Rotor de cola

Rotor montado en la cola de un helicóptero.

El rotor de cola es un rotor más pequeño montado verticalmente o casi verticalmente en la cola de un helicóptero tradicional de un solo rotor , donde gira para generar un empuje horizontal similar al de una hélice en la misma dirección que la rotación del rotor principal . La posición del rotor de cola y la distancia desde el centro de masa del helicóptero le permiten desarrollar suficiente palanca de empuje para contrarrestar el par de reacción ejercido sobre el fuselaje por el giro del rotor principal . Sin el rotor de cola u otros mecanismos antipar (por ejemplo, NOTAR ), el helicóptero estaría girando constantemente en la dirección opuesta al rotor principal cuando vuela.

Los rotores de cola son más simples que los rotores principales, ya que solo requieren cambios colectivos en el paso para variar el empuje. El paso de las palas del rotor de cola es ajustable por el piloto a través de los pedales antipar, que también proporcionan control direccional al permitir que el piloto gire el helicóptero alrededor de su eje vertical. Su sistema de transmisión consta de un eje alimentado por la transmisión principal y una caja de cambios montada en el extremo del brazo de cola . El eje de transmisión puede consistir en un eje largo o una serie de ejes más cortos conectados en ambos extremos con acoplamientos flexibles , que permiten que el eje de transmisión se flexione con el brazo de cola. La caja de cambios en el extremo del brazo de cola proporciona una transmisión en ángulo para el rotor de cola y también puede incluir engranajes para ajustar la salida a la velocidad de rotación óptima para el rotor de cola, medida en rotaciones por minuto (RPM). En helicópteros más grandes con un pilón de cola, se utilizan cajas de cambios intermedias para hacer la transición del eje de transmisión del rotor de cola desde lo largo del brazo de cola hasta la parte superior del pilón. El pilón del rotor de cola también puede servir como perfil aerodinámico estabilizador vertical para aliviar el requerimiento de potencia del rotor de cola en vuelo hacia adelante. El pilón del rotor de cola también puede servir para proporcionar un antipar limitado dentro de ciertos rangos de velocidad aerodinámica , en caso de que el rotor de cola o sus controles de vuelo fallen. Aproximadamente el 10% de la potencia del motor va al rotor de cola. ^[1]

Diseño

El sistema del rotor de cola hace girar perfiles aerodinámicos, pequeñas alas llamadas palas , que varían en paso para variar la cantidad de empuje que producen. Las palas suelen utilizar una construcción de material compuesto , como un núcleo hecho de panal de aluminio o panal de papel plastificado, cubierto con una piel hecha de compuesto de aluminio o fibra de carbono . Las palas del rotor de cola pueden fabricarse con una construcción de perfil aerodinámico tanto simétrica como asimétrica . El mecanismo de cambio de paso utiliza un sistema de control por cable o tubos de control que van desde los pedales antipar en la cabina hasta un mecanismo montado en la caja de engranajes del rotor de cola. En helicópteros más grandes, el mecanismo de cambio de paso se complementa con un servo de control de potencia hidráulica. En caso de una falla del sistema hidráulico, el sistema mecánico aún puede controlar el paso del rotor de cola, aunque la resistencia de control sentida por el piloto será considerablemente mayor.

El rotor de cola es propulsado por el motor principal del helicóptero y gira a una velocidad proporcional a la del rotor principal. En los helicópteros propulsados por pistones y turbinas, el rotor principal y el rotor de cola están conectados mecánicamente a través de un sistema de embrague de rueda libre , que permite que los rotores sigan girando en caso de fallo del motor desvinculando mecánicamente el motor tanto del rotor principal como del de cola. Durante la autorrotación , el impulso del rotor principal continúa impulsando el rotor de cola y permite el control direccional. Para optimizar su función para el vuelo hacia adelante, las palas de un rotor de cola no tienen torsión para reducir la resistencia del perfil, porque el rotor de cola está montado con su eje de rotación perpendicular a la dirección de vuelo.

Fiabilidad y seguridad

El rotor de cola y los sistemas que le proporcionan potencia y control se consideran de importancia crítica para un vuelo seguro. Al igual que ocurre con muchas piezas de un helicóptero, el rotor de cola, su transmisión y muchas piezas del sistema de propulsión suelen tener una vida útil limitada , lo que significa que se reemplazan arbitrariamente después de una cierta cantidad de horas de vuelo, independientemente de su estado. Entre reemplazos, las piezas se someten a inspecciones frecuentes mediante métodos visuales y químicos, como la inspección con líquidos penetrantes fluorescentes, para detectar las piezas débiles antes de que fallen por completo.

A pesar del énfasis en la reducción de fallas, ocasionalmente ocurren, la mayoría de las veces debido a aterrizajes duros y golpes de cola , o daño por objetos extraños . Aunque el rotor de cola se considera esencial para un vuelo seguro, la pérdida de la función del rotor de cola no necesariamente resulta en un accidente fatal. En los casos en que la falla ocurre debido al contacto con el suelo, la aeronave ya está a baja altitud, por lo que el piloto puede reducir el paso colectivo del rotor principal y aterrizar el helicóptero antes de que gire completamente fuera de control. Si el rotor de cola falla aleatoriamente durante el vuelo de crucero, el impulso hacia adelante a menudo proporcionará cierta estabilidad direccional, ya que muchos helicópteros están equipados con un estabilizador vertical . El piloto se vería entonces obligado a autorrotar y realizar un aterrizaje de emergencia con una velocidad aerodinámica significativa hacia adelante, lo que se conoce como aterrizaje en carrera o aterrizaje rodado .

El rotor de cola en sí mismo es un peligro para el personal de tierra que trabaja cerca de un helicóptero en marcha. Por este motivo, los rotores de cola están pintados con franjas de colores alternados para aumentar su visibilidad para el personal de tierra mientras el rotor de cola está girando.

Tecnologías alternativas

Ha habido tres diseños alternativos principales que intentan solucionar las deficiencias del sistema de rotor de cola.

El primero es utilizar un ventilador entubado cerrado en lugar de palas de rotor expuestas abiertamente . Este diseño se conoce como fantail o " Fenestron ", una marca registrada de Eurocopter (ahora Airbus Helicopters ) para sus helicópteros utilitarios de la serie Dauphin . El recinto alrededor del ventilador reduce las pérdidas por vórtices en la punta , protege las palas de daños por objetos extraños , protege a las tripulaciones de tierra del peligro potencial de un rotor girando abiertamente y produce un perfil de ruido mucho más silencioso y menos turbulento que un rotor de cola convencional. El ventilador entubado utiliza más palas cortas, pero por lo demás funciona con principios de empuje muy similares a los de un rotor de cola convencional.

McDonnell Douglas desarrolló el sistema NOTAR ( NO TA il R otor), que elimina la necesidad de tener partes giratorias al descubierto. El sistema NOTAR utiliza un ventilador entubado de paso variable impulsado por el motor del helicóptero, pero el ventilador entubado está montado dentro del fuselaje por delante del brazo de cola, y el escape pasa a través del brazo de cola hasta el final, donde es expulsado por un lado. Esto crea una capa límite que hace que la corriente descendente del rotor principal abrace el brazo de cola de acuerdo con el efecto Coandă . Esto crea una fuerza que cancela el par del rotor principal y proporciona control direccional. Las ventajas del sistema son similares al sistema Fenestron discutido anteriormente.

Hay al menos cuatro formas de eliminar por completo la necesidad de un rotor de cola:

Rotores en tándem o transversales : se utilizan dos rotores principales que no se superponen y que giran en direcciones opuestas, de modo que el par creado por un rotor anule el par creado por el otro. Estas configuraciones se ven comúnmente en helicópteros de carga pesada como el CH-47 Chinook de rotores en tándem .

El diseño de rotor basculante , como el del V-22 Osprey , es una variación del diseño de rotor transversal, en el que los rotores se instalan en góndolas inclinables en los extremos de las alas fijas . Esto permite que los rotores sirvan como hélices cuando se vuela hacia adelante a toda velocidad.

Coaxial. Otros diseños, como el Kamov Ka-50 y el Sikorsky X2, utilizan rotores principales coaxiales contrarrotativos , lo que significa que ambos rotores giran alrededor del mismo eje pero en direcciones opuestas. La complejidad de cualquier sistema de rotor principal dual requiere casi invariablemente la adición de un sistema de control de vuelo fly-by-wire , lo que aumenta drásticamente los costos.
Los rotores entrelazados también giran en direcciones opuestas, pero las palas giran en los espacios entre las palas opuestas para que los rotores puedan cruzarse en la trayectoria del otro sin colisionar. Inventado por Anton Flettner y utilizado en Flettner Fl 282 , ^[2] Kaman HH-43 Huskie y Kaman K-MAX .
Chorro de punta . Otra forma de eliminar el efecto del par creado por el rotorwing es montando el motor en las puntas del rotorwing en lugar de dentro del propio helicóptero; esto se llama chorro de punta . Un ejemplo de un helicóptero que utiliza un sistema de este tipo es el NHI H-3 Kolibrie , que tenía un estatorreactor en cada una de las dos puntas de las alas y una unidad de potencia auxiliar para hacer girar el rotor antes de poner en marcha los estatorreactores. Otro ejemplo sería el Fairey Rotodyne . Además, los rotores sin motor utilizados en autogiros , girodinos y conceptos derivados tampoco necesitan un rotor de cola, aunque casi todos los modelos que utilizan este concepto de propulsión necesitan una segunda hélice de una forma u otra para impulsarlos hacia adelante para empezar.

Véase también

Referencias

^[3]

^ Dave Jackson. "Dinámica de vuelo: definiciones y algoritmos Archivado el 1 de noviembre de 2016 en Wayback Machine ". UniCopter , 29 de enero de 2013. Consultado el 19 de noviembre de 2013.
^ Boyne, Walter J. (2011). Cómo el helicóptero cambió la guerra moderna . Pelican Publishing. pág. 45. ISBN 978-1-58980-700-6.
^ Manual de vuelo de helicópteros (PDF) . Imprenta del Gobierno de los Estados Unidos, Washington DC: Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos . 2000. Págs. 1-2 y 5-3. ISBN 1-56027-404-2.FAA-8083-21.

[1] Dave Jackson. "Dinámica de vuelo: definiciones y algoritmos Archivado el 1 de noviembre de 2016 en Wayback Machine ". UniCopter , 29 de enero de 2013. Consultado el 19 de noviembre de 2013.

[2] Boyne, Walter J. (2011). Cómo el helicóptero cambió la guerra moderna . Pelican Publishing. pág. 45. ISBN 978-1-58980-700-6.

[FAA-3] Manual de vuelo de helicópteros (PDF) . Imprenta del Gobierno de los Estados Unidos, Washington DC: Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos . 2000. Págs. 1-2 y 5-3. ISBN 1-56027-404-2.FAA-8083-21.