En el post anterior (véase http://www.aviationcorner.net/view_topic.asp?topic_id=10167 ) introdujimos los principios básicos de funcionamiento de un helicóptero. Vamos a profundizar un poco más en este tipo de aparatos.
La velocidad de vuelo en horizontal de un helicóptero tiene un límite teórico de unos 160 nudos (unos 300 km/h), a partir de la cual se pierde sustentación y se puede entrar en pérdida. Ese límite se denomina "Velocidad a No Exceder" o "Velocidad a Nunca Exceder" ("VNE", en inglés "Never Exceed Speed", también "VNE"). Este tipo de velocidad es uno más a añadir a los comentados en otro post sobre velocidades al despegue (véase http://www.aviationcorner.net/view_topic.asp?topic_id=9938 ), puesto que no es exclusivo de los helicópteros sino que se aplica a todas las aeronaves. La VNE depende del diseño y modelo del helicóptero, la media está en torno a los 140 nudos (265 km/h).
Así es que un helicóptero de Tráfico lo tiene mal para seguir a un Fórmula 1, salvo que lo hagan desde un Sikorsky X2, ¡un helicóptero capaz de volar a 260 nudos (480 km/h)! Todo hay que decirlo, es un aparato experimental con doble rotor coaxial pero con hélices en su parte posterior. Además incorpora tecnología Fly-by-wire. Fue retirado en Julio de 2011. Este aparato es la base teórica para la fabricación del modelo S-97 de Sikorsky, que ya no sería experimental sino de producción. Véase http://raider.sikorsky.com/x2-basics.asp
Hay dos motivos por los que existe esta barrera de velocidad: a partir de determinada velocidad las palas pierden sustentación en una parte de su ciclo y por otro lado se exponen a roturas estructurales.
Las palas de un helicóptero están sometidas a una mecánica de fluidos más compleja que las alas de los aviones. En estos últimos el fluido, el aire, circula siempre en una misma dirección, entrando por el borde de ataque y saliendo por detrás, en un flujo continuo y rectilíneo. Pero en un helicóptero en movimiento la cosa se complica, porque las palas crean un flujo con su movimiento y además el aire, al avanzar en helicóptero, se comporta como en los aviones, un flujo rectilíneo pero que no encuentra unas superficies estáticas, sino unas rotatorias. En definitiva esto produce un diferencial de sustentación entre las palas que avanzan y las que retroceden que aumenta con la velocidad, y llegando al límite de velocidad las palas que retroceden se quedan sin la sustentación necesaria como para mantener el aparato en equilibrio, pudiendo producirse un vuelco del aparato (aparece un par de vuelco importante): para un giro del rotor anti-horario, las palas a la izquierda del mástil tienen menos sustentación que las palas a la derecha, puesto que a la izquierda van a favor del viento (del aire en movimiento por el avance) y a la derecha van en contra del viento. Cerca del punto de pérdida el helicóptero vibra ostensiblemente, un síntoma de que se debe disminuir la velocidad.
El segundo motivo, el de la resistencia estructural de las palas, tiene que ver con el hecho de que a la velocidad de giro de las palas hay que sumar la del aire, en cuanto a fuerzas de torsión. La punta de las palas de un helicóptero puede llegar volar a 800 km/h, si a eso le sumamos la velocidad en el aire la pala puede llegar a tener que resistir fuerzas que podrían destrozar las palas.
Aparte del límite de velocidad ¿tiene límites la maniobrabilidad de un helicóptero? O lo que es lo mismo ¿qué es capaz de hacer un helicóptero? Veamos la lista de sus capacidades:
- Despegue vertical a estacionario. Se produce al actuar sobre el "colectivo" manteniendo el cíclico centrado (posición neutra). Se da gas poco a poco hasta llegar a las revoluciones de estacionario. Se ejecuta mejor con el morro contra el viento, para evitar el par de giro derivado del empuje del viento. La posible guiñada se controla con los pedales (rotor de cola).
- Vuelo estacionario. Se explica por sí mismo, mantenerse en vuelo, elevado con respecto a tierra, estacionario sin desplazamientos laterales. Para ello hay que compensar la fuerza del viento (si lo hay) de manera que el helicóptero no se desplace por el empuje del mismo. Se actúa sobre el colectivo y el cíclico, y además sobre el rotor de cola, para compensar los efectos del viento.
La altitud máxima posible en vuelo estacionario depende del modelo de helicóptero. Para conseguir que un helicóptero ni ascienda ni descienda (vuelo estacionario en vertical también) hay que regular el borde de ataque de las palas.
- Planeo o vuelo sin motor. En condiciones de fallo de motor, o en prácticas de vuelo sin motor, el rotor sigue girando, por el mismo efecto por el que lo hacen las palas de un autogiro o de un molino de viento sin motor. Ese giro garantiza la sustentación del helicóptero, pudiéndose aterrizar sin motor. Esta forma de rotación se denomina autorrotación, y en esta maniobra el piloto debe intercambiar altitud, de forma controlada, por revoluciones del rotor. La energía potencial del helicóptero (altura) se transforma en energía cinética (movimiento) del rotor. Un helicóptero puede autorrotar tanto si estaba como si no estaba en movimiento horizontal.
- Rotación de 360º. Una vez en vuelo estacionario, y utilizando el rotor de cola, el helicóptero es capaz de girar sobre sí mismo, manteniendo la posición estacionaria. Se actúa sobre el pedal del lado del que se quiere girar. La velocidad del viento puede producir una velocidad variable del giro.
- Estacionario lateral, hacia delante o hacia atrás. A partir también del vuelo estacionario es posible desplazar el aparato en cualquier dirección con suavidad. Se utiliza el cíclico para actuar sobre las palas en el sentido deseado. Para equilibrar la pérdida de sustentación producida se actúa sobre el colectivo a la vez.
- Avance. Se consigue actuando sobre el cíclico con mayor ángulo. Una vez conseguido el avance a cierta velocidad se baja el colectivo, puesto que ya no es necesario el aporte de una sustentación extra. Se adapta a la velocidad y altura a la que se quiere navegar.
- Ascender mientras se avanza. Se inclina el cíclico hacia atrás y se mantiene el colectivo, el aparato pierde velocidad y asciende; o bien se mantiene el cíclico y se aumenta el colectivo.
- Descender mientras se avanza. Se tira el cíclico hacia atrás y se baja el colectivo (si no se toca el aparato subiría como hemos dicho en el punto anterior) con lo que el aparato disminuye su velocidad; después se aumenta el colectivo sin tocar el cíclico conforme se necesite para compensar la pérdida de sustentación derivada de la pérdida de velocidad.
- Despegues verticales, hacia atrás o hacia delante. Tras una primera elevación vertical se aplica el procedimiento de ascenso hacia atrás o hacia delante, actuando sobre el cíclico en el sentido deseado mientras se aumenta el colectivo. Sin velocidad horizontal el cíclico actúa como selector de dirección, y cualquier ángulo de despegue es posible.
El despegue hacia atrás con posterior transición al vuelo de traslación es una maniobra muy utilizada en helipuertos pequeños o con obstáculos, por la seguridad que da el volver a tierra inmediatamente mediante un descenso hacia delante.
- Aterrizaje. Mediante la técnica de descenso se busca llegar a una situación de estacionario cerca del suelo, bajando después el colectivo suavemente para aterrizar. Tras el aterrizaje se baja totalmente el colectivo (las palas "cuelgan" hacia abajo) y se disminuye el gas hasta el ralentí. ¡Parece fácil, pero es mucho más complicado que hacerlo ascender!
- Rodaje sobre suelo. Es decir, desplazar el helicóptero mientras se mantiene en contacto con el suelo. Se utiliza muy suavemente el colectivo, sin que llegue a dar la suficiente sustentación como para hacer ascender el aparato, requiriéndose solamente el contrarrestar la gravedad. Se actúa sobre el cíclico y los pedales en la dirección deseada.
No he entrado en el mundo de los motores de helicóptero, el espacio no da para más y seguramente vuestra paciencia tampoco.
¡Llegados a este punto creo que ya somos todos capaces de pilotar un helicóptero!
Saludos,
José María
Pd: Quiero agradecer enormemente a Simón Iglesias su revisión de esta segunda entrega. Me siento mucho más tranquilo sabiendo que alguien tan conocedor de los helicópteros como él ha verificado el contenido.
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