Las palas de los helicópteros

Este post participa en la VII Edición del Carnaval de Tecnología, alojada por el blog que recomiendo que visitéis, Zemiorka.

No sé si os habéis fijado alguna vez en las palas de los helicópteros. Y no me refiero a que se os haya pasado por alto esta imagen.

Fuente imagen

No. El caso es que el sistema parece tan fácil... basta con tener dos tablas planas dando vueltas muy deprisa sobre tu cabeza, ¿no? Bueno, hay que empezar diciendo que al igual que los perfiles de ala de los aviones, en el caso de los helicópteros los perfiles tampoco son planos, y además del diámetro de las hélices hay que tener en cuenta el paso, es decir, cómo de curvadas están. La pequeña hélice de la cola sirve para girar el helicóptero o evitar que el helicóptero se ponga a girar sólo por efecto de la hélice principal.

Pero bueno, esto creo que lo dejaremos para otro día. Hoy se verá que, cuando un helicóptero cuenta con más de una hélice principal, hay varios tipos y cada uno tiene unas ventajas concretas. Concretamente están los:

- Coaxilales
- Transversales
- Tándem
- Entrelazados



ROTORES COAXIALES

Se trata de las hélices alineadas en un mismo eje o mástil, que giran en direcciones opuestas.

La primera patente data de 1859 y se le concedió a Henry Bright. Hoy, gracias al uso que están teniendo en los UAVs ha resurgido su interés, a pesar de ser un modelo tan antiguo.

Tradicionalmente, han sido los rusos los que han liderado esta tipo de rotores, sobre todo gracias al Kamov Ka-50, como el que aparece en la imagen inferior (aquí un vídeo homenaje donde se ve que este helicóptero puede ponerse boca abajo). Esto demostró que esta configuración de hélices es aplicable a ámbito militar.

Los americanos no consiguieron el primer modelo funcional de este tipo hasta 1944 (empresa Hiller, modelo XH-44)!

Una de las claves de esta configuración es la gran potencia de subida gracias a los dos pares de palas, y además, en igualdad de condiciones, las hélices soportan las menores cargas, tal y como se puede ver en el siguiente gráfico. En él, se comparan la potencia/kgf vs la velocidad de vuelo:

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ROTOR TRANSVERSAL

Estos helicópteros es posible... que TENGAN ALAS! De hecho, es al final de estas alas donde se sitúan las hélices

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Como se puede ver, es un diseño a caballo entre un avión y un helicóptero. No es de extrañar que estos helicópteros surgieran al principio del mundo de la aviación, como lo demuestran el FW-61 y el Fa 223 (1941). La finalidad de las aspas ahí tiene un sentido lógico, propio de aquella época incipiente: controlar el ángulo de giro longitudinal del aparato (el roll). Es decir, si la hélice izquierda tiene más fuerza que la derecha, el helicóptero se inclinará hacia la derecha. También se ha aplicado esta configuración al helicóptero más grande jamás construido: el ruso Mi-12.

Dado su "fuselaje", estos helicópteros están pensados pero una buena sustentación a altas velocidades. No nos podemos esperar que esto, técnicamente llamado Bell-Boeing V-22 Osprey, vaya despacio! Recordemos que un ingenio de la NASA para despegue vertical usaba esta misma idea.



ROTORES EN TÁNDEM

Éste el típico helicóptero que veréis en las películas bélicas, y tristemente también en algunos telediarios de actualidad. Uno de las máximas expresiones de esta configuración es el Chinook CH-47 de 1961, ampliamente usado en la Guerra de Vietnam. El primer modelo con esta configuración data de 1941, a cargo de Frank Piasecki.

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La misión principal de este helicóptero fue el transporte de tropas. Es decir, es un helicóptero para cargas. Sus hélices giran en sentido contrario y esto es crucial, ya que no tiene hélice de cola para girar. La hélice de adelante, tradicionalmente en todos los rotores en tándem, gira en sentido antihorario, y la trasera, en horario. Este sistema tiene la ventaja de que toda la potencia del motor se emplea en impulsar la aeronave, evitando la pérdida del 5-15% de potencia que supone el rotor antipar. Y una última curiosidad: esos “michelines” que tiene a los lados le sirven para alojar el combustible y unas cámaras de flotabilidad: el Chinook es capaz de posarse en el agua para descargar sus tropas (fuente).

Para girar un rotor se inclina hacia un lado mientras el otro rotor lo hace hacia el lado contrario, de este modo se consigue un giro sobre si mismo. Si se pretende ir hacia delante a acelerar, el rotor trasero aumenta su velocidad, el helicóptero se inclina hacia delante y finalmente el aparato avanza. Para decelerar o incluso moverse hacia atrás, el rotor delantero es el que acelera y ocurre el proceso contrario (fuente).


ROTORES ENTRELAZADOS o ENTRECRUZADOS


Tienen dos rotores girando en sentidos opuestos y en dos mástiles distintos, con un leve ángulo de inclinación entre los dos, de manera que las palas al girar se cruzan entre sí sin colisionar. Esta disposición permite que el helicóptero vuele sin necesidad de tener un rotor en la cola. Fue desarrollada en la II GM por Alemania (Anton Flettner), y fruto de ello surgieron el Flettner Fl 265 y el Flettner Fl 282 Kolibri, ambos destinados a la guerra submarina. Tienen una gran estabilidad y una potente capacidad elevadora. Se usa como grúa y transporte de cargas.

Aunque la gran capacidad elevadora no es nueva respecto a otros helicópteros que hemos descrito. Lo que pasa es que con este modelo sí que conseguimos un aparato de pequeñas dimensiones. Un ejemplo es el Kaman K-MAX, al que se le llama el camión del cielo.

A lo largo del artículo se cita este paper.