Helicóptero y Componentes Principales
Las estructuras del helicóptero están diseñadas para darle sus características únicas de vuelo. Una explicación simplificada de cómo vuela un helicóptero es que los rotores son perfiles aerodinámicos giratorios que proporcionan una sustentación similar a la de las alas en un avión de ala fija. (Todo sobre Helicópteros)
El aire fluye más rápido sobre la superficie superior curvada de los rotores, provocando una presión negativa y, por tanto, elevando la aeronave. El cambio del ángulo de ataque de las palas giratorias aumenta o disminuye la sustentación, elevando o bajando el helicóptero, respectivamente. La inclinación del plano de rotación del rotor hace que la aeronave se mueva horizontalmente. (Todo sobre Helicópteros)
Estructura de la aeronave - Airframe
El fuselaje, o estructura fundamental, de un helicóptero puede estar hecho de metal o de materiales compuestos de madera, o de una 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 equilibrio favorable de rendimiento, fiabilidad y coste. (Todo sobre Helicópteros)
Fuselaje - Fuselage
Al igual que en las aeronaves de ala fija, los fuselajes de los helicópteros y las barras de cola suelen ser estructuras de tipo truss o semimonocasco de diseño de pieles de tensión. Se suelen utilizar tubos de acero y aluminio, aluminio conformado y piel de aluminio. El diseño moderno de los fuselajes de los helicópteros incluye también una creciente utilización de materiales compuestos avanzados. (Todo sobre Helicópteros)
Los cortafuegos y las cubiertas de los motores suelen ser de acero inoxidable. Los fuselajes de los helicópteros varían mucho, desde los que tienen un armazón de celosía, dos asientos, sin puertas y un compartimento de vuelo monocasco, hasta los que tienen cabinas totalmente cerradas de tipo avión, como los que se encuentran en los helicópteros bimotores más grandes.
La naturaleza multidireccional del vuelo en helicóptero hace que la visibilidad de amplio alcance desde la cabina sea esencial. Son comunes los parabrisas grandes de policarbonato, vidrio o plexiglás. (Todo sobre Helicópteros)
Tren de aterrizaje o patines - Landing Gear or Skids
Como se ha mencionado, el tren de aterrizaje de un helicóptero puede ser simplemente un conjunto de patines metálicos tubulares. Muchos helicópteros tienen un tren de aterrizaje con ruedas, algunas retráctiles. (Todo sobre Helicópteros)
Motor y transmisión - Powerplant and Transmission
Los dos tipos de motores más comunes utilizados en los helicópteros son el motor recíproco y el motor de turbina. Los motores recíprocos, también llamados motores de pistón, se utilizan generalmente en los helicópteros más pequeños. La mayoría de los helicópteros de entrenamiento utilizan motores recíprocos porque su funcionamiento es relativamente sencillo y barato. (Todo sobre Helicópteros)
Motores de turbina - Turbine Engines
Los motores de turbina son más potentes y se utilizan en una gran variedad de helicópteros. Producen una enorme cantidad de potencia para su tamaño, pero su funcionamiento suele ser más caro. El motor de turbina utilizado en los helicópteros funciona de forma diferente a los utilizados en los aviones.
En la mayoría de las aplicaciones, las salidas de escape simplemente liberan los gases gastados y no contribuyen al movimiento de avance del helicóptero. Dado que el flujo de aire no pasa en línea recta como en los motores a reacción y no se utiliza para la propulsión, el efecto de refrigeración del aire es limitado. Aproximadamente el 75% del flujo de aire entrante se utiliza para refrigerar el motor. (Todo sobre Helicópteros)
El motor de turbina de gas montado en la mayoría de los helicópteros está compuesto por un compresor, una cámara de combustión, una turbina y un conjunto de caja de cambios accesoria. El compresor introduce el aire filtrado en la cámara plenaria y lo comprime.
Los filtros más comunes son los tubos de remolino centrífugos, en los que los residuos son expulsados hacia el exterior y soplados por la borda antes de entrar en el compresor, o los filtros de barrera del motor (EBF), un filtro de tipo elemento de papel, encerrado en un marco con una pantalla/rejilla sobre la entrada, y normalmente recubierto con un aceite. (Todo sobre Helicópteros)
Este diseño reduce significativamente la ingestión de residuos de objetos extraños (FOD). El aire comprimido se dirige a la sección de combustión a través de tubos de descarga donde se inyecta combustible atomizado. La mezcla de combustible y aire se enciende y se deja expandir.
A continuación, este gas de combustión es forzado a pasar por una serie de ruedas de turbina que las hacen girar. Estas ruedas de turbina proporcionan potencia tanto al compresor del motor como a la caja de cambios de accesorios. Dependiendo del modelo y del fabricante, el rango de rpm puede variar desde un rango bajo de 20.000 hasta un rango alto de 51.600. (Todo sobre Helicópteros)
La potencia se suministra a los sistemas del rotor principal y del rotor de cola a través de la unidad de rueda libre que está unida al eje de engranaje de salida de la caja de cambios de accesorios. El gas de combustión se expulsa finalmente a través de una salida de escape.
La temperatura de los gases se mide en diferentes lugares y cada fabricante la denomina de forma diferente. Algunos términos comunes son: temperatura interturbina (ITT), temperatura de los gases de escape (EGT) o temperatura de salida de la turbina (TOT). La TOT se utiliza a lo largo de esta discusión para simplificarla. (Todo sobre Helicópteros)
Transmisión - Transmission
El sistema de transmisión transfiere la potencia del motor al rotor principal, al rotor de cola y a otros accesorios durante las condiciones normales de vuelo. Los principales componentes del sistema de transmisión son la transmisión del rotor principal, el sistema de transmisión del rotor de cola, el embrague y la unidad de rueda libre.
La unidad de rueda libre, o embrague autorrotativo, permite que la transmisión del rotor principal accione el eje de transmisión del rotor de cola durante la autorrotación. (Todo sobre Helicópteros)
Las transmisiones de los helicópteros suelen estar lubricadas y refrigeradas con su propio suministro de aceite. Se dispone de un visor para comprobar el nivel de aceite. Algunas transmisiones tienen detectores de virutas situados en el cárter.
Estos detectores están conectados a las luces de advertencia situadas en el panel de instrumentos del piloto que se iluminan en caso de un problema interno. Algunos detectores de virutas en los helicópteros modernos tienen una capacidad de "quemado" e intentan corregir la situación sin la acción del piloto. Si el problema no puede ser corregido por sí mismo, el piloto debe referirse a los procedimientos de emergencia para ese helicóptero en particular. (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 que se extiende hacia arriba y es impulsado, y a veces apoyado, por la transmisión. 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: rígido, semirrígido o totalmente articulado. (Todo sobre Helicópteros)
Sistema de rotor rígido - Rigid Rotor System
El más sencillo es el sistema de rotor rígido. En este sistema, las palas del rotor están unidas rígidamente al centro del rotor principal y no son libres de deslizarse hacia adelante y hacia atrás (Resistencia) o de moverse hacia arriba y hacia abajo (flaps).
Las fuerzas que tienden a hacer que las palas del rotor lo hagan son absorbidas por las propiedades flexibles de la pala. El paso de las palas, sin embargo, puede ajustarse mediante la rotación sobre el eje de la envergadura a través de las bisagras de las plumas. (Todo sobre Helicópteros)
Sistema de rotor semirrígido - Semirigid Rotor System
El sistema de rotor semirrígido de la figura utiliza una bisagra oscilante en el punto de fijación de las palas. Aunque se evita que se deslice hacia adelante y hacia atrás, la bisagra de balanceo permite que las palas aleteen hacia arriba y hacia abajo. Con esta bisagra, cuando una pala aletea hacia arriba, la otra aletea hacia abajo. (Todo sobre Helicópteros)
El aleteo se debe a un fenómeno conocido como disimetría de sustentación. Cuando el plano de rotación de las palas del rotor se inclina y el helicóptero comienza a avanzar, se establece una pala que avanza y otra que retrocede (en los sistemas bipalas).
La velocidad relativa del viento es mayor en la pala que avanza que en la que retrocede. Esto hace que se desarrolle una mayor sustentación en la pala que avanza, haciendo que se eleve o flaps. Cuando la rotación de la pala alcanza el punto en el que la pala se convierte en la pala en retirada, la elevación extra se pierde y la pala flapea hacia abajo. (Todo sobre Helicópteros)
Sistema de rotor totalmente articulado
Los sistemas de palas de rotor totalmente articuladas disponen de bisagras que permiten que los rotores se muevan hacia delante y hacia atrás, así como hacia arriba y hacia abajo. Este movimiento de avance, arrastre o caza, como se denomina, responde al efecto Coriolis durante los cambios de velocidad de rotación. Cuando empiezan a girar, las palas se retrasan hasta que la fuerza centrífuga se desarrolla por completo. (Todo sobre Helicópteros)
Una vez en rotación, una reducción de la velocidad hace que las palas se adelanten al centro del rotor principal hasta que las fuerzas se equilibran. Las fluctuaciones constantes de la velocidad de las palas del rotor hacen que éstas "cacen". Son libres de hacerlo en un sistema totalmente articulado debido a que están montadas en la bisagra de arrastre vertical. (Todo sobre Helicópteros)
Una o más bisagras horizontales permiten el flap en un sistema de rotor totalmente articulado. Además, la bisagra de emplumado permite el cambio de paso de las palas al permitir la rotación sobre el eje de la envergadura. Se pueden encontrar varios amortiguadores y topes en diferentes diseños para reducir el impacto y limitar el desplazamiento en ciertas direcciones. La figura muestra un sistema de rotor principal totalmente articulado con las características comentadas. (Todo sobre Helicópteros)
Existen numerosos diseños y variaciones de los tres tipos de sistemas de rotor principal. Los ingenieros buscan continuamente formas de reducir las vibraciones y el ruido causados por las partes giratorias del helicóptero.
Para ello, se está incrementando el uso de cojinetes elastoméricos en los sistemas del rotor principal. Estos cojinetes de polímero tienen la capacidad de deformarse y volver a su forma original. De este modo, pueden absorber las vibraciones que normalmente transmitirían los cojinetes de acero. Además, no necesitan lubricación periódica, lo que reduce el mantenimiento. (Todo sobre Helicópteros)
Algunos rotores principales de los helicópteros modernos se han diseñado con flectores. Se trata de centros y componentes de centros fabricados con materiales compuestos avanzados. Están diseñados para absorber las fuerzas de caza de las palas y la disimetría de la sustentación mediante la flexión. (Todo sobre Helicópteros)
De este modo, se pueden eliminar muchas bisagras y cojinetes del sistema tradicional del rotor principal. El resultado es un mástil de rotor más sencillo y con menor mantenimiento debido a la reducción de las piezas móviles. A menudo, los diseños que utilizan flexiones incorporan cojinetes elastoméricos. (Todo sobre Helicópteros)
Sistema Antitorque
Normalmente, los helicópteros tienen entre dos y siete palas del rotor principal. Estos rotores suelen estar hechos de una estructura compuesta. La gran masa giratoria de las palas del rotor principal de un helicóptero produce un torque.
Este torque aumenta con la potencia del motor y trata de hacer girar el fuselaje en sentido contrario. El brazo de cola y el rotor de cola, o rotor antitorque, contrarrestan este efecto de torque. (Todo sobre Helicópteros)
Controlado con pedales, el antitorque del rotor de cola debe modularse a medida que se modifican los niveles de potencia del motor. Esto se hace cambiando el paso de las palas del rotor de cola. Esto, a su vez, cambia la cantidad de contrapartida, y la aeronave puede girar sobre su eje vertical, lo que permite al piloto controlar la dirección a la que se dirige el helicóptero. (Todo sobre Helicópteros)
Al igual que un estabilizador vertical en el empenaje de un avión, una aleta o pilón es también una característica común en los helicópteros. Normalmente, soporta el conjunto del rotor de cola, aunque algunos rotores de cola se montan en el cono de cola de la pluma. Además, en el cono de cola o en el pilón se construye a menudo un miembro horizontal llamado estabilizador. (Todo sobre Helicópteros)
Un Fenestron® es un diseño único de rotor de cola que en realidad es un ventilador de palas múltiples montado en el pilón vertical. Funciona igual que un rotor de cola normal, proporcionando empuje lateral para contrarrestar el torque producido por los rotores principales. (Todo sobre Helicópteros)
El sistema antitorque NOTAR® no tiene un rotor visible montado en el brazo de cola. En su lugar, un ventilador ajustable accionado por el motor se encuentra dentro del brazo de cola. NOTAR® es un acrónimo que significa "sin rotor de cola".
A medida que cambia la velocidad del rotor principal, cambia la velocidad del ventilador NOTAR®. El aire sale por dos ranuras largas en el lado derecho de la barra de cola, arrastrando el lavado del rotor principal para abrazar el lado derecho de la barra de cola, provocando a su vez un flujo laminar y una baja presión (efecto Coanda). (Todo sobre Helicópteros)
Esta baja presión provoca una fuerza contraria al torque producido por el rotor principal. Además, el resto del aire del ventilador se envía a través del botalón de cola a un respiradero situado en la parte izquierda de la popa del botalón, donde es expulsado. Esta acción hacia la izquierda provoca una reacción opuesta hacia la derecha, que es la dirección necesaria para contrarrestar el torque del rotor principal. (Todo sobre Helicópteros)
Controles de Mando
Los mandos de un helicóptero difieren ligeramente de los de un avión. El colectivo, operado por el piloto con la mano izquierda, se tira hacia arriba o se empuja hacia abajo para aumentar o disminuir el ángulo de ataque de todas las palas del rotor simultáneamente. Esto aumenta o disminuye la sustentación y mueve la aeronave hacia arriba o hacia abajo. El control del acelerador del motor se encuentra en la empuñadura del extremo del colectivo. (Todo sobre Helicópteros)
El cíclico es el "stick" de control situado entre las piernas del piloto. Se puede mover en cualquier dirección para inclinar el plano de rotación de las palas del rotor. Esto hace que el helicóptero se mueva en la dirección en que se mueve la cíclica. Como se ha dicho, los pedales controlan el paso de las palas del rotor de cola, equilibrando así el torque del rotor principal. (Todo sobre Helicópteros)
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