Girodino

Un girodino es un tipo de aeronave VTOL con un sistema de rotor similar al de un helicóptero que es impulsado por su motor solo para despegar y aterrizar, e incluye uno o más motores de hélice o de reacción convencionales para proporcionar empuje hacia adelante durante el vuelo de crucero . Durante el vuelo hacia adelante, el rotor no tiene potencia y gira libremente, como un autogiro (pero a diferencia de un helicóptero compuesto ), y la sustentación es proporcionada por una combinación del rotor y las alas convencionales . El girodino es uno de varios conceptos similares que intentan combinar el rendimiento de baja velocidad de un helicóptero con las altas velocidades de un ala fija convencional, incluidos los rotores basculantes y las alas inclinadas .

En respuesta a una solicitud de la Marina Real Británica para un helicóptero, el Dr. James Allan Jamieson Bennett diseñó el girodino mientras se desempeñaba como ingeniero jefe de la Cierva Autogiro Company . El girodino fue concebido como un tipo intermedio de helicóptero , con su rotor operando en paralelo a la trayectoria de vuelo para minimizar el flujo axial con una o más hélices proporcionando propulsión. La patente de Bennett cubría una variedad de diseños, lo que ha llevado a algunas de las confusiones terminológicas; otros problemas incluyen la marca registrada Gyrodyne Company of America y la clasificación de helicópteros por parte de la Administración Federal de Aviación (FAA).

En los últimos años, se ha promovido un concepto relacionado con el nombre de heliplano . Originalmente utilizado para comercializar autogiros construidos por dos empresas diferentes, el término se ha adoptado para describir un programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) para desarrollar avances en la tecnología de helicópteros con el objetivo de superar las limitaciones actuales de los helicópteros tanto en velocidad como en carga útil.

Mientras que un helicóptero convencional tiene un rotor motorizado que proporciona sustentación y empuje hacia adelante, y es capaz de ofrecer un verdadero rendimiento VTOL , un autogiro o giroplano tiene un rotor de giro libre que depende de un empuje motorizado independiente para proporcionar velocidad aerodinámica hacia adelante y mantenerlo girando. El autogiro combina aspectos de cada uno. Tiene un sistema de empuje independiente como el autogiro, pero también puede impulsar el rotor para permitir el despegue y aterrizaje verticales; luego cambia a giro libre como un autogiro durante el vuelo de crucero. ^{[1] [2]}

En el helicóptero, las palas giratorias del rotor hacen descender el aire a través del disco del rotor; para obtener empuje hacia adelante, el disco del rotor se inclina hacia delante de modo que el aire también se impulsa hacia atrás. En cambio, en el autogiro, el disco del rotor está inclinado hacia atrás; como el empuje principal impulsa la nave hacia adelante, el aire fluye a través del disco del rotor desde abajo, lo que hace que gire y genere sustentación. El autogiro es capaz de realizar la transición entre estos dos modos de vuelo.

Por lo general, un girodino también tiene alas fijas que proporcionan parte de la sustentación durante el vuelo hacia adelante, lo que permite descargar el rotor. Una simulación por computadora ha sugerido una distribución óptima de sustentación del 9 % para el rotor y del 91 % para el ala. ^[3] Sin embargo, si el rotor está demasiado poco cargado, puede volverse susceptible a aleteos incontrolados. ^[4]

En Gran Bretaña , el Dr. James Allan Jamieson Bennett, ingeniero jefe de la Cierva Autogiro Company, concibió un tipo intermedio de helicóptero en 1936, al que llamó "girodino" y que fue licitado al gobierno británico en respuesta a una especificación del Ministerio del Aire . En 1939, Bennett recibió una patente de la Oficina de Patentes del Reino Unido , asignada a la Cierva Autogiro Company. El 23 de agosto de 1940, la Autogiro Company of America , licenciataria de la Cierva Autogiro Company, Ltd., presentó una solicitud de patente correspondiente en los Estados Unidos . El 27 de abril de 1943, se emitió la patente estadounidense n.º 2.317.340 a la Autogiro Company of America. Las patentes describen un girodino como:

una aeronave de ala giratoria de tipo intermedio, en adelante denominada "girodino", entre un rotaplano (con el rotor libre para autorrotación y un flujo axial total ascendente a través del disco del rotor), por un lado, y un helicóptero puro (con el rotor accionado y un flujo axial total descendente a través del disco del rotor), por otro lado, es decir, con un flujo axial medio a través del disco del rotor sustancialmente cero a alta velocidad de avance. ^[5]

El concepto de Bennett describía un rotor impulsado por un eje, con antipar y propulsión para el vuelo traslacional proporcionada por una o más hélices montadas en alas cortas. Con el empuje proporcionado por las hélices a velocidades de crucero, se proporcionaría energía al rotor solo para superar la resistencia del perfil del rotor, operando de una manera más eficiente que el rotor de rueda libre de un autogiro en autorrotación . Bennett describió este régimen de vuelo del girodino como un "estado intermedio", que requiere que se suministre energía tanto al rotor como al sistema de propulsión.

El estudio de diseño previo a la Segunda Guerra Mundial del autogiro C.41 de la Cierva Autogiro Company, Ltd. fue actualizado y construido por Fairey Aviation como el FB-1 Gyrodyne a partir de 1945. Los esfuerzos de desarrollo de Fairey fueron liderados inicialmente por Bennett, seguido por su sucesor, el Dr. George S. Hislop. George BL Ellis y Frederick L. Hodgess, ingenieros de la Cierva Autogiro Company, Ltd. de antes de la Segunda Guerra Mundial, se unieron a Bennett en Fairey Aviation. El primer prototipo de Fairey Gyrodyne se estrelló durante un vuelo de prueba, matando a la tripulación. El segundo prototipo de Gyrodyne fue reconstruido como Jet Gyrodyne y se utilizó para desarrollar un sistema de propulsión de rotor a chorro de presión más tarde para el autogiro de transporte compuesto Rotodyne. En la punta de cada ala corta había hélices orientadas hacia atrás que proporcionaban tanto control de guiñada como propulsión en vuelo hacia adelante. El Jet Gyrodyne voló en 1954 e hizo una verdadera transición del vuelo vertical al horizontal en marzo de 1955.

Esto condujo al prototipo Fairey Rotodyne , que fue desarrollado para combinar la eficiencia de un avión de ala fija en crucero con la capacidad VTOL de un helicóptero para proporcionar un servicio de avión de pasajeros de corta distancia desde los centros de las ciudades hasta los aeropuertos. Tenía alas cortas que llevaban dos motores turbohélice Napier Eland para propulsión hacia adelante y hasta el 40% ^{[ cita requerida ]} del peso de la aeronave en vuelo hacia adelante. El rotor era impulsado por chorros de punta para el despegue y el aterrizaje y el vuelo traslacional hasta 80 mph. A pesar del considerable interés comercial y militar en todo el mundo en el prototipo Type Y Rotodyne para el transporte aéreo, los pedidos británicos no llegaron y el apoyo financiero del gobierno británico finalizó en 1962. La nueva matriz de la división, Westland Helicopters, no vio una buena razón para una mayor inversión y el proyecto se detuvo. Con el final de los programas de Fairey Aviation, el desarrollo del girodino se detuvo, aunque se siguieron desarrollando varios conceptos similares.

En 1954, se desarrolló el McDonnell XV-1 como un helicóptero con propulsores en los extremos para proporcionar capacidad de despegue vertical. El avión también tenía alas y una hélice montada en la parte trasera del fuselaje entre dos brazos de cola con dos pequeños rotores montados en el extremo para el control de la guiñada. El segundo prototipo del XV-1 se convirtió en el primer helicóptero del mundo en superar las 200 mph en vuelo nivelado el 10 de octubre de 1956. No se construyeron más y el proyecto XV-1 se dio por terminado en 1957.

En 1998, Carter Aviation Technologies realizó con éxito el vuelo de su avión de demostración tecnológica. El avión es un autogiro compuesto con un rotor de alta inercia y alas optimizadas para vuelos a alta velocidad. En 2005, el avión demostró el vuelo a mu-1, con la punta del rotor a una velocidad aerodinámica igual a la velocidad aerodinámica hacia adelante del avión, sin que se produjeran vibraciones ni problemas de control. El rotor de alta inercia permitió que el avión se mantuviera en vuelo estacionario durante un breve momento durante el aterrizaje, aunque el rotor no tuviera potencia, y una caja de cambios prerrotante permite acelerar el rotor para un despegue con salto al estilo autogiro.

En 1954, KYB construyó un avión llamado Heliplane . El Heliplane era un Cessna 170 B con las alas reducidas a muñones y un rotor propulsado por estatorreactores en las puntas.

DARPA estaba financiando un proyecto bajo el nombre de "Heliplane" para desarrollar el concepto de girodino alrededor de 2007. ^{[6] [7]} La ​​aeronave desarrollada para el proyecto utilizaría un rotor para despegar y aterrizar verticalmente y flotar, junto con alas sustanciales para proporcionar la mayor parte de la sustentación requerida en crucero, combinando la gran capacidad de carga, la eficiencia de combustible y la alta velocidad de crucero de las aeronaves de ala fija con las capacidades de vuelo estacionario de un helicóptero. El proyecto era "... un programa de cuatro fases de cuatro años y 40 millones de dólares. Groen Brothers Aviation está trabajando en la primera fase de ese programa, un esfuerzo de 15 meses... (que) combina el "giroplano"... con un avión comercial de ala fija. El equipo estaba utilizando el Adam A700 , en la clase de aviones muy ligeros ... " ^[8] Hubo problemas con el ruido del chorro de punta, y el programa se canceló en 2008. ^[9]

Una revista del sector describe la evolución gradual de los helicópteros tradicionales como "lenta" y carente de pasos revolucionarios, y los compuestos no tradicionales todavía no están muy extendidos. ^[10]

"Gyrodyne" fue otorgado como marca registrada a Gyrodyne Company of America en 1950. ^[11] La compañía no participó en el desarrollo de girodinos, sino que produjo un helicóptero no tripulado pilotado a distancia con motor de turbina y rotores coaxiales para la Armada de los Estados Unidos , designado como QH-50 DASH .

• Giroscopio Fairey FB-1
• Girodina Fairey Jet
• Fairey Rotodyne (1957)
• Flettner Florida 185
• Avión a reacción Ka-22 (1959)
• Heliplano Kayaba (Japón)
• McDonnell XV-1

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Gyrodynes .

• VSTOL.org Rueda de la desgracia
• Charnov, Bruce H. El Fairey Rotodyne: ¿Una idea cuyo momento ha llegado de nuevo?
• Conceptos de autogiro y heliplano (2005)
• Concepto de heliplano
• Giroscopio a reacción (1954)
• Hirschberg, Mike (con Robb, Raymond L.) Helicópteros híbridos: potenciando la búsqueda de velocidad , Vertiflite. Verano de 2006. American Helicopter Society .
• Newman, Simon. La configuración compuesta del helicóptero y la trampa de velocidad del helicóptero Ingeniería aeronáutica y tecnología aeroespacial. 69(5): pp 407–413