Principios de Diseño y Aerodinámica de Rotores de Helicóptero

El diseño de los rotores de helicóptero es fundamental para su operación y eficiencia. Diversos factores influyen en la sustentación, el control y la suavidad del vuelo.

Número de Palas del Rotor

En un helicóptero, el número de palas del rotor puede variar. Esta variación permite reducir el peso y el tamaño de los rotores. Un mayor número de palas contribuye a un vuelo más suave.

La sustentación generada por las partes del rotor no se modifica aumentando las revoluciones por minuto (RPM) del rotor principal. En cambio, la sustentación se ajusta variando los ángulos de paso de todas las palas.

Diseño de Rotor Semirrígido

El diseño más sencillo de rotor es el semirrígido de dos palas. Este sistema funciona de manera similar a un columpio: cuando una pala se mueve hacia arriba, la otra se mueve hacia abajo. Esto elimina la necesidad de un eje de batimiento separado para cada pala, así como la necesidad del eje de arrastre.

Al montar las palas en un plano cónico respecto al rotor, la pala que se mueve hacia arriba acelera, mientras que la que se mueve hacia abajo desacelera el rotor. Por lo tanto, la aceleración y desaceleración de las palas se anulan mutuamente.

Distribución de Sustentación en Vuelo Estacionario

Un rotor de helicóptero genera sustentación al acelerar el aire hacia abajo. La velocidad local de las palas del rotor aumenta linealmente con la distancia desde el centro del rotor hasta las puntas de las palas. Esto resulta en un gran aumento de sustentación hacia las puntas de las palas. Si no se toman medidas, las palas tenderían a doblarse hacia arriba en vuelo.

La alta sustentación en las puntas de las palas genera torbellinos de punta y aumenta la resistencia inducida. Para mitigar esto, se puede obtener una menor sustentación en las puntas de las palas tensionando los bordes de ataque hacia abajo al desplazarse hacia los extremos.

Flujo Real y Teórico en un Rotor Estacionario

La teoría se basa en la ecuación de la cantidad de movimiento, que establece que la potencia requerida es igual al empuje multiplicado por la velocidad inducida. El teorema de la cantidad de movimiento asume que el flujo comienza en el infinito por encima del helicóptero y continúa hasta el infinito por debajo.

En la realidad, la interferencia con el aire circundante frena el chorro de la estela del rotor. A cierta distancia bajo el rotor, el flujo comienza a dispersarse y puede volver a ascender suavemente hacia la región de baja presión por encima del disco del rotor. A este fenómeno se le denomina recirculación de flujo.

Efecto Suelo

El aire que fluye hacia un perfil de ala experimenta alta presión bajo el perfil y baja presión por encima. Esto provoca que el aire se desvíe hacia arriba por delante del perfil, moviéndose desde las zonas de alta hacia las de baja presión.

Cuando el perfil se mueve cerca del suelo, se origina un colchón de aire entre el perfil y el suelo. Esto hace que el aire ascienda bruscamente antes del perfil, incrementando el pico de succión que actúa hacia adelante. Como resultado, disminuye la inclinación hacia adelante de la resultante de sustentación y se reduce la resistencia inducida. La menor resistencia inducida por el efecto suelo se logra en vuelo estacionario.

Compensación en Vuelo Estacionario

Si consideramos la sustentación de un helicóptero, esta se puede visualizar como una cuerda desde la cual cuelga el helicóptero. Siguiendo esta "cuerda de sustentación", se encuentra el Centro de Gravedad (C.G.).

Si el C.G. varía, provocando que el helicóptero se incline hacia adelante ("morro pesado"), se debe compensar inclinando el mando de cíclico hacia atrás. Por el contrario, si el helicóptero se encuentra en "cola pesada", se debe inclinar el mando de cíclico hacia adelante para compensar. Este fenómeno, cuando ocurre en rotores simples, se denomina "efecto columpio".

Es importante tener precaución con el rango de movimiento del rotor. Un movimiento excesivo hacia adelante podría dañar la cabina con las palas. Si el movimiento es excesivo hacia atrás, podría dañar el rotor de cola al entrar en contacto con una de las palas del rotor principal, lo que ocasionaría una situación crítica y difícil de controlar.

Compensación del Rotor de Cola

Existe además otra compensación que se aplica en el rotor de cola, especialmente cuando este es afectado por el viento.

• Con viento transversal y con viento de cola, se debe presionar el pedal correspondiente para aumentar la potencia del rotor de cola y así salir de la situación adversa.