Un giroscopio es un tipo de avión VTOL con un sistema similar al rotor de un helicóptero que es impulsado por su motor únicamente para el despegue y el aterrizaje, e incluye una o más hélices convencionales o motores a reacción para proporcionar empuje hacia adelante durante el vuelo de crucero . Durante el vuelo hacia adelante, el rotor no tiene potencia y gira libremente, como un autogiro (pero a diferencia de un helicóptero compuesto ), y la sustentación la proporciona una combinación del rotor y las alas convencionales . El girodina es uno de varios conceptos similares que intentan combinar el rendimiento de baja velocidad similar al de un helicóptero con altas velocidades de ala fija convencional, incluidos rotores basculantes y alas basculantes .
En respuesta a una solicitud de un helicóptero de la Royal Navy, el Dr. James Allan Jamieson Bennett diseñó el autogiro mientras se desempeñaba como ingeniero jefe de Cierva Autogiro Company . El autogiro fue concebido como un tipo intermedio de helicóptero , su rotor operaba paralelo a la trayectoria de vuelo para minimizar el flujo axial con una o más hélices proporcionando propulsión. La patente de Bennett cubría una variedad de diseños, lo que ha llevado a cierta confusión terminológica: otras cuestiones, incluida la marca registrada Gyrodyne Company of America y la clasificación de helicópteros de la Administración Federal de Aviación (FAA).
En los últimos años se ha impulsado un concepto relacionado bajo el nombre de heliplano . Originalmente utilizado para comercializar autogiros construidos por dos empresas diferentes, el término se adoptó para describir un programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) para desarrollar avances en tecnología de helicópteros con el objetivo de superar las limitaciones actuales de los helicópteros tanto en velocidad como en carga útil.
Mientras que un helicóptero convencional tiene un rotor propulsado que proporciona sustentación y empuje hacia adelante, y es capaz de realizar un verdadero rendimiento VTOL , un autogiro o autogiro tiene un rotor de giro libre que depende de un empuje propulsado independiente para proporcionar velocidad aerodinámica hacia adelante y mantenerlo girando. El girodina combina aspectos de cada uno. Tiene un sistema de empuje independiente como el autogiro, pero también puede accionar el rotor para permitir el despegue y aterrizaje vertical; luego cambia a giro libre como un autogiro durante el vuelo de crucero. [1] [2]
En el helicóptero, las palas del rotor que giran aspiran aire hacia abajo a través del disco del rotor; Para obtener empuje hacia adelante, el disco del rotor se inclina hacia adelante para que el aire también sea soplado hacia atrás. En el autogiro, por el contrario, el disco del rotor está inclinado hacia atrás; A medida que el empuje principal impulsa la nave hacia adelante, el aire fluye a través del disco del rotor desde abajo, lo que hace que gire y genere sustentación. El autogiro es capaz de realizar la transición entre estos dos modos de vuelo.
Normalmente, un autogiro también tiene alas fijas que proporcionan parte de la sustentación durante el vuelo hacia adelante, lo que permite descargar el rotor. Una simulación por ordenador ha sugerido una distribución óptima de sustentación del 9% para el rotor y del 91% para el ala. [3] Sin embargo, si el rotor tiene una carga demasiado ligera, puede volverse susceptible a un aleteo incontrolado. [4]
En Gran Bretaña , el Dr. James Allan Jamieson Bennett, ingeniero jefe de la Cierva Autogiro Company, concibió un tipo intermedio de helicóptero en 1936, al que denominó "girodina" y que fue licitado al gobierno británico en respuesta a una especificación del Ministerio del Aire . En 1939, Bennett recibió una patente de la Oficina de Patentes del Reino Unido , asignada a Cierva Autogiro Company. El 23 de agosto de 1940 la Autogiro Company of America , licenciataria de la Cierva Autogiro Company, Ltd., presentó la correspondiente solicitud de patente en Estados Unidos . El 27 de abril de 1943, se concedió la patente estadounidense número 2.317.340 a Autogiro Company of America. Las patentes describen un girodina como:
un avión de ala giratoria de tipo intermedio, denominado en lo sucesivo "giroplano", entre un rotaplano (con el rotor libre para la autorrotación y un flujo axial total ascendente a través del disco del rotor), por un lado, y un helicóptero puro (con el accionado por rotor, y un flujo axial total descendente a través del disco del rotor), por otro lado, es decir con un flujo axial medio a través del disco del rotor sustancialmente cero a alta velocidad de avance. [5]
El concepto de Bennett describía un rotor accionado por un eje, con antitorque y propulsión para el vuelo traslacional proporcionada por una o más hélices montadas en alas cortas. Si las hélices proporcionaran empuje a velocidades de crucero, se proporcionaría potencia al rotor solo para superar la resistencia del perfil del rotor, funcionando de una manera más eficiente que el rotor de rueda libre de un autogiro en autorrotación . Bennett describió este régimen de vuelo del autogiro como un "estado intermedio", que requiere que se suministre energía tanto al rotor como al sistema de propulsión.
El estudio de diseño del girodina C.41 anterior a la Segunda Guerra Mundial de Cierva Autogiro Company, Ltd fue actualizado y construido por Fairey Aviation como el FB-1 Gyrodyne a partir de 1945. Los esfuerzos de desarrollo de Fairey fueron dirigidos inicialmente por Bennett, seguido por su sucesor, el Dr. George S. .Hislop. George BL Ellis y Frederick L. Hodgess, ingenieros de Cierva Autogiro Company, Ltd. anteriores a la Segunda Guerra Mundial, se unieron a Bennett en Fairey Aviation. El primer prototipo de Fairey Gyrodyne se estrelló durante un vuelo de prueba y mató a la tripulación. El segundo prototipo de Gyrodyne fue reconstruido como Jet Gyrodyne y más tarde se utilizó para desarrollar un sistema de accionamiento de rotor de chorro a presión para el autogiro compuesto de transporte Rotodyne. En la punta de cada ala había hélices orientadas hacia atrás que proporcionaban control de guiñada y propulsión en vuelo hacia adelante. El Jet Gyrodyne voló en 1954 e hizo una verdadera transición del vuelo vertical al horizontal en marzo de 1955.
Esto llevó al prototipo Fairey Rotodyne , que fue desarrollado para combinar la eficiencia de un avión de ala fija en crucero con la capacidad VTOL de un helicóptero para proporcionar servicios de avión de corta distancia desde el centro de las ciudades hasta los aeropuertos. Tenía alas cortas que llevaban dos motores turbohélice Napier Eland para propulsión hacia adelante y hasta el 40% [ cita necesaria ] del peso del avión en vuelo hacia adelante. El rotor era impulsado por chorros de punta para despegue y aterrizaje y vuelo de traslación de hasta 80 mph. A pesar del considerable interés comercial y militar en todo el mundo por el prototipo Rotodyne Tipo Y para el transporte aéreo, los pedidos británicos no llegaron y el apoyo financiero del gobierno británico terminó en 1962. La nueva empresa matriz de la división, Westland Helicopters , no vio buenos motivos para realizar más inversiones y el proyecto fue interrumpido. Con el fin de los programas de Fairey Aviation, el desarrollo de girodinos se detuvo, aunque se continuaron desarrollando varios conceptos similares.
En 1954, el McDonnell XV-1 se desarrolló como un helicóptero con propulsores en la punta para proporcionar capacidad de despegue vertical. El avión también tenía alas y una hélice montada en la parte trasera del fuselaje entre dos brazos de cola con dos pequeños rotores montados en el extremo para controlar la guiñada. El segundo prototipo del XV-1 se convirtió en el primer helicóptero del mundo en superar las 200 mph en vuelo nivelado el 10 de octubre de 1956. No se construyeron más y el proyecto XV-1 finalizó en 1957.
En 1998, Carter Aviation Technologies voló con éxito su avión demostrador de tecnología. El avión es un autogiro compuesto con un rotor de alta inercia y alas optimizadas para vuelos a alta velocidad. En 2005, la aeronave demostró vuelo en mu-1, con la punta del rotor teniendo una velocidad igual a la velocidad de avance de la aeronave, sin que se produjeran problemas de vibración o control. El rotor de alta inercia permitió que la aeronave flotara por un breve momento durante el aterrizaje, a pesar de que el rotor no está alimentado, y una caja de cambios prerrotante permite acelerar el rotor para un despegue con salto estilo autogiro.
En 1954, KYB construyó un avión llamado Heliplano . El heliplano era un Cessna 170 B con las alas reducidas a muñones y un rotor propulsado por estatorreactores en la punta.
DARPA estaba financiando un proyecto bajo el nombre de "Heliplano" para desarrollar el concepto de girodina alrededor de 2007. [6] [7] Los aviones desarrollados para el proyecto utilizarían un rotor para despegar y aterrizar verticalmente y flotar, junto con alas sustanciales para proporcionar la mayor parte de la sustentación requerida en crucero, combinando la gran capacidad de carga, la eficiencia del combustible y la alta velocidad de crucero de los aviones de ala fija con las capacidades de vuelo estacionario de un helicóptero. El proyecto era "...un programa de cuatro fases de 40 millones de dólares de varios años. Groen Brothers Aviation está trabajando en la fase uno de ese programa, un esfuerzo de 15 meses... (que) combina el "giroplano"... con un avión de ala fija. jet de negocios. El equipo estaba usando el Adam A700 , en la clase de jet muy ligero …” [8] Hubo problemas con el ruido de la punta del jet y el programa fue cancelado en 2008. [9]
Una revista del sector califica la evolución gradual de los helicópteros tradicionales como "lenta" y carente de avances revolucionarios, y los compuestos no tradicionales todavía no están muy extendidos. [10]
"Gyrodyne" fue concedida como marca registrada a Gyrodyne Company of America en 1950. [11] La compañía no participó en el desarrollo del gyrodyne, sino que produjo un helicóptero no tripulado teledirigido con motor de turbina, con rotores coaxiales , para los Estados Unidos. Navy , designado como QH-50 DASH .
