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Un monocóptero o giroóptero es un helicóptero que utiliza una sola pala giratoria. El concepto es similar a las semillas que caen de algunos árboles y que giran en círculos. El nombre de giroóptero se aplica a veces a los monocópteros en los que toda la aeronave gira alrededor de su centro de masas mientras vuela. El nombre de "monocóptero" también se ha aplicado al propulsor personal construido por Andreas Petzoldt. [1]
El Gyroptère fue diseñado entre 1913 y 1914 por Alphonse Papin y Didier Rouilly en Francia, inspirado en una semilla de arce . [2] Papin y Rouilly obtuvieron las patentes francesas 440.593 y 440.594 por su invención, y más tarde obtuvieron la patente estadounidense 1.133.660 en 1915. [3] El Gyroptère fue caracterizado en la revista francesa contemporánea La Nature en 1914 como " un boomerang géant " (un bumerán gigante). [4] Tras las demostraciones de pequeños modelos propulsados por cohetes, el Ejército ordenó un prototipo tripulado en 1913. [5]
El "Gyroptère" de Papin y Rouilly pesaba 500 kg (1.100 lb) incluyendo el flotador en el que estaba montado. Tenía una sola pala hueca con una superficie de 12 metros cuadrados (130 pies cuadrados), contrapesada por un ventilador impulsado por un motor rotativo Le Rhone de 80 hp que giraba a 1.200 rpm, que producía un rendimiento de poco más de 7 metros cúbicos (250 pies cúbicos) de aire por segundo. El ventilador también impulsaba aire a través de la pala hueca, de la que escapaba por un tubo en forma de L a una velocidad de 100 m/s (330 pies/s). El control direccional se lograba mediante un pequeño tubo auxiliar a través del cual se impulsaba parte del aire y que podía dirigirse en cualquier dirección que el piloto deseara. La posición del piloto estaba ubicada en el centro de gravedad entre la pala y el ventilador.
Las pruebas se retrasaron debido al estallido de la Primera Guerra Mundial y no tuvieron lugar hasta el 31 de marzo de 1915 en el lago Cercey, en la Côte-d'Or . Debido a la dificultad de equilibrar el aparato, se logró una velocidad del rotor de solo 47 rpm en lugar de las 60 rpm que se habían calculado como necesarias para el despegue. Además, el motor rotativo utilizado no era lo suficientemente potente; originalmente se había planeado utilizar un motor de automóvil de 100 hp, que resultó inalcanzable. Lamentablemente, el avión se volvió inestable y el piloto tuvo que abandonarlo, tras lo cual se hundió. [6] [7]
El Sikorsky XV-2, también conocido por el número de modelo S-57 de Sikorsky Aircraft , fue un avión de rotor detenible experimental planificado que se desarrolló para un programa de investigación conjunto entre la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y el Ejército de los Estados Unidos . El diseño utilizó un diseño de un solo rotor: un contrapeso proporcionaba estabilidad al sistema de rotor, [8] mientras que una disposición de propulsión en la punta impulsaba el rotor, que se retraería en el fuselaje superior cuando se detuviera, con el XV-2 volando entonces como un avión convencional en alas delta . [9] Se proporcionaría un solo motor a reacción para el vuelo hacia adelante, y estaría equipado con vectorización de empuje para la dirección en vuelo estacionario y para el control antipar en lugar de un rotor de cola. [10] El programa se canceló antes de que comenzara la construcción del prototipo.
El Bölkow Bo 103 fue un helicóptero ultraligero diseñado para fines de reconocimiento y mando-control y construido por Bölkow Entwicklungen KG en 1961 como parte de un pedido de investigación del Ministerio Federal de Defensa de Alemania. Tenía un rotor monopala de 6,66 m (21,9 pies) de diámetro construido en GRP en una sola pieza que incorporaba su contrapeso. Se construyó un solo prototipo, pero el trabajo se detuvo en 1962 debido a la falta de interés por parte de las fuerzas armadas de Alemania Occidental. [11]
El VJ-1X era un helicóptero ultraligero de una sola pala propulsado por un motor de pulsorreactor montado en el rotor . [12] Windspire, Inc. incluye los planos a la venta en su libro How to Build a Jet Helicopter . [13]
Los monocópteros, en los que toda la aeronave gira alrededor de su centro de masas mientras vuela, presentan ventajas y desafíos como vehículos aéreos no tripulados (UAV) para el diseñador. Como máquinas altamente centrípetas, no pueden ser tripuladas.
El primero de estos monocópteros fue construido por el Dr. Charles W. McCutchen y propulsado por motores alternativos de aeromodelismo [14] en 1952. Los voló en Lake Placid y los llamó " máquinas Charybdis ". Otros experimentadores tempranos fueron William Foshag y Joe Carter.
Este tipo de monocópteros se popularizaron en el mundo del aeromodelismo, particularmente en Europa del Este , donde George Horvath de Hungría, Sergei Vorabyev [15] y V. Naidovsky de Rusia, y Steffan Purice de Rumania construyeron modelos que batieron récords de vuelo libre . Una excepción a la falta de entusiasmo en Estados Unidos fue el "Buzzcopter" de Francis Boreham de 1964 [16] y el "Rotoriser" de Ken Willard de 1984. [17] En 2002, Ron Jesme fabricó el primer monocóptero de hélice eléctrica exitoso. [18] Daedalus Research de Logan, Utah, también fabricó un kit de monocóptero, "Maple Seed", que utiliza un motor de aeromodelismo de 0,049.
Gordon Mandell, de la Sociedad de Cohetes Modelo del MIT, diseñó un monocóptero propulsado por un motor de cohete modelo, al que llamó "turbocóptero", y publicó el concepto de diseño en su columna "Wayward Wind" en la revista Model Rocketry Magazine en 1969. Una versión posterior de esto fue investigada en el MIT en 1980. [19] Este diseño impulsó a Korey Kline, uno de los primeros miembros de la Asociación de Cohetes de Trípoli, a diseñar sus propios monocópteros propulsados por cohetes que vuelan con motores de cohetes modelo de combustión prolongada. Se mostraron en varios eventos de lanzamiento de cohetes en la década de 1980 ante multitudes que elogiaron su desempeño. [20] Algunos fueron fabricados como kits por Ace Rocketry en ese momento.
Korey Kline publicó muy poco sobre monocópteros, cohetes o de otro tipo, y por eso en la década de 1990 el monocóptero había desaparecido de la vista. Edward Miller de Pensilvania comenzó a experimentar con ellos nuevamente a fines de la década de 1990, así como Francis Graham, un profesor de física de la Universidad Estatal de Kent , Ohio. En 1999, ambos volaban monocópteros cohete. Francis Graham escribió un libro, Monocopters , [21] con alguna teoría de sus características de vuelo, en 1999, vendido por Apogee Components de Colorado Springs. Ed Miller continuó construyendo los monocópteros cohete de alta potencia más grandes jamás volados, [22] [23] con alas de madera cubiertas de fibra de vidrio de 8 pies de largo, y también los vende. Chuck Rudy voló un gran monocóptero con un motor cohete híbrido, usando combustible sólido y líquido. [24] Francis Graham continuó promoviendo los monocópteros y organizó una pequeña conferencia celebrada en Washington, Pensilvania, en 2001. También presentó un artículo sobre el tema en la conferencia Century-of-Flight de 2003 patrocinada por la AIAA en Dayton. [25]
Joseph Peklicz, de Martin's Ferry, redujo el tamaño del monocóptero hasta convertirlo en un kit utilizando pequeños motores de cohetes [26] [27] y vendió muchos a particulares y escuelas. Sus kits todavía están disponibles y se venden ampliamente. En 2008, Art Applewhite, de Kerrville, Texas, también comenzó a vender una popular línea de kits de monocópteros propulsados por cohetes.
Antes de 2003, los monocópteros que giran por completo no tenían ninguna utilidad práctica, pero, en parte gracias al libro de Graham, eso cambiaría. En 2006, Michael A. Dammar, de Vera-Tech Aero RPV Corp. de Edina (Minnesota), recibió la patente 7.104.862 [28] por un dispositivo de reconocimiento militar monocóptero que se controlaba de forma remota y tomaba fotografías de corta duración. Woody Hoburg y James Houghton desarrollaron en el MIT entre 2007 y 2008 otro monocóptero controlado de forma remota que podía volar en interiores con un motor eléctrico y que utilizaba el campo magnético de la Tierra como referencia.