Sistema del Rotor Principal - Main Rotor System 

Chasis del Helicoptero - Airframe 

El fuselaje, o estructura fundamental, de un helicóptero puede ser de metal, madera o materiales compuestos, o alguna combinación de ambos. Normalmente, un componente de material compuesto está formado por muchas capas de resinas impregnadas de fibra, unidas para formar un panel liso. (Todo sobre Helicópteros)

Las subestructuras tubulares y de chapa metálica suelen ser de aluminio, aunque a veces se utilizan acero inoxidable o titanio en zonas sometidas a mayores esfuerzos o calor. El diseño del fuselaje abarca la ingeniería, la aerodinámica, la tecnología de los materiales y los métodos de fabricación para lograr un balance favorable de rendimiento, fiabilidad y coste. (Todo sobre Helicópteros)

Fuselaje del helicóptero - Fuselage 

El fuselaje, el núcleo exterior del fuselaje, es la sección principal del cuerpo de una aeronave que alberga la cabina que contiene a la tripulación, los pasajeros y la carga. Las cabinas de los helicópteros tienen una gran variedad de asientos. 

La mayoría tiene al piloto sentado en el lado derecho, aunque hay algunas con el piloto sentado en el lado izquierdo o en el centro. El fuselaje también alberga el motor, la transmisión, la aviónica, los controles de vuelo y la planta motriz. (Todo sobre Helicópteros)

Sistema del rotor principal - Main Rotor System 

El sistema del rotor es la parte giratoria de un helicóptero que genera la sustentación. El rotor está formado por un mástil, un centro y las palas del rotor. 

El mástil es un eje metálico cilíndrico hueco que se extiende hacia arriba desde la transmisión y es impulsado y a veces apoyado por ésta. En la parte superior del mástil se encuentra el punto de fijación de las palas del rotor, denominado centro. (Todo sobre Helicópteros)

Las palas del rotor se fijan al centro por diferentes métodos. Los sistemas de rotor principal se clasifican según la forma en que las palas del rotor principal se fijan y se mueven en relación con el centro del rotor principal. 

Hay tres clasificaciones básicas: semirrígido, rígido o totalmente articulado. Algunos sistemas de rotor modernos, como el sistema de rotor sin cojinetes, utilizan una combinación de ingeniería de estos tipos. (Todo sobre Helicópteros)

Sistema de rotor semirrígido - Semirigid Rotor System 

Un sistema de rotor semirrígido suele estar compuesto por dos palas montadas rígidamente en el centro del rotor principal. El centro del rotor principal es libre de inclinarse con respecto al eje del rotor principal en lo que se conoce como bisagra de balanceo o flapping. Esto permite que las palas aleteen juntas como una unidad. Cuando una pala aletea hacia arriba, la otra aletea hacia abajo. (Todo sobre Helicópteros)

Como no hay bisagra de arrastre vertical, las fuerzas de avance y retroceso se absorben y mitigan mediante la flexión de las palas. El rotor semirrígido también es capaz de hacer "feathering", lo que significa que el ángulo de inclinación de la pala cambia. Esto es posible gracias a la bisagra de emplumado. (Todo sobre Helicópteros)

Si el sistema de rotor semirrígido es un rotor suspendido, el centro de gravedad (CG) está por debajo del lugar donde está fijado al mástil. Este montaje suspendido está diseñado para alinear el centro de masa de las palas con una bisagra de aleteo común, de modo que los centros de masa de ambas palas varíen igualmente en distancia desde el centro de rotación durante el aleteo. (Todo sobre Helicópteros)

La velocidad de rotación del sistema tiende a cambiar, pero esto se ve restringido por la inercia del motor y la flexibilidad del sistema de accionamiento. Sólo es necesaria una cantidad moderada de rigidez en la raíz de la pala para manejar esta restricción. En pocas palabras, el undersling elimina eficazmente el desequilibrio geométrico. (Todo sobre Helicópteros)

El sistema de rotor suspendido mitiga las fuerzas de avance/retraso montando las palas ligeramente por debajo del plano de rotación habitual, por lo que las fuerzas de avance/retraso se minimizan. A medida que las palas se conifican hacia arriba, el centro de presiones de las palas está casi en el mismo plano que el centro. Las tensiones restantes doblan las palas para su cumplimiento. (Todo sobre Helicópteros)

Los helicópteros con rotores semirrígidos son vulnerables a una condición conocida como "mast bumping", que puede hacer que los topes de los flaps del rotor corten el mástil. El diseño mecánico del sistema de rotor semirrígido dicta que el aleteo hacia abajo de las palas debe tener algún límite físico. 

 El golpeo del mástil es el resultado de un aleteo excesivo del rotor. Cada diseño de sistema de rotor tiene un ángulo de aleteo máximo. (Todo sobre Helicópteros)

Si el aleteo supera el valor de diseño, el tope estático entrará en contacto con el mástil. El tope estático es un componente del rotor principal que proporciona un movimiento limitado de los accesorios de la correa y una superficie contorneada entre el mástil y el centro. 

Es el contacto violento entre el tope estático y el mástil durante el vuelo lo que causa daños o separación del mástil. Este contacto debe evitarse a toda costa. (Todo sobre Helicópteros)

El choque del mástil está directamente relacionado con el grado de flaps del sistema de palas. En vuelo recto y nivelado, el flap de las palas es mínimo, quizás 2° en condiciones de vuelo habituales. 

Los ángulos de flapping aumentan ligeramente con velocidades de avance elevadas, a bajas revoluciones del rotor, a altitudes de alta densidad, a pesos brutos elevados y al encontrar turbulencias. 

La maniobra de la aeronave en un deslizamiento lateral o durante el vuelo a baja velocidad en posiciones extremas del CG puede inducir ángulos de flap más grandes. (Todo sobre Helicópteros)

Sistema de rotor rígido - Rigid Rotor System 

El sistema de rotor rígido que se muestra en la figura es mecánicamente sencillo, pero estructuralmente complejo porque las cargas de funcionamiento deben ser absorbidas en la flexión y no a través de las bisagras. En este sistema, las raíces de las palas están unidas rígidamente al centro del rotor. 

Los sistemas de rotores rígidos tienden a comportarse como sistemas totalmente articulados a través de la aerodinámica, pero carecen de flaps o bisagras de avance/retroceso. En su lugar, las palas se adaptan a estos movimientos doblándose. (Todo sobre Helicópteros)

No pueden flaps ni lead/lag, pero pueden ser emplumados. A medida que los avances en la aerodinámica y los materiales de los helicópteros sigan mejorando, los sistemas de rotores rígidos pueden ser más comunes porque el sistema es fundamentalmente más fácil de diseñar y ofrece las mejores propiedades de los sistemas semirrígidos y totalmente articulados. (Todo sobre Helicópteros)

El sistema de rotor rígido tiene una gran capacidad de respuesta y no suele ser susceptible de sufrir golpes en el mástil, como los sistemas semirrígidos, ya que los centros del rotor están montados sólidamente en el mástil del rotor principal. 

Esto permite que el rotor y el fuselaje se muevan juntos como una sola entidad y elimina gran parte de las oscilaciones que suelen presentar los otros sistemas de rotor. Otras ventajas del rotor rígido son la reducción del peso y la resistencia del centro del rotor y un mayor brazo de flaps, que reduce significativamente las entradas de control. (Todo sobre Helicópteros)

Sin las complejas bisagras, el sistema del rotor es mucho más fiable y fácil de mantener que las otras configuraciones del rotor. Una desventaja de este sistema es la calidad de la conducción en aire turbulento o racheado. Al no haber bisagras que ayuden a absorber las cargas mayores, las vibraciones se sienten en la cabina mucho más que con otros diseños de cabezas de rotor. (Todo sobre Helicópteros)

Hay varias variaciones de los diseños básicos de tres cabezas de rotor. El sistema de rotor sin cojinetes está estrechamente relacionado con el sistema de rotor articulado, pero no tiene cojinetes ni bisagras. Este diseño se basa en la estructura de las palas y el centro para absorber las tensiones. (Todo sobre Helicópteros)

La principal diferencia entre el sistema de rotor rígido y el sistema sin cojinetes es que el sistema sin cojinetes no tiene cojinetes de pluma: el material del interior del manguito se retuerce por la acción del brazo de cambio de paso. 

Casi todos los centros de los rotores sin cojinetes están hechos de materiales compuestos de fibra. Las diferencias de manejo entre los tipos de sistema de rotor se resumen en la figura. (Todo sobre Helicópteros)

Sistema de rotor totalmente articulado - Fully Articulated Rotor System 

Los sistemas de rotor totalmente articulados permiten que cada pala se dirija/agarre (se mueva hacia delante y hacia atrás en el plano), flaps (se mueva hacia arriba y hacia abajo alrededor de una bisagra montada en el interior) independientemente de las otras palas, y feather (gire alrededor del eje de cabeceo para cambiar la elevación). 

Cada uno de estos movimientos de las palas está relacionado con los demás. Los sistemas de rotor totalmente articulados se encuentran en helicópteros con más de dos palas de rotor principal. (Todo sobre Helicópteros)

A medida que el rotor gira, cada pala responde a las entradas del sistema de control para permitir el control de la aeronave. El centro de sustentación de todo el sistema del rotor se mueve en respuesta a estas entradas para efectuar el cabeceo, el balanceo y el movimiento hacia arriba. La magnitud de esta fuerza de sustentación se basa en la entrada colectiva, que cambia el cabeceo de todas las palas en la misma dirección al mismo tiempo. (Todo sobre Helicópteros)

La ubicación de esta fuerza de sustentación se basa en las entradas de cabeceo y balanceo del piloto. Por lo tanto, el ángulo de emplumado de cada pala (proporcional a su propia fuerza de sustentación) cambia a medida que gira con el rotor, de ahí el nombre de "control cíclico". (Todo sobre Helicópteros)

A medida que aumenta la sustentación de una determinada pala, ésta tiende a flapsar hacia arriba. La bisagra de aleteo de la pala permite este movimiento y se equilibra con la fuerza centrífuga del peso de la pala, que intenta mantenerla en el plano horizontal. (Todo sobre Helicópteros)

En cualquier caso, hay que acomodar algún movimiento. La fuerza centrífuga es nominalmente constante; sin embargo, la fuerza de los flaps se ve afectada por la gravedad de la maniobra (tasa de ascenso, velocidad de avance, peso bruto del avión). A medida que la pala aletea, su CG cambia. 

 Esto cambia el momento de inercia local de la pala con respecto al sistema del rotor y acelera o ralentiza con respecto al resto de las palas y a todo el sistema del rotor. La bisagra de avance/retroceso, mostrada en la figura, se encarga de ello y es más fácil de visualizar con la clásica imagen de una patinadora sobre hielo haciendo un giro. (Todo sobre Helicópteros)

Cuando la patinadora mueve los brazos hacia dentro, gira más rápido porque su inercia cambia, pero su energía total permanece constante (sin tener en cuenta el rozamiento a efectos de esta explicación). 

A la inversa, al extender los brazos, su giro se ralentiza. Esto también se conoce como la conservación del momento angular. Un amortiguador en el plano suele moderar el movimiento de avance y retroceso. (Todo sobre Helicópteros)

Siguiendo una sola pala a través de una sola rotación comenzando en alguna posición neutral, a medida que la carga aumenta por el aumento de la pluma, ésta aletea hacia arriba y se adelanta. 

A medida que continúa, baja los flaps y se retrasa. En el punto más bajo de carga, está en su ángulo de flaps más bajo y también en su posición de retardo más "trasera". Como el rotor es una gran masa giratoria, se comporta como un giroscopio. (Todo sobre Helicópteros)

El efecto de esto es que una entrada de control se suele realizar en el cuerpo acoplado en una posición 90° anterior al desplazamiento de la entrada de control en el eje de rotación. 

Los diseñadores tienen en cuenta esta circunstancia mediante la colocación de la entrada de control en el sistema del rotor, de modo que una entrada hacia delante de la palanca de control cíclico da como resultado un movimiento nominal hacia delante de la aeronave. El efecto se hace transparente para el piloto. (Todo sobre Helicópteros)

Los antiguos diseños de bisagra se basaban en cojinetes metálicos convencionales. Por su geometría básica, esto impide que el flap y la bisagra de avance/retroceso coincidan y es causa de mantenimiento recurrente. 

Los nuevos sistemas de rotores utilizan cojinetes elastoméricos, arreglos de caucho y acero que pueden permitir el movimiento en dos ejes. Además de resolver algunos de los problemas cinemáticos mencionados, estos cojinetes suelen estar comprimidos, pueden inspeccionarse fácilmente y eliminan el mantenimiento asociado a los cojinetes metálicos. (Todo sobre Helicópteros)

Los rodamientos elastoméricos son naturalmente a prueba de fallos, y su desgaste es gradual y visible. El contacto metal-metal de los rodamientos antiguos y la necesidad de lubricación se eliminan en este diseño. (Todo sobre Helicópteros)

Rotor tándem 

Los helicópteros de rotor tándem (a veces denominados de doble rotor) tienen dos grandes conjuntos de rotores horizontales; un sistema de doble rotor, en lugar de un conjunto principal, y un rotor de cola más pequeño. 

Los helicópteros de un solo rotor necesitan un sistema antitorque para neutralizar el momento de torsión producido por el único rotor grande. Los helicópteros de rotor tándem, sin embargo, utilizan rotores contrarrotantes, y cada uno de ellos anula el par del otro. (Todo sobre Helicópteros)

Las palas de los rotores contrarrotantes no chocarán ni se destruirán entre sí si se flexionan en la trayectoria del otro rotor. Esta configuración también tiene la ventaja de poder sostener más peso con palas más cortas, ya que hay dos conjuntos. 

Además, toda la potencia de los motores puede utilizarse para la elevación, mientras que un helicóptero de un solo rotor utiliza la potencia para contrarrestar el par motor. (Todo sobre Helicópteros)

Rotores coaxiales 

Un sistema de rotor coaxial es un par de rotores montados en el mismo eje pero que giran en direcciones opuestas. Este diseño elimina la necesidad de un rotor de cola u otros mecanismos antitorque, y como las palas giran en direcciones opuestas, se evitan los efectos de la disimetría de la sustentación. 

La principal desventaja de los rotores coaxiales es la mayor complejidad mecánica del sistema del rotor. Numerosos helicópteros rusos, como el Kaman Ka-31 y el Ka-50, junto con el Sikorsky experimental X2, utilizan un diseño de rotor coaxial. (Todo sobre Helicópteros)

Rotores intermedios - Intermeshing Rotors 

Un sistema de rotores entrelazados es un conjunto de dos rotores que giran en direcciones opuestas con cada mástil del rotor montado en el helicóptero con un ligero ángulo, de modo que las palas se entrelazan sin chocar. Este diseño también elimina la necesidad de un sistema antitorque, lo que proporciona más potencia del motor para la elevación. 

Sin embargo, ninguno de los dos rotores se eleva directamente en vertical, lo que reduce la eficacia de cada uno de ellos. El Kaman HH-43, utilizado por la USAF en la lucha contra el fuego, y el Kaman K-MAX son ejemplos de sistemas de rotor entrelazados. (Todo sobre Helicópteros)

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Fuente: La información (texto e imágenes) utilizado para este artículo está basado en el manual de la FAA (Helicopter Flying Handbook - FAA-H-8083-21B) y manuales de instrucción de centros académicos aeronáuticos.