Un chorro de punta es una boquilla de chorro en la punta de las palas del rotor de algunos helicópteros , que se utiliza para hacer girar el rotor, de forma muy parecida a los fuegos artificiales de rueda de Catherine . Los jets de punta reemplazan la transmisión por eje normal y tienen la ventaja de no aplicar torsión a la estructura del avión, por lo que no requieren la presencia de un rotor de cola. Algunos monocópteros simples se componen nada más que de una sola pala con un cohete en la punta. [1] [2]
Los jets de punta pueden usar aire comprimido, proporcionado por un motor separado , para crear empuje del jet . Otros tipos utilizan un sistema que funciona de manera similar al postquemador (recalentamiento) de un motor a reacción convencional, excepto que en lugar de recalentar un chorro de gas, sirven como calentador primario, creando un mayor empuje que el flujo de aire precomprimido por sí solo; La mejor descripción de esto es el aumento de empuje . Otros diseños incluyen estatorreactores o incluso un motor turborreactor completo. Algunos, conocidos como sistemas de cohetes sobre rotor , implican colocar cohetes en las puntas de las palas del rotor que se alimentan de un tanque. [3]
Si el motor del helicóptero falla, los chorros de punta del rotor aumentan el momento de inercia , lo que le permite almacenar energía, lo que facilita un poco la realización exitosa de un aterrizaje con autorrotación . Sin embargo, el chorro de punta también suele generar una resistencia de aire adicional significativa, lo que exige una tasa de caída más alta y significa que debe ocurrir una transición muy repentina a la fase de aterrizaje para sobrevivir, con poco margen de error.
Durante la década de 1900, el austriaco Ludwig Wittgenstein investigó el uso de chorros de punta para impulsar la hélice de un avión mientras estudiaba ingeniería aeronáutica en la Universidad de Manchester , en el Reino Unido. El concepto de Wittgenstein requería que el aire y el gas fueran forzados a lo largo de los brazos de la hélice hasta las cámaras de combustión en el extremo de cada pala, momento en el cual estos gases se comprimirían a través de la fuerza centrífuga ejercida por los brazos giratorios y, por lo tanto, generarían suficiente calor para lograr la ignición. [4] Durante 1911, Wittgenstein pudo obtener una patente relacionada con su trabajo con chorros de punta. [5]
A pesar de los orígenes relativamente tempranos del concepto, lograr el siguiente paso de aplicación práctica resultó ser muy difícil, en gran parte debido a que los diseños de hélices de la época eran relativamente primitivos e incompatibles con los cambios de diseño necesarios para implementar los chorros de punta de Wittgenstein. Pasarían muchos años antes de que se desarrollara un diseño de pala que pudiera respaldar la innovación. Las hélices de la época eran típicamente de madera, mientras que las palas de las hélices más recientes suelen estar compuestas de materiales compuestos o laminados de acero prensado; este último se fabrica en mitades separadas antes de soldarse, lo que le da a la hoja un interior hueco y, por lo tanto, un camino ideal para canalizar el aire y el gas para un chorro de punta. [4] El progreso en la hélice a reacción se vio aún más frustrado por la falta de experiencia práctica de Wittgenstein con maquinaria. [6] Finalmente perdió interés en la aviación y suspendió su trabajo de ingeniería. Wittgenstein sería más conocido por su trabajo posterior como filósofo . [7]
Durante la década de 1920, el ingeniero aeronáutico italiano Vittorio Isacco diseñó y construyó varios helicópteros poco ortodoxos que llegaron a ser conocidos como Helicogyre . Durante 1929, el Helicogyre K1171 fue fabricado por el fabricante de aviones británico SE Saunders Limited y fue entregado al Royal Aircraft Establishment (RAE) en Farnborough por carretera, donde se sometió a pruebas limitadas antes de que terminara el programa. [8] [9] Aunque el Helicogyre no usaba tipjets, sino que estaba propulsado por motores de pistón colocados en los extremos del ala giratoria, Isacco previó que estos podrían ser reemplazables por jets. [10]
Otro pionero en el campo de los chorros de punta fue el ingeniero ruso-estadounidense Eugene Michael Gluhareff , inventor del chorro a presión Gluhareff . [11]
Durante la Segunda Guerra Mundial , el ingeniero alemán Friedrich von Doblhoff sugirió propulsar un helicóptero con estatorreactores situados en las puntas del rotor. Su idea se llevó adelante y, durante 1943, el WNF 342 V1 se convirtió en el primer helicóptero propulsado por un jet de punta; Utilizaba un motor de pistón convencional para impulsar una hélice compacta y un compresor de aire para proporcionar aire (posteriormente mezclado con combustible) a través de canales en la cabeza del rotor y las palas huecas del rotor a las cámaras de combustión situadas en las puntas del rotor. [12] Además del uso experimental del WNF 342 por parte de Alemania, Estados Unidos obtuvo dos prototipos cuando el conflicto llegó a su fin. [13]
Posteriormente, Doblhoff se unió al fabricante de aviones estadounidense McDonnell Aircraft , que desarrolló y voló el McDonnell XV-1 , un autogiro compuesto experimental , a principios de la década de 1950. Este helicóptero fue clasificado como convertiplano ; El sistema de propulsión estaba propulsado por un único motor radial R-975 construido por Continental que impulsaba un par de compresores de aire para alimentar aire a alta presión a través de tuberías en las palas del rotor hasta una cámara de combustión en cada una de las tres puntas del rotor, donde se encontraba un quemador. encendió combustible para aumentar el empuje, lo que hizo girar los rotores y permitió que el vehículo volara de manera similar a un helicóptero convencional. [14] Sin embargo, mientras volaba horizontalmente, los compresores se desconectaban del motor, que en su lugar impulsaba una hélice de empuje de dos palas; en vuelo hacia adelante, el 80 por ciento de la sustentación la proporcionaba el ala, mientras que el resto lo generaba el rotor principal, que giraba automáticamente a aproximadamente el 50 por ciento de sus rpm cuando se alimentaba directamente. [15] [16] El XV-1 fue cancelado debido a su complejidad desfavorable y los rápidos avances realizados por los helicópteros convencionales. [17]
Al ingeniero August Stepan se le atribuye la producción de los motores a reacción de punta utilizados por el fabricante de aviones británico Fairey Aviation . [ cita necesaria ] Después de la Segunda Guerra Mundial, Fairey Aviation estaba interesada en explorar los aviones de ala giratoria y desarrolló el Fairey FB-1 Gyrodyne de acuerdo con la Especificación E.16/47 . [18] El segundo FB-1 fue modificado para investigar un rotor impulsado por chorro de punta acoplado con un par de hélices montadas en alas cortas; Más tarde pasó a llamarse Jet Gyrodyne . [19] Otro helicóptero desarrollado por la empresa, el helicóptero ultraligero Fairey, era un vehículo compacto de dos plazas de lado a lado que utilizaba chorros de punta propulsados por un solo motor turborreactor Turbomeca Palouste . [20] El tipo obtuvo un contrato del Ministerio de Abastecimiento para cuatro aviones con capacidad de prueba de vuelo; Las capacidades del Ultraligero quedaron demostradas posteriormente en numerosos ejercicios militares, exhibiciones aéreas e incluso en el mar. [20] Sin embargo, el ejército británico se había centrado más en el rival Saunders-Roe Skeeter , supuestamente debido al interés en este último por parte del gobierno alemán. [21]
Atraído por una especificación elaborada por la compañía aérea British European Airways (BEA) para un helicóptero de transporte de pasajeros, denominado BEA Bus , [22] Fairey se dedicó a desarrollar el Fairey Rotodyne . El 6 de noviembre de 1957, el prototipo Rotodyne realizó su vuelo inaugural , pilotado por el piloto jefe de pruebas de helicópteros, líder de escuadrón W. Ron Gellatly, y el piloto jefe asistente de pruebas de helicópteros, el teniente comandante John GP Morton como segundo piloto. [23] [24] El 10 de abril de 1958, el Rotodyne hizo su primera transición exitosa de vertical a horizontal y luego nuevamente al vuelo vertical. [24] [25] El 5 de enero de 1959, el Rotodyne estableció un récord mundial de velocidad en la categoría de convertiplano, a 190,9 mph (307,2 km/h), en un circuito cerrado de 60 millas (100 km). [26] [27]
Tanto la BEA como la RAF habían anunciado públicamente su interés en el Rotodyne y esta última realizó un pedido inicial del tipo. [28] Según se informa, el diseño más grande del Rotodyne Z podría desarrollarse para acomodar hasta 75 pasajeros y, cuando esté equipado con motores Rolls-Royce Tyne , tendría una velocidad de crucero proyectada de 200 nudos (370 km/h). Podría transportar casi 8 toneladas (7 toneladas) de carga; las cargas podrían haber incluido varios vehículos del ejército británico y el fuselaje intacto de algunos aviones de combate dentro de su fuselaje. [29] A pesar de que gran parte del trabajo de desarrollo se había completado, el gobierno británico declaró que no daría más apoyo al Rotodyne debido a razones económicas. En consecuencia, el 26 de febrero de 1962 se puso fin a la financiación oficial del Rotodyne. [30] [31]
El fabricante de aviones francés Sud-Ouest sería la primera empresa en lograr la producción en serie de un helicóptero con propulsión tip-jet . [32] Habiendo desarrollado inicialmente el Sud-Ouest Ariel equipado con un jet de punta con fines puramente experimentales, la empresa tenía la confianza suficiente para proceder con un helicóptero estándar de producción, el Sud-Ouest Djinn . [33] Se construyó un prototipo de un solo asiento, denominado SO1220 , para que funcionara como banco de pruebas aéreo para el concepto de propulsión del helicóptero. [34] [35] El ejército francés alentó la construcción de un gran lote de preproducción de 22 helicópteros con fines de evaluación. El primero de ellos voló el 23 de septiembre de 1954. El ejército de los Estados Unidos adquirió tres helicópteros de preproducción , denominándolos YHO-1 , para sus propias pruebas; Según el autor de aviación Stanley S. McGowen, el ejército estadounidense tenía poco interés en este tipo. [36] Según el autor Wayne Mutza, el ejército estadounidense había descubierto que el YHO-1 era una excelente plataforma de armas, pero se vio obligado a abandonar su interés por la oposición política a la adquisición de un helicóptero de diseño extranjero. [37]
Además del ejército francés, otros diez países realizaron pedidos de este tipo; como por ejemplo un lote de seis helicópteros adquiridos por el ejército alemán . [36] La producción del Djinn llegó a su fin a mediados de la década de 1960, momento en el que se habían construido un total de 178 Djinn; el tipo había sido efectivamente reemplazado por el más convencional y exitoso Aérospatiale Alouette II . [33] [38] Algunos Djinns fueron vendidos a operadores civiles; en esta capacidad, a menudo estaban equipados para fines agrícolas , equipados con tanques de productos químicos y barras rociadoras. [36] A finales de la década de 1950, Sud Aviation estaba estudiando una versión mejorada del Djinn, provisionalmente designada como Djinn III o Super Djinn . Como se había previsto, el Super Djinn proyectado habría adoptado el nuevo motor Turbomeca Palouste IV junto con otros cambios para lograr mayor potencia y resistencia que el modelo de producción original. [32] [39]
El aire comprimido en los jets de punta fría generalmente salía a temperaturas bastante altas debido a los efectos de compresión-calentamiento, pero se los conoce como jets "fríos" [ cita necesaria ] para diferenciarlos de los jets que queman combustible para calentar el aire y lograr un mayor empuje; similar a la diferencia entre los escapes "fríos" y "calientes" del "jump jet" del Harrier , que utiliza aire "frío" calentado a varios cientos de grados por compresión dentro del compresor de baja presión del motor Pegasus ).
(Nota: El combustible y el oxidante se suministran a las cámaras de combustión en las puntas del rotor).