La pérdida de sustentación es una condición de vuelo peligrosa en helicópteros y otras aeronaves de ala giratoria , en la que la pala del rotor que retrocede tiene una velocidad relativa menor, combinada con un ángulo de ataque mayor , lo que provoca una pérdida de sustentación. La pérdida de sustentación es el principal factor limitante de la velocidad VNE de un helicóptero . [ 1 ]
El bloqueo de la pala en retroceso se produce a altas velocidades de avance y no debe confundirse con el bloqueo del rotor, que es causado por bajas RPM del rotor y puede ocurrir a cualquier velocidad de avance. [1]
Una pala de rotor que se mueve en la misma dirección que la aeronave se llama pala que avanza y la pala que se mueve en la dirección opuesta se llama pala que retrocede.
El equilibrio de la sustentación a lo largo del disco del rotor es importante para la estabilidad de un helicóptero. La cantidad de sustentación generada por un perfil aerodinámico es proporcional al cuadrado de su velocidad aerodinámica. En un vuelo estacionario a velocidad aerodinámica cero, las palas del rotor, independientemente de su posición en rotación, tienen velocidades aerodinámicas iguales y, por lo tanto, sustentación igual. En vuelo hacia adelante, la pala que avanza tiene una velocidad aerodinámica mayor que la pala que retrocede, lo que crea una sustentación desigual a lo largo del disco del rotor.
Se proporciona un tratamiento más completo en la disimetría del elevador .
La mayoría de los diseños de helicópteros compensan esto incorporando un cierto grado de movimiento de "aleteo" vertical de las palas del rotor. Al aletear, una pala del rotor se desplazará hacia arriba durante su avance, creando un ángulo de ataque (AOA) menor y, por lo tanto, una sustentación menor. Cuando la pala retrocede, vuelve a caer hacia abajo, lo que aumenta el AOA y, por lo tanto, genera una mayor sustentación.
Existen tres diseños generales. El más antiguo y, con diferencia, el menos común en la actualidad, es el sistema de rotor totalmente rígido; las palas están fijadas rígidamente al cubo del rotor, pero están hechas de un material flexible que permite cierto grado de aleteo.
Los sistemas de rotor semirrígido tienen una bisagra horizontal en la base de las palas que permite el movimiento de aleteo a medida que giran. Por necesidad siempre tienen un número par de palas, ya que cada par opuesto está conectado mecánicamente para evitar vibraciones.
Los sistemas de rotor completamente articulados utilizan una combinación de aleteo y un movimiento horizontal que mueve las palas que retroceden ligeramente hacia adelante y las mueve nuevamente hacia atrás en el lado que avanza, creando así más flujo de aire relativo y sustentación en el lado que retrocede a expensas del lado que avanza.
En todos los casos, el piloto puede compensar el alabeo inducido con la entrada de control cíclico hacia la izquierda o hacia la derecha (según lo determine la rotación del rotor) hasta cierto punto. Sin embargo, la rápida tasa de cambio de la flexión de la pala y del ángulo de ataque provoca una torsión longitudinal incontrolada y una vibración severa en etapas posteriores, lo que resulta en la pérdida total del control cíclico si no se controla. Suponiendo que no haya daños en el rotor, la recuperación de esta condición es posible y se describe a continuación .
Estas compensaciones sólo pueden hacer algo hasta cierto punto. Aumentar el ángulo de ataque para compensar la reducción de la velocidad aerodinámica de la pala tiene el efecto de mantener la sustentación sólo hasta el punto en el que se alcanza el ángulo de ataque crítico , más allá del cual la sustentación disminuye drásticamente.
Todos los perfiles aerodinámicos tienen un ángulo de ataque crítico (también llamado ángulo de ataque de pérdida), que es el ángulo de ataque que produce la mayor sustentación. Por encima de este ángulo, el flujo sobre el perfil aerodinámico se desprende y la sustentación disminuye, una condición que comúnmente se denomina pérdida .
Cuando un avión de ala fija excede su ángulo crítico de ataque, todo el avión pierde sustentación y entra en una condición llamada pérdida de sustentación . Las consecuencias habituales de una pérdida de sustentación en un avión de ala fija son una caída brusca de la altitud del avión y un picado. Las pérdidas de sustentación en aviones de ala fija son prácticamente siempre eventos recuperables (si se alcanza la altitud suficiente).
Sin embargo, en una pérdida de sustentación con palas en retroceso, solo la mitad del disco del rotor del helicóptero que retrocede experimenta una pérdida de sustentación. La pala que avanza continúa generando sustentación, pero la pala que retrocede entra en una condición de pérdida de sustentación, lo que generalmente resulta en un aumento no comandado del cabeceo del morro y un alabeo en la dirección del lado que retrocede del disco del rotor. En los sistemas de rotor que giran en sentido contrario a las agujas del reloj (como en la mayoría de los modelos fabricados en Estados Unidos), este es el lado izquierdo; en los sistemas que giran en el sentido de las agujas del reloj (como en la mayoría de los modelos franceses y rusos) [2] es un alabeo hacia la derecha.
A medida que el avión se acerca a las condiciones de pérdida de sustentación de las palas en retirada, se estremecerá y el morro comenzará a inclinarse hacia arriba. El cabeceo ascendente resultante del morro comenzará naturalmente a corregir la situación, ya que da como resultado la desaceleración del avión. Si se lo obliga a continuar la aceleración mediante los controles de vuelo (cíclico hacia adelante + colectivo), puede inclinarse hacia el lado de la pala en retirada.
La recuperación incluye bajar el colectivo para reducir el ángulo de ataque de la pala, seguido de la aplicación del cíclico de popa para reducir la velocidad aerodinámica. [1]
Es más probable que se produzca una pérdida de sustentación de las palas en retroceso en un helicóptero cuando se dan las siguientes condiciones, ya sea solas o en combinación: