El estado de anillo de vórtice (VRS) es una condición aerodinámica peligrosa que puede surgir en el vuelo de un helicóptero , cuando un sistema de anillo de vórtice envuelve el rotor , causando una pérdida grave de sustentación . A menudo, el término asentamiento con potencia se utiliza como sinónimo, por ejemplo, en Australia, el Reino Unido y los EE. UU., [2] [3] [4] pero no en Canadá, que utiliza este último término para un fenómeno diferente. [5]
Un estado de anillo de vórtice se establece cuando el flujo de aire alrededor del rotor principal de un helicóptero asume una forma rotacionalmente simétrica sobre las puntas de las palas, apoyada por un flujo laminar sobre las puntas de las palas y un flujo ascendente de aire en sentido contrario hacia afuera y lejos del rotor. En esta condición, el rotor cae en un nuevo estado topológico del campo de flujo circundante, inducido por su propia corriente descendente, y de repente pierde sustentación. Dado que los anillos de vórtice son un fenómeno fluidodinámico sorprendentemente estable (una forma de solitón topológico ), la mejor manera de recuperarse de ellos es evitarlos lateralmente, para restablecer la sustentación, y romperlos utilizando la máxima potencia del motor, para establecer turbulencia .
Por eso también se suele confundir esta condición con la de "asentamiento con potencia insuficiente": las maniobras de alta potencia pueden inducir un estado de anillo de vórtice en el aire libre y, luego, a baja altitud, durante las condiciones de aterrizaje, posiblemente romperlo. Si no se dispone de suficiente potencia para mantener el perfil aerodinámico del rotor en una condición de pérdida, al mismo tiempo que se genera suficiente sustentación, el avión no podrá mantenerse en el aire antes de que se disipe el estado de anillo de vórtice y se estrellará.
Esta condición también ocurre con los rotores basculantes , y fue responsable de un accidente que involucró a un V-22 Osprey en 2000. El estado de anillo de vórtice causó la pérdida de un helicóptero MH-60 muy modificado durante la Operación Neptune Spear , la incursión de 2011 en la que Osama bin Laden fue asesinado. [6]
Debido a que las palas giran alrededor de un eje central, la velocidad de cada perfil aerodinámico es más baja en el punto donde se conecta al conjunto de cubo y empuñadura. Esta realidad física fundamental significa que la parte más interna de cada pala tiene una vulnerabilidad inherente a entrar en pérdida . [ cita requerida ]
En vuelo hacia adelante con sustentación traslacional , no hay flujo ascendente ( upflow ) de aire en el área del buje. A medida que disminuye la velocidad aerodinámica hacia adelante y aumentan las tasas de descenso vertical, comienza un flujo ascendente simplemente porque no hay superficies aerodinámicas en el área del conjunto buje, mástil y empuñadura de pala. [ cita requerida ]
Luego, a medida que aumenta el volumen de flujo ascendente en la región central (es decir, entre el eje y los bordes más internos de los perfiles aerodinámicos), se supera el flujo inducido (aire tirado o "inducido" hacia abajo a través del sistema de rotor) de las secciones internas de las palas. Esto hace que las partes más internas de las palas comiencen a detenerse . [ cita requerida ]
A medida que las secciones internas de las palas entran en pérdida, comienza a formarse un segundo conjunto de vórtices, similares a los de la punta del rotor, en el centro del sistema del rotor y alrededor de él. Esto, combinado con el conjunto de vórtices externos, provoca una pérdida grave de sustentación. Si el piloto de un helicóptero no reconoce y reacciona ante esta situación, puede producirse una alta velocidad de descenso y un impacto catastrófico contra el suelo. [1]
Un helicóptero normalmente se encuentra con esta condición cuando intenta volar fuera del efecto suelo (OGE) sin mantener un control preciso de la altitud, y mientras realiza aproximaciones con viento en popa o empinadas, con motor, cuando la velocidad aerodinámica está por debajo de la sustentación traslacional efectiva (ETL). [7]
Los signos de VRS son una vibración en el sistema del rotor principal [8] seguida de una tasa de caída creciente y posiblemente una disminución de la autoridad cíclica . [9]
En los helicópteros de un solo rotor, el estado del anillo de vórtice se corrige tradicionalmente bajando ligeramente el colectivo para recuperar la autoridad cíclica y utilizando el control cíclico para aplicar movimiento lateral, a menudo inclinando el morro hacia abajo para establecer el vuelo hacia adelante. En los helicópteros de rotor en tándem, la recuperación se logra mediante el cíclico lateral o la entrada del pedal o ambos. La aeronave saldrá del anillo de vórtice hacia "aire limpio" y podrá recuperar sustentación. [1]
Otra corrección, ahora ampliamente conocida como la Técnica de Recuperación de Vuichard después de ganar popularidad recientemente, fue enseñada por Claude Vuichard, inspector de la Oficina Federal de Aviación Civil (FOCA) en Suiza. Esta técnica utiliza una combinación de los tres controles juntos para reducir la pérdida de altitud y recuperarse más rápidamente: aplicar el cíclico en la dirección del empuje del rotor de cola, aumentar el colectivo para subir la potencia y coordinarse con el pedal de potencia para mantener el rumbo (controles cruzados). La recuperación se completa cuando el disco del rotor alcanza la parte de barlovento del vórtice. [1] [10] [11] [12]
Es posible salir del estado de anillo de vórtice con potencia, pero para ello es necesario tener aproximadamente el doble de potencia que la necesaria para mantenerse en vuelo estacionario. Solo hay constancia de que un helicóptero a escala real, el Sikorsky S-64 Skycrane , es capaz de hacer esto cuando está sin carga. [13]
A los pilotos de helicópteros se les enseña a evitar el VRS controlando sus tasas de descenso a velocidades aerodinámicas más bajas. Cuando se encuentran con el VRS, se les enseña a los pilotos a aplicar el cíclico hacia adelante para salir de la condición y/o reducir el paso del colectivo . [9] Si bien la transición al vuelo hacia adelante o lateral aliviará la condición por sí misma, bajar el colectivo para reducir la demanda de potencia disminuye el tamaño de los vórtices y reduce la cantidad de tiempo necesario para liberarse de la condición. Sin embargo, dado que la condición a menudo ocurre cerca del suelo, bajar el colectivo puede no ser una opción; se producirá una pérdida de altitud proporcional a la tasa de descenso desarrollada antes de comenzar la recuperación. En algunos casos, se encuentra el estado de anillo de vórtices y se permite que avance hasta el punto en que el piloto puede perder gravemente la autoridad cíclica debido al flujo de aire interrumpido. En estos casos, el único recurso del piloto puede ser entrar en una autorrotación para liberar el sistema de rotor de su estado de anillo de vórtices. [1]
En un helicóptero de rotor en tándem , el movimiento cíclico hacia adelante no detendrá la velocidad de descenso causada por el VRS. En un helicóptero de este tipo, que utiliza un paso colectivo diferencial para ganar velocidad aerodinámica, se deben realizar movimientos cíclicos laterales acompañados de movimientos del pedal para deslizarse horizontalmente fuera del aire perturbado del estado de anillo de vórtice. [ cita requerida ]
Los multirotores controlados por radio (comunes en los drones) están sujetos a la aerodinámica normal de los helicópteros, incluido el estado de anillo de vórtice. El diseño del chasis, el tamaño y la potencia afectan la probabilidad de entrar en el estado y recuperarse de él. Los multirotores que no tienen retención de altitud también tienen más probabilidades de sucumbir a un error del operador, donde el piloto deja caer la aeronave demasiado rápido, lo que resulta en una corriente ascendente en los ejes del rotor que puede llevar al estado de anillo de vórtice. Los que están equipados con esa característica, por otro lado, tienden a controlar su descenso automáticamente y generalmente (pero no siempre) pueden escapar de la condición peligrosa. [14]
reconocimiento y evitación de asentamiento con estado de anillo de vórtice/potencia
Asentamiento con potencia (anillo de vórtice)
El estado de anillo de vórtice (antes denominado asentamiento con potencia) describe una condición aerodinámica en la que un helicóptero puede estar en un descenso vertical con entre el 20 y el 100 por ciento de potencia aplicada y poco o ningún rendimiento de ascenso. El término utilizado anteriormente asentamiento con potencia proviene del hecho de que el helicóptero sigue asentándose aunque se aplique toda la potencia del motor.
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