo de 2015, consultado el 13 de octubre de 2017. - De juguetes en China, tecnología para vuelos tripulados y el primer helicóptero no tripulado. Con Sergei Sikorsky.

enlaces web

Wikcionario: Helicóptero  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones
Wikcionario: Helicóptero  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones
Commons : Helicopter  - Colección de imágenes, videos y archivos de audio

Evidencia individual

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