Un chorro de punta es una tobera de chorro situada en la punta de las palas del rotor de algunos helicópteros , que se utiliza para hacer girar el rotor, de forma muy similar a los fuegos artificiales de la rueda de Catalina . Los chorros de punta reemplazan el eje de transmisión normal y tienen la ventaja de no aplicar par en la estructura del avión, por lo que no requieren la presencia de un rotor de cola. Algunos monocópteros simples están compuestos únicamente por 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 de chorro . Otros tipos usan un sistema que funciona de manera similar al postquemador (recalentamiento) en 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 solo; la mejor descripción de esto es aumento de empuje . Otros diseños incluyen estatorreactores o incluso un motor turborreactor completo. Algunos, conocidos como sistemas de cohete sobre rotor , implican colocar cohetes en las puntas de las palas del rotor que se alimentan de combustible desde un tanque. [3]
Si el motor del helicóptero falla, los propulsores de la punta del rotor aumentan el momento de inercia , lo que le permite almacenar energía, lo que hace que sea algo más fácil realizar un aterrizaje en autorrotación exitoso . Sin embargo, el propulsor de la punta también suele generar una resistencia del aire adicional significativa, lo que exige una mayor velocidad de descenso y significa que debe producirse una transición muy repentina al aterrizaje para sobrevivir, con poco margen de error.
Durante la década de 1900, el austríaco Ludwig Wittgenstein investigó el uso de chorros de punta para impulsar una hélice de 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 que estos gases sufrirían compresión a través de la fuerza centrífuga ejercida por los brazos giratorios y, de ese modo, generarían suficiente calor para lograr la ignición. [4] Durante 1911, Wittgenstein pudo obtener una patente relacionada con su trabajo sobre chorros de punta. [5]
A pesar de los orígenes relativamente tempranos del concepto, lograr el siguiente paso de la 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 hélice más recientes suelen estar compuestas de materiales compuestos o laminados de acero prensado; este último se fabrica como mitades separadas antes de soldarse entre sí, lo que le da a la pala 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 frustrado aún más por la falta de experiencia práctica de Wittgenstein con la maquinaria. [6] Finalmente, perdió el interés en la aviación y abandonó 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 convencionales que se conocieron 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 se terminara el programa. [8] [9] Aunque el Helicogyre no usaba tipjets, sino que estaba propulsado por motores de pistón ubicados en los extremos del ala giratoria, Isacco previó que estos podrían ser reemplazados por jets. [10]
Otro pionero en el campo de los chorros de punta fue el ingeniero ruso-estadounidense Eugene Michael Gluhareff , el inventor del chorro de presión Gluhareff . [11]
Durante la Segunda Guerra Mundial , el ingeniero alemán Friedrich von Doblhoff sugirió propulsar un helicóptero con estatorreactores ubicados en las puntas del rotor. Su idea fue llevada adelante y, durante 1943, el WNF 342 V1 se convirtió en el primer helicóptero propulsado por un reactor en la 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 ubicadas 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 se acercaba 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 un convertiplano ; el sistema de propulsión estaba impulsado por un solo 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 un quemador encendía el combustible para aumentar el empuje, lo que impulsaba los rotores y permitía que el vehículo volara de una manera similar a un helicóptero convencional. [14] Sin embargo, mientras volaba horizontalmente, los compresores estaban desconectados 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 era proporcionada por el ala, mientras que el resto era generado por el rotor principal que autorrotaba a aproximadamente el 50 por ciento de sus rpm cuando se impulsaba directamente. [15] [16] El XV-1 fue cancelado debido a su desfavorable complejidad y los rápidos avances de los helicópteros convencionales. [17]
Al ingeniero August Stepan se le atribuye la producción de los motores a reacción de punta utilizados por el interés de fabricación de aviones británico Fairey Aviation . [ cita requerida ] Después de la Segunda Guerra Mundial, Fairey Aviation estaba ansiosa por explorar los aviones de ala giratoria, desarrollando 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 fue rebautizado como Jet Gyrodyne . [19] Otro helicóptero desarrollado por la empresa, el Fairey Ultra-light Helicopter era un vehículo biplaza compacto lado a lado que usaba chorros de punta propulsados por un solo motor turborreactor Turbomeca Palouste . [20] El tipo lideró un contrato del Ministerio de Abastecimiento para cuatro aviones con capacidad de prueba de vuelo; las capacidades del ultraligero se demostraron posteriormente en numerosos ejercicios militares, exhibiciones aéreas e incluso en el mar. [20] Sin embargo, el ejército británico se había centrado más en el avión rival Saunders-Roe Skeeter , supuestamente debido al interés del gobierno alemán en este último. [21]
Diseñado según una especificación producida por la aerolínea British European Airways (BEA) para un helicóptero de transporte de pasajeros, conocido como 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, el 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 realizó su primera transición exitosa de vertical a horizontal y luego de regreso 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 para el modelo. [28] Según se informa, el diseño más grande del Rotodyne Z podría desarrollarse para acomodar hasta 75 pasajeros y, cuando estuviera 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 otorgaría más apoyo para el Rotodyne debido a razones económicas. En consecuencia, el 26 de febrero de 1962, se terminó la financiación oficial para el Rotodyne. [30] [31]
El fabricante de aviones francés Sud-Ouest sería la primera empresa en lograr la producción en serie de un helicóptero que aprovechara la propulsión por chorro de punta . [32] Habiendo desarrollado inicialmente el Sud-Ouest Ariel equipado con chorro de punta con fines puramente experimentales, la empresa tenía suficiente confianza para proceder con un helicóptero estándar de producción, el Sud-Ouest Djinn . [33] Se construyó un prototipo monoplaza, designado SO1220 , para que funcionara como un 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 para fines de evaluación. El primero de ellos voló el 23 de septiembre de 1954. Tres helicópteros de preproducción fueron adquiridos por el ejército de los Estados Unidos , designándolos YHO-1 , para sus propias pruebas; según el autor de aviación Stanley S. McGowen, el ejército de los EE. UU. tenía poco interés en el tipo. [36] Según el autor Wayne Mutza, el Ejército de los EE. UU. había considerado 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 hicieron pedidos de este modelo, como un lote de seis helicópteros que fueron 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 modelo había sido efectivamente reemplazado por el más convencional y de gran éxito Aérospatiale Alouette II . [33] [38] Algunos Djinn se vendieron a operadores civiles; en esta capacidad, a menudo se equiparon para fines agrícolas , equipados con tanques químicos y barras rociadoras. [36] A fines de la década de 1950, Sud Aviation estaba estudiando una versión mejorada del Djinn, designada provisionalmente 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 una 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 requerida ] para diferenciarlos de los jets que queman combustible para calentar el aire para un mayor empuje; similar a la diferencia entre los escapes "fríos" y "calientes" en el "jump jet" Harrier , que usa aire "frío" calentado a varios cientos de grados por compresión dentro del compresor de baja presión del motor Pegasus .)
En este contexto, los motores de propulsión a chorro son una forma de motor de cohete simple alimentado a presión , en el que se suministran, mezclan y encienden tanto el combustible como el oxidante. Normalmente, el oxidante que se utiliza aquí es aire comprimido en otra parte de la aeronave y conducido a través del rotor hasta el propulsor de punta junto con el combustible.
(Nota: El combustible y el oxidante se suministran a las cámaras de combustión en las puntas del rotor).