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Un rotor basculante es una aeronave que genera sustentación y propulsión mediante uno o más rotores propulsados (a veces llamados proprotores ) montados en ejes giratorios o góndolas generalmente en los extremos de un ala fija . Casi todos los rotores basculantes utilizan un diseño de rotor transversal , con algunas excepciones que utilizan otros diseños multirrotor .
El diseño del rotor basculante combina la capacidad VTOL de un helicóptero con la velocidad y el alcance de un avión convencional de ala fija . Para el vuelo vertical, los rotores están en ángulo de modo que el plano de rotación sea horizontal, generando sustentación como lo hace el rotor de un helicóptero normal . A medida que el avión gana velocidad, los rotores se inclinan progresivamente hacia adelante, y el plano de rotación finalmente se vuelve vertical. En este modo, los rotores proporcionan empuje como una hélice , y el perfil aerodinámico de las alas fijas se encarga de proporcionar la sustentación a través del movimiento hacia adelante de todo el avión. Dado que los rotores se pueden configurar para ser más eficientes para la propulsión (por ejemplo, con torsión de la punta de la raíz) y evita los problemas de pérdida de las palas en retirada del helicóptero, el rotor basculante puede alcanzar velocidades de crucero y pesos de despegue más altos que los helicópteros.
Un avión de rotor basculante se diferencia de un avión de ala basculante en que sólo pivota el rotor en lugar de todo el ala. Este método compensa la eficiencia en vuelo vertical por la eficiencia en operaciones STOL / STOVL .
El primer trabajo en la dirección de un rotor basculante (en francés "Convertible") parece tener su origen ca. 1902 por los hermanos franco-suizos Henri y Armand Dufaux, para los cuales obtuvieron una patente en febrero de 1904 e hicieron público su trabajo en abril de 1905. [1] [ ¿ fuente no confiable? ]
En la década de 1930 se impulsaron aún más las ideas concretas de construir aviones de despegue y aterrizaje verticales (VTOL) utilizando rotores similares a los de los helicópteros. El primer diseño parecido a los rotores basculantes modernos fue patentado por George Lehberger en mayo de 1930, pero no desarrolló más el concepto. En la Segunda Guerra Mundial , al Weserflug en Alemania se le ocurrió el concepto de su P.1003/1 alrededor de 1938, que se inclinaba hacia arriba con parte de las alas pero no con las alas completas, por lo que puede estar entre el rotor basculante y el planos de inclinación. Poco después se desarrolló a partir de 1942 un prototipo alemán , el Focke-Achgelis Fa 269 , que se inclinaba hacia el suelo, pero nunca volaba. [2] [3] [4] Platt y LePage patentaron el PL-16, el primer avión basculante estadounidense. Sin embargo, la empresa cerró en agosto de 1946 por falta de capital. [5]
Dos prototipos que lograron volar fueron el Transcendental Model 1-G de un asiento y el Transcendental Model 2 de dos asientos, cada uno propulsado por un solo motor alternativo. El desarrollo del Modelo 1-G comenzó en 1947, aunque no voló hasta 1954. El Modelo 1-G voló durante aproximadamente un año hasta que se estrelló en la Bahía de Chesapeake el 20 de julio de 1955, destruyendo el prototipo de avión pero sin dañar gravemente al piloto. El Modelo 2 fue desarrollado y voló poco después, pero la Fuerza Aérea de EE. UU . retiró la financiación a favor del Bell XV-3 y no voló mucho más allá de las pruebas de vuelo estacionario. El Transcendental 1-G es el primer avión de rotor basculante que ha volado y realizado la mayor parte de una transición de helicóptero a avión en vuelo (dentro de los 10 grados del vuelo horizontal real del avión).
Construido en 1953, el Bell XV-3 experimental voló hasta 1966, demostrando la solidez fundamental del concepto de rotor basculante y recopilando datos sobre las mejoras técnicas necesarias para futuros diseños.
Un desarrollo tecnológico relacionado es el ala basculante . Aunque dos diseños, el Canadair CL-84 Dynavert y el LTV XC-142 , fueron éxitos técnicos, ninguno entró en producción debido a otros problemas. Los rotores basculantes generalmente tienen una mejor eficiencia en vuelo estacionario que las alas basculantes, pero menos que los helicópteros. [6]
En 1968, Westland Aircraft exhibió sus propios diseños: una pequeña nave experimental (We 01C) y un transporte de 68 plazas We 028, en el SBAC Farnborough Airshow . [7]
En 1972, con financiación de la NASA y el ejército de los EE. UU ., Bell Helicopter Textron inició el desarrollo del XV-15 , un avión de investigación bimotor de rotor basculante. Se construyeron dos aviones para probar el diseño del rotor basculante y explorar la envolvente de vuelo operativo para aplicaciones militares y civiles. [8] [9]
En 1981, utilizando la experiencia adquirida con el XV-3 y el XV-15, Bell y Boeing Helicopters comenzaron a desarrollar el V-22 Osprey , un avión basculante militar de doble turboeje para la Fuerza Aérea y el Cuerpo de Marines de los EE. UU . [8]
Bell se asoció con Boeing para desarrollar un rotor basculante comercial, pero Boeing salió en 1998 y Agusta reemplazó al Bell/Agusta BA609 . [9] [10] Este avión fue redesignado como AW609 luego de la transferencia de propiedad total a AgustaWestland en 2011. [11] Bell también ha desarrollado un vehículo aéreo no tripulado (UAV) de rotor basculante, el TR918 Eagle Eye .
Rusia ha tenido algunos proyectos de motores basculantes, en su mayoría no tripulados, como el Mil Mi-30 , y comenzó otro en 2015. [12]
Alrededor de 2005 [13] –2010, [14] Bell y Boeing se asociaron nuevamente para realizar un estudio conceptual de un Quad TiltRotor (QTR) más grande para el programa Joint Heavy Lift (JHL) del Ejército de EE. UU. El QTR es una versión más grande de cuatro rotores del V-22 con dos conjuntos de alas fijas en tándem y cuatro rotores basculantes.
En enero de 2013, la FAA definió normas estadounidenses sobre ruido de rotores basculantes para cumplir con las normas de la OACI . Una certificación de ruido costará 588.000 dólares, lo mismo que para un helicóptero grande. [15] [16]
AgustaWestland dice que en 2013 hicieron volar libremente un rotor basculante eléctrico tripulado llamado Proyecto Cero , con sus rotores dentro de la envergadura. [17] [18] [19]
En 2013, el director ejecutivo de Bell Helicopter, John Garrison, respondió a la decisión de Boeing de elegir un socio de fuselaje diferente para los futuros requisitos de elevación del ejército de EE. UU . indicando que Bell tomaría la iniciativa en el desarrollo del Bell V-280 Valor , [20] con Lockheed Martin.
En 2014, el programa Clean Sky 2 (de la Unión Europea y la industria) otorgó a AgustaWestland y sus socios 328 millones de dólares para desarrollar un diseño de "rotor basculante civil de próxima generación" [21] [22] [23] para el mercado offshore, con Critical Revisión del diseño cerca de finales de 2016. Los objetivos son secciones de ala inclinables, 11 toneladas métricas, peso máximo de despegue , asientos para 19 a 22 pasajeros, primer vuelo en 2021, una velocidad de crucero de 300 nudos, [24] una velocidad máxima de 330 nudos , un techo de 25.000 pies y un alcance de 500 millas náuticas. [10] [25] [26]
En vuelo vertical, el rotor basculante utiliza controles muy similares a los de un helicóptero de rotor doble o tándem . La guiñada se controla inclinando sus rotores en direcciones opuestas. El balanceo se proporciona mediante potencia o empuje diferencial. El paso se proporciona mediante la inclinación cíclica o góndola de las palas del rotor . El movimiento vertical se controla con el paso de las palas del rotor convencional y una palanca de control colectivo de helicóptero convencional (como en el Bell/Agusta BA609 ) o un control único similar al control de un motor de ala fija llamado palanca de control de empuje (TCL) (como en el Bell-Boeing V-22 Osprey ). [27]
La ventaja del rotor basculante es su velocidad significativamente mayor que la de un helicóptero. En un helicóptero la velocidad máxima de avance está definida por la velocidad de giro del rotor ; en algún momento, el helicóptero se moverá hacia adelante a la misma velocidad que gira el lado del rotor que se mueve hacia atrás, de modo que ese lado del rotor vea una velocidad cero o negativa y comience a entrar en pérdida . Esto limita a los helicópteros modernos a velocidades de crucero de unos 150 nudos /277 km/h. Sin embargo, con el rotor basculante se evita este problema, porque los propropulsores son perpendiculares al movimiento en las partes de alta velocidad del régimen de vuelo (y por lo tanto no están sujetos a esta condición de flujo inverso), por lo que el rotor basculante tiene una velocidad máxima relativamente alta, más de En los dos tipos de rotores basculantes volados hasta ahora se han demostrado velocidades de 300 nudos / 560 km/h y se alcanzan velocidades de crucero de 250 nudos / 460 km/h. [27]
Esta velocidad se logra en cierta medida a expensas de la carga útil . Como resultado de esta carga útil reducida, algunos [ ¿ quién? ] estiman que un rotor basculante no supera la eficiencia de transporte (velocidad multiplicada por carga útil) de un helicóptero, [28] mientras que otros concluyen lo contrario. [10] Además, el sistema de propulsión de rotor basculante es más complejo que el de un helicóptero convencional debido a las grandes góndolas articuladas y al ala adicional; sin embargo, la mejora de la eficiencia de crucero y la velocidad con respecto a los helicópteros es significativa en ciertos usos. La velocidad y, lo que es más importante, el beneficio en el tiempo de respuesta general es la principal virtud que buscan las fuerzas militares que utilizan el rotor basculante. Los rotores basculantes son inherentemente menos ruidosos en vuelo hacia adelante (modo avión) que los helicópteros. [ cita necesaria ] Se espera que esto, combinado con su mayor velocidad, mejore su utilidad en áreas pobladas para usos comerciales y reduzca la amenaza de detección para usos militares. Sin embargo, los rotores basculantes suelen ser tan ruidosos como los helicópteros del mismo tamaño en vuelo estacionario. Las simulaciones de ruido para un rotor basculante para 90 pasajeros indican un menor ruido de crucero dentro de la cabina que un avión Bombardier Dash 8 , aunque las vibraciones de baja frecuencia pueden ser mayores. [29]
Los rotores basculantes también proporcionan una capacidad de altitud de crucero sustancialmente mayor que los helicópteros. Los rotores basculantes pueden alcanzar fácilmente los 6.000 m/20.000 pies o más, mientras que los helicópteros normalmente no superan los 3.000 m/10.000 pies de altitud. Esta característica significará que algunos usos que comúnmente se han considerado solo para aviones de ala fija ahora podrán soportarse con rotores basculantes sin necesidad de una pista. Sin embargo, un inconveniente es que un rotor basculante sufre una carga útil considerablemente reducida cuando despega desde gran altura.
Un avión monomotor basculante utiliza una hélice giratoria inclinable , o proprotor coaxial , para sustentación y propulsión . Para vuelo vertical, el proprotor está en ángulo para dirigir su empuje hacia abajo, proporcionando sustentación. En este modo de funcionamiento, la nave es esencialmente idéntica a un helicóptero. A medida que la nave gana velocidad, el proprotor coaxial se inclina lentamente hacia adelante y las palas finalmente se vuelven perpendiculares al suelo. En este modo, el ala proporciona sustentación y la mayor eficiencia del ala ayuda al rotor basculante a alcanzar su alta velocidad. En este modo, la nave es esencialmente un avión turbohélice.
Un avión monomotor basculante se diferencia de un avión basculante convencional en el que los propropulsores están montados en las puntas de las alas , en que el proprotor coaxial está montado en el fuselaje de la aeronave . Como resultado de esta eficiencia estructural, un monomotor basculante supera la eficiencia de transporte (velocidad multiplicada por carga útil) tanto de un helicóptero como de un rotor basculante convencional. Un estudio de diseño concluyó que si el monomotor basculante pudiera realizarse técnicamente, tendría la mitad de tamaño, un tercio del peso y casi el doble de velocidad que un helicóptero. [30]
En vuelo vertical, el mono rotor basculante utiliza controles muy similares a los de un helicóptero coaxial, como el Kamov Ka-50 . La guiñada se controla, por ejemplo, aumentando la sustentación en el proprotor superior mientras se disminuye la sustentación en el proprotor inferior. El balanceo y el cabeceo se proporcionan mediante el ciclo del rotor. El movimiento vertical se controla con el paso de las palas del rotor convencional . [31]
{{cite book}}: |website=ignorado ( ayuda ){{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )Baldwin, GD, 'Estudios de diseño preliminar de un mono rotor basculante (MTR) con demostraciones de despliegue aerodinámico de alas', Reunión internacional de especialistas de AHS, Chandler, Arizona, 23 al 25 de enero de 2007.