Mandos y funcionamiento del helicóptero

FIGURA A

Es una pregunta bastante frecuente: ¿qué mecanismos hacen posibles las casi ilimitadas maniobras del helicóptero?

La primera noción que debemos tener clara es que las palas del helicóptero son exactamente iguales, en cuanto a su perfil aerodinámico, y cumplen las mismas funciones que el ala de un avión de ala fija. Pero mientras que el avión consigue la velocidad mínima de viento relativo de sustentación a base del empuje de toda la aeronave contra el aire, el helicóptero no necesita empujar toda la estructura, sino tan solo darle velocidad al único elemento de sustentación de los aviones: el ala. Es decir, haciendo girar sus palas con el borde de ataque contra el aire, el helicóptero consigue su viento relativo de sustentación. En todas las aeronaves, a mayor velocidad de viento relativo, mayor sustentación.

No vamos a entrar en nociones elementales de aerodinámica. Tan solo explicar que en un perfil alar, si el ángulo de ataque contra el viento es nulo o si la superficie superior del ala es igual que la inferior en relación a las capas de aire que la rodean, la sustentación es nula. Para darle sustentación hace falta que haya ángulo de ataque. Por tanto, hasta un ángulo límite, a mayor ángulo de ataque, mayor sustentación.

Ya tenemos los dos elementos que intervienen en la sustentación del helicóptero: la velocidad del viento relativo y la variación del ángulo de ataque de las palas (comúnmente llamado variación de paso).

Una y otra se pueden compensar. Es decir: si tenemos mas velocidad del helicóptero necesitaremos menos ángulo de ataque (o menor paso) de las palas para que no baje. Por el contrario si el helicóptero disminuye su velocidad, debemos aumentar paso para que no caiga.

Una aclaración antes de continuar: la frecuencia de las vueltas de rotor (calibradas y calculadas de antemano por el fabricante) se han de mantener constantes para evitar daños esructurales o efectos aerodinámicos perjudiciales al vuelo, con ligeras variaciones momentáneas de + - 2 %. De ahí que las variaciones en la velocidad relativa del aire se consiga exclusivamente a base de aumentar o disminuir la velocidad en el desplazamiento de nuestra aeronave, velocidad que se sumará a la que ya tiene la punta de pala y que como hemos dicho, es constante (revoluciones por minuto del rotor constantes).

¿Como aumento el ángulo de ataque?

Los ángulos de ataque se varían subiendo o bajando lo que en la figura A hemos llamado barras de control (links de cambio de paso). Como veis, cada una de las barras están unidas en la parte superior a los muñones de su pala y finalmente, (simplificando y sin mencionar mecanismos intermedios) a un aro inferior que llamamos plato oscilante. Este plato oscilante es la madre del cordero y el traductor al rotor de las órdenes del piloto.

Plato oscilante: el verdadero artífice de las maniobras

Si nos fijamos en la figura A, hay tres varillas que llamamos actuadores que van unidos a los mandos de los que dispone el piloto en cabina.

Uno de estos tres actuadores hacen que el plato oscilante suba o baje verticalmente, con lo que se varía por igual el ángulo de ataque de las dos palas colectivamente. (figura b. El plato sube de la posición "a" a la "b"). Por eso se llama actuador colectivo y el mismo nombre recibe la palanca con que lo mueve el piloto desde la cabina: palanca de colectivo o colectivo, simplemente. ESTE MANDO ES EL QUE HACE QUE VARIEN LAS DEMANDAS DE POTENCIA AL MOTOR. A MAS PASO COLECTIVO, MAS DEMANDA DE POTENCIA. Y al contrario

Figura b

Los otros dos actuadores inclinan el plato oscilante. Un actuador (longitudinal) lo inclina hacia delante o atrás y el otro ( lateral) hacia la izquierda o derecha.
Figura d

Como vemos en la figura d, al girar todo el conjunto de palas y links, si el plato oscilante está inclinado hacia delante, cuando el link pase por la parte delantera, el plato tirará del link hacia abajo y la pala bajará su paso. En la parte opuesta (atrás), la barra subirá y la pala aumenta el paso. En esta posición del plato, la sustentación cae en la parte delantera del disco del rotor y sube a medida que se desplaza hacia la parte posterior. La consecuencia es un paralelismo entre el plano del disco del rotor y el del plato oscilante (explicación simplificada puesto que la precesión giroscópica retrasa la respuesta 90 grados). Lo mismo ocurre si el actuador que se mueve es el lateral a izquierda y derecha, que traduce la inclinación del área del círculo que describe el rotor hacia los lados correspondientes.
Esta variación del paso de las palas según se va moviendo alrededor del círculo se llama variación de paso cíclico. Ambos actuadores (lateral y longitudinal) están unidos mediante articulaciones a un solo mando de la cabina:la palanca de paso cíclico o cíclico sencillamente. Como ambos actuadores (longitudinal y lateral) reciben la orden de la misma palanca de mando, se pueden mezclar, de forma que la adecuada combinación de un determinado ángulo lateral con otro longitudinal producen las inclinaciones del plato hacia los 360 grados posibles .Y en cada punto hacia el que inclinemos lo podremos hacer con el ángulo que deseemos o nos permitan los límites de la operación. El efecto de todo esto, según podéis imaginar, es que el helicóptero se mueve siguiendo el disco de su rotor hacia los 36o grados de su entorno y puede "inclinarse" (alabear) con el ángulo que queramos o podamos.

Ya tenemos descritos los dos mandos principales del helicóptero que actúan sobre el plato oscilante: el paso colectivo que sube verticalmente el plato oscilante y por tanto los ángulos de ataque por igual; y el paso cíclico: que inclina el plato , por lo que el paso de la pala varía cíclicamente en el mismo punto. La disimetría de sustentación produce la inclinación del plano del rotor principal para adaptarse en paralelo a la inclinación del plato oscilante.

Estos dos mandos (cíclico y colectivo) se pueden conjugar entre si. El plato oscilante puede subir y bajar (mayor o menor potencia) a la vez que se inclina hacia donde queramos , lo que posibilita todas las variables del vuelo.

El rotor de cola: los pedales

Nos queda un último mando: los pedales. Debido a que el motor con su transmisión están empujando al rotor principal, el giro de este produce un par motor Es decir: por efecto de acción y reacción el fuselaje del helicóptero tendería a girar en sentido contrario al de su rotor y a la misma velocidad hasta igualarse o anularse mutuamente. Para evitarlo, o se les dota de dos rotores que giren en sentido contrario uno a otro, de forma que ambos pares también se neutralicen entre si, o se les dota de un rotor de cola, que es ni mas ni menos que un rotor que empuja en sentido contrario al del par rotor. Por dicho motivo al rotor de cola se le llama rotor antipar.
Los rotores antipar son, al igual que el rotor principal, de paso variable, por lo que le podemos dar mas o menos empuje subiendo o bajando el paso. Estos aumentos o bajadas del paso se hacen con los dos pedales de la cabina. Si damos mas paso que el par motor metiendo un pedal, (izquierdo o derecho según el giro de las palas que varían según modelos) vencemos el par motor e iniciamos un giro del morro del helicóptero en el mismo sentido en que giran las palas. Y si quitamos paso (pedal contrario) nos dejamos vencer por el par motor y el morro gira hacia el lado opuesto.


Y ahora a volar.

Ahora podemos hacer todas las combinaciones de los tres mandos, cíclico, colectivo y pedales para hacer lo que queramos:

Despegar a estacionario: subo paso colectivo y el cíclico centrado. El helicóptero se levanta y queda quieto.

Iniciar translación: 1ª fase: cíclico hacia delante.El helicóptero tendería a caer siguiendo el ángulo de su disco. Pero si levantamos paso colectivo a la vez, le damos esa sustentación suplementaria que le impide caer. La traducción es que el helicóptero no se cae y gana velocidad hacia delante siguiendo la dirección de inclinación del plano rotor. 2ªfase: ya tenemos una velocidad relativa alta y por tanto hemos conseguido la sustentación adicional consecuente Ahora podemos bajar el paso colectivo y adaptarlo a la velocidad y altura que queramos.


Aumentar velocidad: Inclinamos paso cíclico hacia delante. El helicóptero tiende a caer picando. Lo evitamos levantando paso colectivo a la vez. Seguiremos en la línea de vuelo que teníamos hasta ahora, pero con mayor velocidad.

Ascender: Las dos formas habituales son
a) Inclinamos cíclico hacia atrás y mantenemos el colectivo con el paso que llevábamos. El helicóptero sube perdiendo velocidad.
b) Aumentamos el paso colectivo manteniendo el cíclico en la posición que teníamos hasta ahora. El helicóptero no gana velocidad porque el cíclico está en la posición que teníamos. El aumento del paso colectivo se traduce en una ascensión en nuestra altitud de vuelo.

Descender: Varias formas de hacerlo:
a) Sin tocar el colectivo,picamos inclinando el cíclico. El helicóptero baja ganando velocidad a la vez.
b)Bajamos colectivo y mantenemos cíclico. El helicóptero baja manteniendo velocidad.
c) Retrocedemos cíclico hacia atrás y bajamos colectivo. El helicóptero baja y pierde velocidad

Frenar: Se trata de la maniobra mas completa por abarcar la mayor parte de las variables de mando:
1º Se inclina el cíclico hacia atrás. Si no tocamos el colectivo, como hemos explicado en como ascender, el helicóptero subiría. Para evitarlo, bajamos simultáneamente el paso colectivo. Con esta acción simultanea y coordinada (inclinar cíclico hacia atrás y bajar colectivo) el helicóptero va perdiendo velocidad.
2º Aumentamos colectivo a medida que el helicóptero vaya perdiendo sustentación. Como el helicóptero va perdiendo velocidad, por debajo de cierto límite perdería sustentación(recordar que la velocidad es un elemento de sustentación) Y cuanta mas velocidad pierda por debajo de ese límite de velocidad incrementaríamos progresivamente el paso colectivo para que no se caiga.
3º El helicóptero llega a velocidad cero (estacionario). Llevábamos el cíclico atrás y ahora,llegados a velocidad nula, si continuamos en esa actitud, el helicóptero iría hacia atrás. Se evita centrando de nuevo el cíclico. Como la sustentación adicional por velocidad translacional ha desaparecido, incrementamos el paso colectivo lo que sea necesario, dentro de límites, para que el helicóptero no caiga.

Las demás maniobras (vuelo lateral, circular de morro o cola, resbales, derrapes etc) son combinación de todas ellas y sería muy prolijo detallarlas de forma absoluta.

NOTA: se ha evitado en todo momento hacer mención de las compensaciones de pedales. Hay que tener en cuenta que si queremos tener el morro centrado y evitar actitudes de vuelo desequilibradas, por cada variación de paso colectivo (aumento o disminución de la potencia), varía el par motor y por tanto hay que compensar con los pedales cada movimiento del paso colectivo.