Helicóptero

Bell 206 del Departamento de Policía de Los Ángeles.

Un helicóptero es una aeronave que es sustentada y propulsada por uno o más rotores horizontales, cada uno formado por dos o más palas. Los helicópteros están clasificados como aeronaves de alas giratorias para distinguirlos de las aeronaves de ala fija porque los helicópteros crean sustentación con las palas que rotan alrededor de un eje vertical. La palabra «helicóptero» deriva del término francés hélicoptère, acuñado por el pionero de la aviación Gustave Ponton d'Amécourt en 1863 a partir de las palabra griega ελικόπτερος, helix/helik- (hélice) y pteron (ala).^{[1] [2]}

La principal ventaja de los helicópteros viene dada por el rotor, que proporciona sustentación sin que la aeronave se esté desplazando, esto permite realizar despegues y aterrizajes verticales sin necesidad de pista. Por esta razón, los helicópteros se usan a menudo en zonas congestionadas o aisladas donde los aviones no pueden despegar o aterrizar. La sustentación del rotor también hace posible que el helicóptero pueda mantenerse volando en una zona de forma mucho más eficiente de la que podría otra aeronave VTOL (de despegue y aterrizaje verticales), y pudiendo realizar tareas que una aeronave de ala fija no podría.

La idea del helicóptero es muy anterior a la del autogiro, inventado por el español Juan de la Cierva, aeronave con la que tiene sólo cierta similitud externa. Sin embargo, los primeros helicópteros pagaron patente y derechos de utilización del rotor articulado, original del ingeniero español. También se tomaron ideas del genio italiano Leonardo da Vinci, pero el inventor del primer helicóptero pilotado y motorizado fue el eslovaco Jan Bahyl. El primer aparato controlable totalmente en vuelo y producido en cadena fue fabricado por Igor Sikorsky en 1942.

Comparado con otros tipos de aeronave como el avión, el helicóptero es mucho más complejo, tiene un mayor coste de fabricación, uso y mantenimiento, es relativamente lento, tiene menos autonomía de vuelo y menor capacidad de carga. No obstante, todas estas desventajas se ven compensadas por otras de sus características, como su gran maniobrabilidad y la capacidad de mantenerse estático en el aire, girar sobre sí mismo y despegar y aterrizar verticalmente. Si no se consideran aspectos tales como la posibilidad de repostaje o las limitaciones de carga y de altitud, un helicóptero puede viajar a cualquier lugar y aterrizar en cualquier sitio que tenga la suficiente superficie (dos veces la ocupada por el aparato).

Historia

Los orígenes

Máquina voladora de Leonardo da Vinci.

Existe una historia que dice que en el año 500 A. C., técnicos chinos ya diseñaron un "trompo volador", juguete que consistía en un palo con una hélice acoplada a un extremo que, al girar entre las manos, se elevaba a la vez que giraba rápidamente; sería el primer antecedente del fundamento del helicóptero.

Hacia el año 1490, Leonardo da Vinci fue la primera persona que diseñó y dibujó en unos bocetos un artefacto volador con un rotor helicoidal, pero hasta la invención del avión motorizado en el siglo XX no se iniciaron los esfuerzos dirigidos a lograr una aeronave de este tipo. El primer vuelo de un helicóptero medianamente controlable fue realizado por el argentino Raúl Pateras de Pescara en 1916 en Buenos Aires, Argentina.^[3] Personas como Jan Bahyl, Enrico Forlanini, Oszkár Asbóth, Etienne Oehmichen, Louis Breguet, Paul Cornu, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic, Federico Cantero, Stepanovic e Igor Sikorsky desarrollaron este tipo de aparato, a partir del autogiro de Juan de la Cierva, inventado en 1923. En 1931 los ingenieros aeronáuticos soviéticos Boris Yuriev y Alexei Cheremukhin comenzaron sus experimentos con el helicóptero TsAGI 1-EA, el primer aparato conocido con un rotor simple, el cual alcanzó una altitud de 605 metros el 14 de agosto de 1932, con Cheremukhin en los controles.

Oehmichen N°2 1922.

Primeros tiempos

Flettner FL 282 Kolibri.

La Alemania nazi usó el helicóptero a pequeña escala durante la Segunda Guerra Mundial. Modelos como el Flettner FL 282 Kolibri fueron usados en el Mar Mediterráneo. La producción en masa del Sikorsky XR-4 comenzó en mayo de 1942 gracias a la armada de los Estados Unidos. El aparato fue usado para operaciones de rescate en Birmania. También fue utilizado por la Royal Air Force. La primera unidad británica en ser equipada con helicópteros fue la escuela de entrenamiento para Helicópteros (Helicopter Training School, en inglés) constituida en enero de 1945 en Andover, con nueve helicópteros Sikorsky R-4B Hoverfly I.

Bell 47.

El Bell 47, diseñado por Arthur Young, se convirtió en el primer helicóptero en ser autorizado para uso civil (mayo de 1946) en los Estados Unidos y veinte años más tarde el Bell 206 llegó a ser el más exitoso helicóptero comercial jamás fabricado y el que más récords industriales estableció y rompió.

Los helicópteros capaces de realizar un planeo estable de forma fiable fueron desarrollados décadas más tarde que el avión de alas fijas. Esto se debió en gran parte a la mayor necesidad de potencia en el motor de los primeros respecto a los segundos (Sikorsky, por ejemplo, retrasó sus investigaciones en los helicópteros a la espera de que hubiera mejores motores disponibles en el mercado). Las mejoras en combustibles y motores durante la primera mitad del siglo XX fueron un factor decisivo en el desarrollo de los helicópteros. La aparición de los motores de turboeje en la segunda mitad del siglo XX condujo al desarrollo de helicópteros más rápidos, mayores y capaces de volar a mayor altura. Estos motores se usan en la gran mayoría de los helicópteros excepto, a veces, en modelos pequeños o con un coste de fabricación muy bajo.

Usos

Debido a las características operativas del helicóptero - capacidad para despegar y aterrizar verticalmente, mantenerse volando en un mismo sitio por largos períodos de tiempo, así como las capacidades de manejo en condiciones a bajas velocidades - ha sido elegido para llevar a cabo tareas que anteriormente no era posible realizarlas con otras aeronaves, o que hacerlo desde tierra resultaba muy lento o complicado. Hoy en día, los principales usos del helicóptero incluyen transporte, construcción, lucha contraincendios, búsqueda y rescate, usos militares o vigilancia.

Algunos de los otros usos de los helicópteros son:

• Búsqueda y rescate
• Fotografía aérea
• Videografía aérea
• Captación electrónica de noticias
• Reflexión de sismología
• Transporte
• Turismo o recreación
• Vigilancia

Características de diseño

Partes de un helicóptero.

Rotor

Ecureuil, un helicóptero con la típica configuración rotor principal y rotor de cola.

CH-47 Chinook, un helicóptero con rotor en tándem.

Kamov Ka-32, un helicóptero de rotor coaxial.

Las palas del rotor tienen una forma aerodinámica similar a las alas de un avión, es decir, curvadas formando una elevación en la parte superior, y lisas o incluso algo cóncavas en la parte inferior (perfil alar). Al girar el rotor esta forma hace que se genere sustentación, la cual eleva al helicóptero. La velocidad del rotor principal es constante, y lo que hace que un helicóptero ascienda o descienda es la variación en el ángulo de ataque que se da a las palas del rotor: a mayor inclinación, mayor sustentación y viceversa.

Una vez en el aire, el helicóptero tiende a dar vueltas sobre su eje vertical en sentido contrario al giro del rotor principal. Para evitar que esto ocurra, salvo que el piloto lo quiera, los helicópteros disponen en un lado de su parte posterior de un rotor más pequeño, denominado rotor de cola, dispuesta verticalmente, que compensa con su empuje la tendencia a girar del aparato y lo mantiene en una misma orientación.

Hay helicópteros que no tienen rotor de cola vertical, sino dos grandes rotores horizontales. En este caso, los rotores giran en direcciones opuestas y no se necesita el efecto "antipar" del rotor de cola como en los helicópteros de un solo rotor.

Movimiento

El rotor principal no sólo sirve para mantener el helicóptero en el aire (estacionario), así como para elevarlo o descender, sino también para impulsarlo hacia adelante o hacia atrás, hacia los lados o en cualquier otra dirección. Esto se consigue mediante un mecanismo complejo que hace variar el ángulo de incidencia (inclinación) de las palas del rotor principal dependiendo de su posición.

Imaginemos un rotor, que gira a la derecha con velocidad constante. Si todas las palas tienen el mismo ángulo de incidencia (30º por ejemplo), el helicóptero empieza a subir hasta que se queda en estacionario. Las palas tienen durante todo el recorrido de los 360º, el mismo ángulo y el helicóptero se mantiene en el mismo sitio.

Palanca de control de un helicóptero.

Si hacemos que las palas, únicamente al pasar por el sector 0º a 180º aumenten ligeramente su ángulo de incidencia y luego vuelvan a su inclinación original, el empuje del rotor será mayor en el sector de 0º a 180º y el helicóptero en vez de mantenerse parado, tiende a inclinarse hacia adelante, ya que por efecto giroscópico la resultante aparece aplicada 90° hacia el sentido de rotacion produciendo así que el empuje total se realice de manera inclinada pudiendo desplazar en aparato en función del coseno del ángulo del vector de la tracción de las palas del helicóptero. Si las palas aumentan el ángulo de incidencia en el sector de 270º a 90º, el empuje será mayor por la parte trasera y el helicóptero tiende a inclinarse hacia la derecha, al igual que en el caso anterior por efecto giroscopico.

Los helicópteros no varían la velocidad de las palas ni inclinan el eje del rotor para desplazarse. Lo que hacen es variar ligeramente y de forma cíclica el paso (inclinación) de las palas con respecto al que ya tienen todas (el colectivo de las palas). Ese aumento cíclico en un sector, hace que el helicóptero se desplace hacia el lado opuesto. Ahora se entenderá mejor porqué el mando de dirección de un helicóptero se llama cíclico y el mando de potencia se llama colectivo.

Además de estos controles de vuelo, el helicóptero usa los pedales para girar cuando está en estacionario. Esto se logra aumentando o disminuyendo el paso de las palas del rotor de cola, con lo que se consigue que el rotor de cola tenga más o menos empuje y haga girar al helicóptero hacia un lado u otro.

Los helicópteros también planean, y de hecho es lo que hacen en caso de necesidad para aterrizar en caso de emergencia. El rotor se comporta como una cometa y el helicóptero se transforma en un autogiro.

Durante el descenso, el flujo de aire hace girar a las palas que se transforman en una especie de "ala", con lo que la velocidad de las palas se aprovecha para obtener sustentación y así disminuir la velocidad de descenso, a este fenómeno se le llama autorrotación.
Al llegar cerca del suelo el helicóptero vuelve a disminuir su velocidad de descenso permitiéndole aterrrizar suavemente. Esta reducción está causada por lo que se conoce como "efecto suelo": el aire desplazado por las aspas choca con el suelo y se ralentiza su circulación; al enviar las aspas más aire del que se desaloja provoca que éste se acumule durante unos instantes debajo de la aeronave, creando un colchón de aire que la frena de forma apreciable especialmente en aterrizajes rápidos o apurados.

Motores

Un motor turboeje en un helicóptero Alouette III.

El tipo, potencia y número de motores que se usan en un helicóptero determina el tamaño, función y capacidad del diseño de ese helicóptero.

Los motores de los helicópteros más primitivos eran dispositivos mecánicos simples, como bandas de goma o ejes, que limitaban el tamaño de los helicópteros a pequeño modelos y juguetes. Durante medio siglo antes de que volara el primer aeroplano, se usaban las máquinas de vapor para estudiar y desarrollar la aerodinámica del helicóptero, pero la baja potencia de estos motores no permitía el vuelo tripulado. La aparición del motor de combustión interna al finalizar el siglo XIX supuso un hito para el desarrollo del helicóptero, se comenzaron a desarrollar y producir motores con potencia suficiente como para hacer posible la creación de helicópteros capaces de transportar personas.

Los primeros helicópteros utilizaron motores hechos de encargo o motores rotativos originalmente diseñados para aeroplanos, pronto fueron reemplazados por motores de automóvil más potentes y motores radiales. La gran limitación en el desarrollo de los helicópteros durante la primera mitad del siglo XX era que no existían motores cuya cantidad de potencia producida fuera capaz de superar ampliamente el peso de la propia aeronave en vuelo vertical. Este factor era vencido en los primeros helicópteros que volaron con éxito usando motores del menor tamaño posible. Con el compacto motor bóxer, la industria del helicóptero encontró un motor ligero fácilmente adaptable a los helicópteros pequeños, aunque los motores radiales continuaron siendo usados en los helicópteros de mayor tamaño.

La llegada de los motores de turbina revolucionó la industria de la aviación, y con la aparición a principios de los años 1950 del turboeje por fin fue posible proporcionar a los helicópteros un motor con una gran potencia y bajo peso. El motor turboeje permitió aumentar el tamaño de los helicópteros que estaban siendo diseñados. Hoy en día todos los helicópteros, menos los más ligeros, son propulsados por motores de turbina.

Algunos helicópteros radiocontrolados(juguetes) y los vehículos aéreos no tripulados (UAV) más pequeños de tipo helicóptero, como el Rotomotion SR20, usan motores eléctricos.^[4] Los helicópteros radiocontrolados también pueden tener pequeños motores de explosión que funcionan con combustibles distintos de la gasolina, como el nitrometano.

Modelos

Bell 212.

Mil Mi-26, el helicóptero de producción en serie más grande del mundo.

Existen numerosos modelos de helicópteros, de tamaño pequeño, mediano y grande, para unos 25 pasajeros. También existen versiones para carga y otras funciones especiales, en diferentes tamaños, así como para la policía y militares. Estos últimos están actualmente equipados con la más moderna tecnología y armamento. Cabe señalar que la fábrica de helicópteros de Rusia, Mil ha creado el helicóptero más grande y potente de este tipo del mundo, conocido como el Mi-26. Asimismo la empresa rusa Kamov, creó el eficiente helicóptero de ataque Ka-50, conocido como "Tiburón Negro", el cual cuenta con un sistema de protección para el o los tripulantes, que consiste en un moderno asiento eyectable, siendo único en el mundo; cabe hacer mención, que este helicóptero aventaja a sus similares en maniobrabilidad, debido a sus dos rotores del tipo contrarrotativo coaxial con palas realizadas en polímeros. Esta solución le posibilita realizar varias maniobras prácticamente imposibles para aparatos tradicionales, destacando el viraje al plano con grandes ángulos de resbalamiento (hasta ±180°) a cualquier velocidad del vuelo, hecho que agiliza la puntería de armas de a bordo fijas. Un viraje al plano permite despegar y aterrizar en pistas muy reducidas, independientemente de la dirección y la fuerza del viento. Un helicóptero coaxial es capaz de arrancar en vuelo estacionario con una mayor aceleración. Puede realizar, además, maniobra curvilínea horizontal llamada (viraje lateral), durante la cual el helicóptero gira alrededor del objetivo a velocidades 100-180 km./hora y a una altura invariable, mantiene un ángulo negativo 30-35’ de cabeceo, estando permanentemente el blanco seguido por sistemas de observación y puntería de a bordo.

Fabricantes

Las principales empresas dedicadas a la producción de helicópteros, tanto civiles como militares, son las estadounidenses Sikorsky, Boeing y Bell; las europeas Eurocopter y AgustaWestland; y las rusas Mil y Kamov. También puede destacarse la Robinson y la brasileña Helibrás.

Véase también

• Rotor de helicóptero
• Helicóptero militar
• Autogiro
• Juan de la Cierva y Codorníu
• Convertiplano
• Helipuerto

Referencias

Bibliografía

• Cottez, Henri. Dictionnaire des structures du vocabulaire savant. París: Les Usuels du Robert. 1980. ISBN 0-85177-827-5.

Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multimedia sobre HelicópteroCommons.
• Material de estudio de la asignatura de "Helicópteros" en Ingeniería Técnica Aeronáutica por la Universidad Politécnica de Madrid