Helicópteros y aviación de ala fija

Helicópteros y alas rotativas

Weapons and Warfare


 



La idea básica de generar sustentación a partir de un ala giratoria se remonta ciertamente a principios del siglo XIV: un manuscrito iluminado de este período ofrece la ilustración más antigua conocida de un juguete para niños que consiste en un "tornillo de aire" de cuatro palas montado en un eje vertical. Esto se hace girar tirando de una cuerda enrollada alrededor del huso, con lo cual vuela por los aires. Esencialmente, el mismo principio está involucrado en un juguete con dos tornillos que giran en sentido contrario operados por un mecanismo de arco de resorte, que fue descrito en la Academia de Ciencias de París por Launoy y Bienvenu en 1784 durante ese período de gran interés en todos los asuntos aeronáuticos. Cayley describió un dispositivo similar en su artículo de 1809. El suizo Jakob Degen hizo versiones de este juguete impulsado por resortes de reloj en 1816 y varios inventores posteriores.

En 1842, un ingeniero inglés, WH Phillips, voló un modelo impulsado por chorros de vapor (generado por el calor de una forma de fuegos artificiales químicos) desde las puntas de los rotores, y en 1863 el vizconde Ponton d'Amecourt construyó un modelo de helicóptero. impulsado por un motor de vapor alternativo convencional que probablemente era demasiado pesado para volar. El ingeniero italiano Enrico Forlanini logró volar un modelo similar durante 20 segundos en 1877 mediante el recurso de precalentar la caldera antes de unirla al modelo.



Los primeros intentos serios de construir un helicóptero pilotado de tamaño completo se realizaron en Francia en 1907, por Louis Breguet y Paul Cornu, que aspiraban a un premio de 50.000 francos ofrecido por el primer vuelo de un kilómetro. La máquina de Breguet tenía cuatro rotores biplanos, impulsados ​​por un motor Antoinette de 18kW (24hp). En septiembre de 1907, se mantuvo en el aire durante un minuto, pero fue estabilizado por cuatro asistentes que sujetaban las cuatro esquinas de la máquina. La máquina de Cornu también tenía un motor Antoinette, que impulsaba dos juegos de rotores de dos palas; cuando se probó en noviembre, se mantuvo con éxito sobre el suelo durante varios minutos. Dos meses después, el vuelo de Farman en un Voisin de ala fija ganó el premio, y Breguet y Cornu abandonaron sus esfuerzos; Breguet centró su atención en las máquinas de ala fija.

Durante los siguientes treinta años, un número considerable de inventores intentaron fabricar un helicóptero práctico, sin éxito significativo. Como alternativa al rotor motorizado, el español Juan de la Cierva produjo un avión al que llamó autogiro. Esta era una máquina en la que se producía sustentación a partir de un rotor que giraba a la manera de un molino de viento mientras la aeronave era impulsada por el aire por un motor y una hélice convencionales. En 1923, Cierva construyó una máquina con rotores articulados, libres de aletear hacia arriba y hacia abajo a medida que giraban, lo que brindó una solución simple a la fuerza de elevación desequilibrada generada cuando el rotor estaba en vuelo hacia adelante. (En un lado del disco del rotor, la pala se mueve hacia adelante en relación con la aeronave; en el otro lado se mueve hacia atrás. Sumando el movimiento hacia adelante de la aeronave,

Posteriormente, Cierva fue financiada por el Ministerio del Aire Británico para producir una serie de diseños que se construyeron en Gran Bretaña, Francia, Alemania y EE. UU., y el modelo Cierva C. 30 se utilizó con fines civiles y militares en una escala bastante pequeña. de 1935. Se han fabricado modelos posteriores de autogiro, principalmente como máquinas deportivas de un solo asiento, pero este tipo de avión nunca ha encontrado un uso práctico realista.

Uno de los que obtuvo una licencia para construir máquinas Cierva fue la empresa alemana Focke-Wulf, cuyo fundador, Heinrich Focke, produjo el primer helicóptero práctico en 1936, utilizando el sistema de rotor articulado. Para contrarrestar el efecto de torsión de un rotor motorizado, Focke empleó dos rotores que giraban en sentido contrario en los estabilizadores de un fuselaje básicamente convencional. El motor en la nariz impulsaba una hélice convencional para el vuelo hacia adelante y también impulsaba los dos rotores a través de engranajes cónicos y ejes inclinados. La practicidad del helicóptero Fw61 de Focke quedó demostrada en un vuelo a campo traviesa de 110 km (68 millas) en 1938 y en demostraciones públicas dentro del Sporthalle de Berlín.

Focke produjo un desarrollo mayor del Fw61 en 1940, y otro ingeniero alemán, Anton Flettner, produjo un helicóptero práctico que se construyó en pequeñas cantidades para la Marina alemana, pero las prioridades en tiempos de guerra estaban en otra parte y ninguno de los diseños encontró una aplicación práctica significativa. El trabajo paralelo en otros países produjo prototipos de trabajo en 1940; con mucho, el más significativo fue el VS-300 de Igor Sikorsky en los EE. UU., que pasó por una variedad de configuraciones hasta su forma final exitosa en diciembre de 1941. Se usó un solo rotor de tres palas con bisagras para generar sustentación y, al inclinar el el disco del rotor, la propulsión hacia adelante y un pequeño rotor con eje horizontal orientado hacia los lados servían para contrarrestar el par y actuaban como timón. La configuración de Sikorsky ha seguido dominando el diseño de helicópteros hasta el día de hoy.

Los helicópteros estaban normalmente propulsados ​​por motores de pistón de aviones convencionales (con sistemas de lubricación modificados y ventiladores de refrigeración adicionales) hasta la década de 1950, pero luego se introdujeron las turbinas de gas, primero por la empresa francesa Aérospatiale en 1955. Estos motores fueron diseñados para tener una etapa de turbina que impulsa el rotor a través de una caja de cambios, conocida coloquialmente como motor turboeje. La principal ventaja fue el nivel de vibración más bajo y la mayor confiabilidad de la turbina de gas y, como en otras aplicaciones aeronáuticas, la turbina de gas ha suplantado al motor de pistón en todos los helicópteros, excepto en los de menor potencia.

El rotor de helicóptero de las décadas de 1940 y 1950 era una pieza de maquinaria complicada: las palas estaban articuladas para permitir un grado limitado de movimiento en sus raíces alrededor de los tres ejes, y se empleaba una variedad de resortes y amortiguadores de fricción para permitir que los ángulos de las palas cambiaran. variarse adecuadamente. El desarrollo posterior ha reemplazado las bisagras mecánicas y los cojinetes por bisagras elastoméricas, empleando materiales plásticos con propiedades personalizadas de resistencia y flexibilidad. Aérospatiale introdujo en su AS350 Ecureil en 1977 su buje de rotor Starflex, en el que las tres bisagras convencionales se sustituyen por una única rótula de construcción tipo sándwich de caucho y acero. Al mismo tiempo, se han introducido compuestos de fibra de vidrio y fibra de carbono para construcción de las palas del rotor.

La capacidad de aterrizar y despegar verticalmente permite que el helicóptero realice una amplia variedad de tareas, pero su complejidad mecánica en comparación con un avión de ala fija genera costos más altos, por lo que los principales usuarios siempre han sido los militares. Además de ser utilizados como transporte de tropas y para la evacuación de heridos, se utilizan ampliamente para trabajos de observación y para ataques terrestres contra infantería y vehículos blindados. Los usos civiles incluyen el transporte de pasajeros a espacios confinados (plataformas de plataformas petrolíferas, terminales en azoteas en el centro de la ciudad, hospitales y similares), patrullas de oleoductos y operaciones especializadas de tipo grúa. Por lo general, el Boeing-Vertol 234 transporta hasta 44 pasajeros durante un máximo de 800 km a 250 kph (500 millas a 155 mph), y el helicóptero de producción más grande del mundo es el ruso Mil Mi 26 con una carga útil de 20 000 kg (44 000 lb).

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El período entre la Segunda Guerra Mundial y principios de la década de 1960 llevó al helicóptero a la prominencia mundial, tanto como un sistema de armas moderno como un caballo de batalla civil. Ya sea rescatando soldados e infantes de marina heridos de las escarpadas cordilleras o tripulaciones aéreas derribadas de las heladas aguas frente a la costa de la península de Corea, el renombre obtenido por los "helicópteros" estadounidenses corrobora la versatilidad y la practicidad incuestionable de los aviones de ala giratoria. Desde la inmensidad helada de Siberia, hasta las humeantes montañas y selvas de Indochina, hasta los desiertos del norte de África, los helicópteros realizaron tareas fuera de las capacidades de los aviones convencionales de ala fija. Los helicópteros, que alguna vez se consideraron artilugios tangenciales, se ganaron la estima de los líderes militares y civiles escépticos al completar tareas que antes eran inimaginables.

Sin embargo, operar en situaciones de combate y entornos climatológicos tan diversos expuso numerosas deficiencias de la incipiente industria de helicópteros. La tecnología limitó el desempeño de los helicópteros en muchas áreas. Los motores alternativos pesados ​​limitaban la potencia disponible, lo que reducía la velocidad y los pesos brutos máximos de los giroaviones. Los motores de turbina más ligeros, con más eficiencia potencia-peso, mejoraron ese problema. El Kaman 225 propulsado por turbina demostró esto cuando el helicóptero ascendió a 10,000 pies y la turbina operó tan eficientemente que el piloto de prueba tuvo que cerrar el acelerador y autorrotar a una altitud más baja. A gran altura, el helicóptero continuó ascendiendo a potencia inactiva. La turbina también redujo los niveles de ruido en los helicópteros a solo un silbido de turbina y el ruido de las palas del rotor. En 1955, Lycoming presentó el motor de turbina de gas de la serie T-53 diseñado especialmente para su instalación en helicópteros, lo que resultó en máquinas diseñadas especialmente para potencia y velocidad. Los ingenieros de helicópteros en Europa y la URSS también aprovecharon los beneficios de los turboejes en sus helicópteros.

La metalurgia también aumentó la eficiencia y la durabilidad de los helicópteros. Las revoluciones hechas en la fabricación de aviones de ala fija durante la Segunda Guerra Mundial se adaptaron a los helicópteros. Los helicópteros fabricados con revestimientos y armazones ligeros de aluminio y aleación de magnesio podrían levantar cargas más grandes. Las palas del rotor de metal reemplazaron las palas de madera laminada, aumentando tanto la sustentación como la resistencia a los elementos. Los fuselajes más livianos también permitieron la instalación de tanques de combustible autosellantes y armaduras para la tripulación y partes críticas del motor, que habían demostrado ser extremadamente vulnerables al fuego terrestre en las primeras máquinas.

Las industrias nacientes a ambos lados del Telón de Acero (la OTAN y el Pacto de Varsovia) compitieron entre sí para producir el helicóptero más eficiente y letal del mundo. Los planificadores militares exigieron helicópteros más grandes y potentes, capaces de superar las capacidades de todos los helicópteros de sus adversarios. Los generales y almirantes anhelaban helicópteros lo suficientemente potentes como para atacar a las tropas, aviones y barcos del enemigo. Los innovadores de helicópteros cumplieron fácilmente con estas solicitudes debido a las recompensas financieras y la satisfacción personal involucrada.

Además, los helicópteros asumieron nuevos roles en el mercado civil. El éxito indiscutible de las ambulancias aéreas en Corea sentó las bases para el auge de los servicios civiles de helicópteros EMS en la segunda mitad del siglo XX. Helicópteros civiles, generalmente modificados a partir de diseños militares, ofrecieron servicio de pasajeros en áreas nunca antes atendidas. Los helicópteros transportaron a ingenieros petroleros, equipos de perforación y construcción y madereros a los lugares más inimaginables del mundo. Los helicópteros también se convirtieron en estrellas de cine y televisión. En la década de 1950, la serie de televisión Whirlybirds se basó en el Bell 47. Los cineastas también se dieron cuenta de la gran versatilidad del helicóptero como plataforma de cámara y utilizaron las máquinas para filmar escenas que nunca antes se habían creído posibles. Los editores de periódicos vieron los beneficios de enviar reporteros en helicópteros para “ganar” la competencia. El Chicago Tribune compró un Bell 47, convirtiéndose en el primer periódico estadounidense en poseer su propio helicóptero.

Aunque no se materializó ningún mercado para el "helicóptero para todos", los helicópteros desempeñaron un papel en la recuperación financiera después de la Segunda Guerra Mundial. Los operadores militares y civiles de todo el mundo hicieron pedidos a los fabricantes de helicópteros, lo que aumentó las ganancias de las empresas y proporcionó miles de puestos de trabajo adicionales para los trabajadores administrativos y administrativos. Afortunadamente para los operadores militares y civiles, los diseñadores y fabricantes de helicópteros miraron hacia el futuro, lo que impondría exigencias aún mayores a sus aeronaves.