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Un rotor basculante es una aeronave que genera sustentación y propulsión mediante uno o más rotores propulsados (a veces llamados proprotores ) montados sobre ejes giratorios o góndolas , generalmente en los extremos de un ala fija . Casi todos los rotores basculantes utilizan un diseño de rotor transversal , con algunas excepciones que utilizan otros diseños multirrotor .
El diseño del rotor basculante combina la capacidad VTOL de un helicóptero con la velocidad y el alcance de una aeronave de ala fija convencional . Para el vuelo vertical, los rotores están en ángulo de modo que el plano de rotación sea horizontal, generando sustentación de la misma manera que lo hace el rotor de un helicóptero normal . A medida que la aeronave gana velocidad, los rotores se inclinan progresivamente hacia adelante, y el plano de rotación finalmente se vuelve vertical. En este modo, los rotores proporcionan empuje como una hélice , y el perfil aerodinámico de las alas fijas se encarga de proporcionar la sustentación a través del movimiento hacia adelante de toda la aeronave. Dado que los rotores se pueden configurar para que sean más eficientes para la propulsión (por ejemplo, con torsión de la punta de la raíz) y evita los problemas de pérdida de sustentación de las palas en retroceso de un helicóptero, el rotor basculante puede alcanzar velocidades de crucero y pesos de despegue más altos que los helicópteros.
Un avión de rotor basculante se diferencia de un avión de ala basculante en que solo el rotor pivota, en lugar de toda el ala. Este método permite sacrificar eficiencia en vuelo vertical por eficiencia en operaciones STOL / STOVL .
El primer trabajo en dirección a un rotor basculante (en francés "Convertible") parece haber tenido su origen hacia 1902 por parte de los hermanos franco-suizos Henri y Armand Dufaux, para el que obtuvieron una patente en febrero de 1904 e hicieron público su trabajo en abril de 1905. [1] [ ¿ fuente poco fiable? ]
Las ideas concretas de construir aviones de despegue y aterrizaje verticales (VTOL) utilizando rotores similares a los de los helicópteros se impulsaron aún más en la década de 1930. El primer diseño parecido a los rotores basculantes modernos fue patentado por George Lehberger en mayo de 1930, pero no desarrolló más el concepto. En la Segunda Guerra Mundial , Weserflug en Alemania ideó el concepto de su P.1003/1 alrededor de 1938, que se inclinaba hacia arriba con parte de las alas pero no las alas completas, por lo que puede estar entre los aviones de rotor basculante y los aviones basculantes. Poco después, se desarrolló un prototipo alemán , el Focke-Achgelis Fa 269 , a partir de 1942, que se inclinaba hacia el suelo, pero nunca voló. [2] [3] [4] Platt y LePage patentaron el PL-16, el primer avión de rotor basculante estadounidense. Sin embargo, la empresa cerró en agosto de 1946 debido a la falta de capital. [5]
Dos prototipos que llegaron a volar fueron el Transcendental Model 1-G monoplaza y el Transcendental Model 2 biplaza, cada uno propulsado por un único motor alternativo. El desarrollo del Model 1-G comenzó en 1947, aunque no voló hasta 1954. El Model 1-G voló durante aproximadamente un año hasta que se estrelló en la bahía de Chesapeake el 20 de julio de 1955, destruyendo el prototipo de avión pero sin herir gravemente al piloto. El Model 2 se desarrolló y voló poco después, pero la Fuerza Aérea de los EE. UU. retiró la financiación a favor del Bell XV-3 y no voló mucho más allá de las pruebas de vuelo estacionario. El Transcendental 1-G es el primer avión de rotor basculante que ha volado y ha logrado la mayor parte de una transición de helicóptero a avión en vuelo (a menos de 10 grados del vuelo horizontal real del avión).
Construido en 1953, el Bell XV-3 experimental voló hasta 1966, demostrando la solidez fundamental del concepto de rotor basculante y reuniendo datos sobre mejoras técnicas necesarias para diseños futuros.
Un desarrollo tecnológico relacionado es el avión de alas inclinadas . Aunque dos diseños, el Canadair CL-84 Dynavert y el LTV XC-142 , fueron éxitos técnicos, ninguno entró en producción debido a otros problemas. Los rotores basculantes generalmente tienen una mejor eficiencia de vuelo estacionario que los de alas inclinadas, pero menos que los helicópteros. [6]
En 1968, Westland Aircraft exhibió sus propios diseños (una pequeña nave experimental (We 01C) y un transporte de 68 plazas, We 028) en el SBAC Farnborough Airshow . [7]
En 1972, con financiación de la NASA y el ejército de los EE. UU ., Bell Helicopter Textron comenzó a desarrollar el XV-15 , un avión de investigación de rotor basculante bimotor. Se construyeron dos aviones para probar el diseño del rotor basculante y explorar la envolvente de vuelo operativa para aplicaciones militares y civiles. [8] [9]
En 1981, utilizando la experiencia adquirida con el XV-3 y el XV-15, Bell y Boeing Helicopters comenzaron a desarrollar el V-22 Osprey , un avión militar de rotor basculante con doble turboeje para la Fuerza Aérea de los EE. UU . y el Cuerpo de Marines de los EE. UU . [8]
Bell se asoció con Boeing para desarrollar un rotor basculante comercial, pero Boeing abandonó el proyecto en 1998 y Agusta se hizo cargo del Bell/Agusta BA609 . [9] [10] Este avión fue redesignado como AW609 luego de la transferencia de propiedad total a AgustaWestland en 2011. [11] Bell también desarrolló un vehículo aéreo no tripulado (UAV) con rotor basculante, el TR918 Eagle Eye .
Rusia ha tenido algunos proyectos de rotores basculantes, en su mayoría no tripulados, como el Mil Mi-30 , y ha iniciado otro en 2015. [12]
Entre 2005 [13] y 2010 [14] , Bell y Boeing volvieron a trabajar juntos para realizar un estudio conceptual de un rotor basculante cuádruple (QTR) más grande para el programa Joint Heavy Lift (JHL) del ejército de los EE. UU. El QTR es una versión más grande, de cuatro rotores, del V-22 con dos conjuntos de alas fijas en tándem y cuatro rotores basculantes.
En enero de 2013, la FAA definió las normas de ruido de los rotores basculantes estadounidenses para cumplir con las normas de la OACI . Una certificación de ruido costará 588.000 dólares, lo mismo que un helicóptero grande. [15] [16]
AgustaWestland dice que han hecho volar libremente un rotor basculante eléctrico tripulado en 2013 llamado Proyecto Zero , con sus rotores dentro de la envergadura de las alas. [17] [18] [19]
En 2013, el director ejecutivo de Bell Helicopter, John Garrison, respondió a la decisión de Boeing de elegir un socio de fuselaje diferente para los futuros requisitos de elevación del Ejército de los EE. UU. indicando que Bell tomaría la iniciativa en el desarrollo del Bell V-280 Valor , [20] con Lockheed Martin.
En 2014, el programa Clean Sky 2 (de la Unión Europea y la industria) otorgó a AgustaWestland y sus socios 328 millones de dólares para desarrollar un diseño de "rotor basculante civil de próxima generación" [21] [22] [23] para el mercado offshore, con una revisión crítica del diseño cerca de finales de 2016. Los objetivos son secciones de ala basculantes, 11 toneladas métricas de peso máximo de despegue , asientos para entre 19 y 22 pasajeros, primer vuelo en 2021, una velocidad de crucero de 300 nudos, [24] una velocidad máxima de 330 nudos, un techo de 25.000 pies y un alcance de 500 millas náuticas. [10] [25] [26]
En vuelo vertical, el rotor basculante utiliza controles muy similares a los de un helicóptero de rotor doble o tándem . La guiñada se controla inclinando sus rotores en direcciones opuestas. El balanceo se proporciona mediante potencia diferencial o empuje. El cabeceo se proporciona mediante la inclinación cíclica de las palas del rotor , o de la góndola. El movimiento vertical se controla con el paso convencional de las palas del rotor y una palanca de control colectivo de helicóptero convencional (como en el Bell/Agusta BA609 ) o un control único similar a un control de motor de ala fija llamado palanca de control de empuje (TCL) (como en el Bell-Boeing V-22 Osprey ). [27]
La ventaja del rotor basculante es que su velocidad es considerablemente mayor que la de un helicóptero. En un helicóptero, la velocidad máxima de avance está definida por la velocidad de giro del rotor ; en algún momento, el helicóptero se moverá hacia adelante a la misma velocidad que el giro del lado del rotor que se mueve hacia atrás, de modo que ese lado del rotor ve una velocidad aerodinámica cero o negativa y comienza a entrar en pérdida . Esto limita los helicópteros modernos a velocidades de crucero de aproximadamente 150 nudos /277 km/h. Sin embargo, con el rotor basculante se evita este problema, porque los proprotores son perpendiculares al movimiento en las partes de alta velocidad del régimen de vuelo (y, por lo tanto, no están sujetos a esta condición de flujo inverso), por lo que el rotor basculante tiene una velocidad máxima relativamente alta: se ha demostrado que supera los 300 nudos/560 km/h en los dos tipos de rotores basculantes volados hasta ahora, y se logran velocidades de crucero de 250 nudos/460 km/h. [27]
Esta velocidad se logra en cierta medida a expensas de la carga útil . Como resultado de esta carga útil reducida, algunos [¿ quién? ] estiman que un rotor basculante no excede la eficiencia de transporte (velocidad por carga útil) de un helicóptero, [28] mientras que otros concluyen lo contrario. [10] Además, el sistema de propulsión del rotor basculante es más complejo que un helicóptero convencional debido a las grandes góndolas articuladas y al ala adicional; sin embargo, la eficiencia de crucero mejorada y la mejora de la velocidad con respecto a los helicópteros son significativas en ciertos usos. La velocidad y, lo que es más importante, el beneficio para el tiempo de respuesta general es la principal virtud buscada por las fuerzas militares que utilizan el rotor basculante. Los rotores basculantes son inherentemente menos ruidosos en vuelo hacia adelante (modo avión) que los helicópteros. [ cita requerida ] Se espera que esto, combinado con su mayor velocidad, mejore su utilidad en áreas pobladas para usos comerciales y reduzca la amenaza de detección para usos militares. Los rotores basculantes, sin embargo, suelen ser tan ruidosos como los helicópteros de igual tamaño en vuelo estacionario. Las simulaciones de ruido para un rotor basculante de 90 pasajeros indican un menor ruido de crucero dentro de la cabina que un avión Bombardier Dash 8 , aunque las vibraciones de baja frecuencia pueden ser más altas. [29]
Los rotores basculantes también proporcionan una capacidad de altitud de crucero sustancialmente mayor que los helicópteros. Los rotores basculantes pueden alcanzar fácilmente los 6.000 m (20.000 pies) o más, mientras que los helicópteros normalmente no superan los 3.000 m (10.000 pies) de altitud. Esta característica significará que algunos usos que comúnmente se han considerado solo para aeronaves de ala fija ahora se pueden soportar con rotores basculantes sin necesidad de una pista. Sin embargo, un inconveniente es que un rotor basculante sufre una carga útil considerablemente reducida cuando despega desde una gran altitud.
Un avión mono rotor utiliza una hélice giratoria inclinable , o propulsor coaxial , para sustentación y propulsión . Para el vuelo vertical, el propulsor está inclinado para dirigir su empuje hacia abajo, lo que proporciona sustentación. En este modo de funcionamiento, la aeronave es esencialmente idéntica a un helicóptero. A medida que la aeronave gana velocidad, el propulsor coaxial se inclina lentamente hacia adelante, y las palas finalmente se vuelven perpendiculares al suelo. En este modo, el ala proporciona la sustentación, y la mayor eficiencia del ala ayuda al rotor basculante a alcanzar su alta velocidad. En este modo, la aeronave es esencialmente una aeronave de turbohélice.
Un avión mono rotor basculante se diferencia de un rotor basculante convencional en el que los proprotores están montados en las puntas de las alas , en que el proprotor coaxial está montado en el fuselaje del avión . Como resultado de esta eficiencia estructural, un mono rotor basculante supera la eficiencia de transporte (velocidad por carga útil) tanto de un helicóptero como de un rotor basculante convencional. Un estudio de diseño concluyó que si el mono rotor basculante pudiera realizarse técnicamente, tendría la mitad del tamaño, un tercio del peso y casi el doble de velocidad que un helicóptero. [30]
En vuelo vertical, el rotor basculante monomotor utiliza controles muy similares a los de un helicóptero coaxial, como el Kamov Ka-50 . La guiñada se controla, por ejemplo, aumentando la sustentación en el propulsor superior mientras se reduce la sustentación en el propulsor inferior. El balanceo y el cabeceo se proporcionan mediante un rotor cíclico. El movimiento vertical se controla con el paso de las palas del rotor convencional . [31]
{{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda ){{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )Baldwin, GD, 'Estudios preliminares de diseño de un mono rotor basculante (MTR) con demostraciones de despliegue aerodinámico del ala', Reunión internacional de especialistas de AHS, Chandler, Arizona, 23 al 25 de enero de 2007.