Autogiro

Cierva tardó cuatro años de experimentación en inventar el primer helicóptero práctico, el autogiro , en 1923. Sus tres primeros diseños ( C.1 , C.2 y C.3 ) eran inestables debido a deficiencias aerodinámicas y estructurales en sus rotores. Su cuarto diseño, el C.4 , realizó el primer vuelo documentado de un autogiro el 17  de enero de 1923, pilotado por Alejandro Gómez Spencer en el aeródromo de Cuatro Vientos, cerca de Madrid, España (9  de enero según de la Cierva). ^{[ 7 ]}

Las primeras pruebas del modelo C.4, construido en 1922 según los principios que Cierva había desarrollado para el vuelo con rotor, no tuvieron éxito. Para encontrar una solución, Cierva realizó una serie completa de pruebas en el túnel de viento de circuito cerrado del Aeródromo de Cuatro Vientos (diseñado por Emilio Herrera ), por entonces el mejor de Europa. El nuevo avión modificado fue probado con éxito el 9 de enero de 1923 en el Aeródromo de Getafe, pilotado por el teniente Alejandro Gómez Spencer. Aunque este vuelo consistió únicamente en un salto de 183 m, demostró la validez del concepto. A finales de mes, el C.4 completó un  circuito cerrado de 4 km en el Aeródromo de Cuatro Vientos en cuatro minutos, a una altitud de unos 30 m. El motor del C.4 era un Le Rhône 9Ja de 110  hp. En julio de 1923, el mismo motor se utilizó en el C.5, que voló en Getafe. A partir de ese momento, La Cierva, que había financiado sus experimentos anteriores con sus propios recursos, dependió de una subvención del gobierno español para su trabajo.

Cierva había equipado el rotor del C.4 con bisagras batientes para fijar cada pala del rotor al cubo. Las bisagras batientes permitían que cada pala del rotor batiera, o se moviera hacia arriba y hacia abajo, para compensar la asimetría de sustentación , la diferencia de sustentación producida entre los lados derecho e izquierdo del rotor a medida que el autogiro avanza. ^{[ 14 ] [ 16 ]} Tres días después, el motor falló poco después del despegue y la aeronave descendió de forma pronunciada pero lenta hasta un aterrizaje seguro, lo que validó los esfuerzos de de la Cierva por producir una aeronave que pudiera volarse de forma segura a bajas velocidades.

Cierva desarrolló su modelo C.6 con la ayuda de la Aviación Militar Española, habiendo invertido todos sus fondos en el desarrollo y la construcción de los primeros cinco prototipos. El C.6 realizó su primer vuelo en febrero de 1925, pilotado por el capitán Joaquín Loriga , ^{[ 17 ]} incluyendo un vuelo de 10,5 kilómetros (6,5 millas) desde el aeródromo de Cuatro Vientos hasta el aeródromo de Getafe en unos ocho minutos, un logro significativo para cualquier helicóptero de la época. Poco después del éxito de Cierva con el C.6, aceptó una oferta del industrial escocés James  G. Weir para establecer la Cierva Autogiro Company en el Reino Unido, tras una demostración del C.6 ante el Ministerio del Aire británico en RAE Farnborough , el 20  de octubre de 1925. Gran Bretaña se había convertido en el centro mundial del desarrollo de autogiros.

Un accidente en febrero de 1926, provocado por una falla en la raíz de una pala, condujo a una mejora en el diseño del cubo del rotor. Se añadió una bisagra de arrastre junto con la bisagra de batimiento para permitir que cada pala se moviera hacia adelante y hacia atrás y aliviar las tensiones en el plano, generadas como consecuencia del movimiento de batimiento. Este desarrollo dio lugar al Cierva C.8, que, el 18  de septiembre de 1928, realizó la primera travesía del Canal de la Mancha en helicóptero , seguida de una gira por Europa.

El industrial estadounidense Harold Frederick Pitcairn , al enterarse de los exitosos vuelos del autogiro, visitó a de la Cierva en España. En 1928, lo visitó nuevamente en Inglaterra, después de realizar un vuelo de prueba del C.8 L.IV pilotado por Arthur H.  C.  A. Rawson. Particularmente impresionado por la capacidad de descenso vertical seguro del autogiro, Pitcairn compró un C.8 L.IV con un motor Wright Whirlwind. Este autogiro llegó a Estados Unidos el 11  de diciembre de 1928 acompañado por Rawson y fue redesignado como C.8W. ^{[ 7 ]} Posteriormente, la producción de autogiros se licenció a varios fabricantes, incluyendo la Pitcairn Autogiro Company en Estados Unidos y Focke-Wulf de Alemania.

En 1927, el ingeniero alemán Engelbert Zaschka inventó un híbrido entre helicóptero y autogiro. La principal ventaja de la máquina de Zaschka reside en su capacidad para mantenerse inmóvil en el aire durante un tiempo prolongado y descender verticalmente, lo que permitía aterrizar en el tejado plano de una casa grande. En apariencia, la máquina no difiere mucho de un monoplano convencional, pero las alas de carga giran alrededor del fuselaje.

El desarrollo del autogiro continuó con la búsqueda de un método para acelerar el rotor antes del despegue (lo que se denominó pre-rotación). Inicialmente, los sistemas de propulsión del rotor consistían en una cuerda enrollada alrededor del eje del rotor, que era tirada por un equipo de hombres para acelerarlo. A esto le seguía un largo rodaje para que el rotor alcanzara la velocidad suficiente para el despegue. La siguiente innovación fueron los flaps en la cola para redirigir la estela de la hélice hacia el rotor en tierra. Este diseño se probó por primera vez en un C.19 en 1929. Los esfuerzos realizados en 1930 demostraron que el desarrollo de una transmisión mecánica ligera y eficiente no era una tarea sencilla. En 1932, la compañía Pitcairn-Cierva Autogiro de Willow Grove, Pensilvania , Estados Unidos, resolvió este problema con una transmisión accionada por el motor.  

La compañía Buhl Aircraft Company produjo su Buhl A-1 , el primer autogiro con motor trasero propulsor, diseñado por Etienne Dormoy y destinado a la observación aérea (motor detrás del piloto y la cámara). Realizó su primer vuelo el 15  de diciembre de 1931. ^{[ 18 ]}

Los primeros autogiros de De la Cierva estaban equipados con bujes de rotor fijos, pequeñas alas fijas y superficies de control similares a las de un avión de ala fija. A bajas velocidades, las superficies de control resultaban ineficaces y podían provocar fácilmente la pérdida de control, especialmente durante el aterrizaje. En respuesta, De la Cierva desarrolló un buje de rotor de control directo, que el piloto podía inclinar en cualquier dirección. El control directo de De la Cierva se desarrolló por primera vez en el Cierva C.19 Mk.  V y se incorporó a la producción de la serie Cierva C.30 de 1934. En marzo de 1934, este tipo de autogiro se convirtió en el primer helicóptero en despegar y aterrizar en la cubierta de un barco, cuando un C.30 realizó pruebas a bordo del buque nodriza de hidroaviones de la Armada española Dédalo, frente a Valencia. ^{[ 19 ]}

Más tarde ese mismo año, durante la revuelta izquierdista de Asturias en octubre, un autogiro realizó un vuelo de reconocimiento para las tropas leales, marcando el primer empleo militar de una aeronave de rotor. ^{[ 20 ]}

Cuando las mejoras en los helicópteros los hicieron prácticos, los autogiros cayeron en gran medida en el olvido. Además, eran susceptibles a la resonancia terrestre . ^{[ 16 ]} Sin embargo, fueron utilizados en la década de 1930 por importantes periódicos y por el Servicio Postal de los Estados Unidos para el servicio de correo entre ciudades del noreste. ^{[ 21 ]}

Durante la Guerra de Invierno de 1939-1940, la Fuerza Aérea del Ejército Rojo utilizó autogiros armados Kamov A-7 para proporcionar corrección de fuego a las baterías de artillería , realizando  20 vuelos de combate. ^{[ 22 ]} El A-7 fue el primer avión de ala rotatoria diseñado para el combate, ^{[ 23 ]} armado con una ametralladora PV-1 de 7,62 × 54 mmR , un par de ametralladoras Degtyaryov y seis cohetes RS-82 o cuatro bombas FAB-100 .

El autogiro Avro Rota , una versión militar del Cierva C.30, fue utilizado por la Real Fuerza Aérea para calibrar estaciones de radar costeras durante y después de la Batalla de Inglaterra . ^{[ 24 ]}

Durante la Segunda Guerra Mundial, Alemania fue pionera en el desarrollo de un pequeño autogiro con rotor , el Focke-Achgelis Fa 330 "Bachstelze" (cola de milano), remolcado por submarinos para realizar vigilancia aérea.

El Ejército Imperial Japonés desarrolló el autogiro Kayaba Ka-1 para misiones de reconocimiento, localización de artillería y lucha antisubmarina. El Ka-1 se basaba en el Kellett KD-1, importado a Japón por primera vez en 1938. Inicialmente, la aeronave se diseñó como plataforma de observación y para tareas de localización de artillería. Al ejército le gustaba su corta distancia de despegue y, sobre todo, sus bajos requisitos de mantenimiento. La producción comenzó en 1941, y las unidades se asignaron a artillería para la localización de proyectiles. Cada autogiro contaba con dos tripulantes: un piloto y un observador.

Posteriormente, el Ejército japonés encargó dos pequeños portaaviones destinados a misiones antisubmarinas costeras (ASW). La posición del observador en el Ka-1 se modificó para transportar una pequeña carga de profundidad. Los autogiros Ka-1 ASW operaban tanto desde bases costeras como desde los dos pequeños portaaviones. Al parecer, fueron responsables del hundimiento de al menos un submarino.

Con el inicio de la invasión alemana a la URSS en junio de 1941, la Fuerza Aérea Soviética organizó nuevos cursos para el entrenamiento de tripulaciones y personal de apoyo terrestre de los aviones Kamov A-7. En agosto de 1941, por decisión de la Dirección General de Artillería del Ejército Rojo , basándose en el grupo de vuelo entrenado y cinco autogiros A-7 listos para el combate, se formó el 1.er escuadrón de aviones de reconocimiento de artillería con autogiros, que se integró en el 24.º Ejército de la Fuerza Aérea Soviética , con operaciones de combate en la zona de Elnya, cerca de Smolensk . Del 30  de agosto al 5 de  octubre de 1941, los autogiros realizaron  19 salidas de combate para reconocimiento de artillería. No se perdió ningún autogiro en combate, y la unidad se disolvió en 1942 debido a la escasez de aeronaves operativas. ^{[ 22 ]}

El autogiro resurgió después de la  Segunda Guerra Mundial cuando el Dr. Igor Bensen , un inmigrante ruso en los Estados Unidos, vio un giroplaneador Fa  330 de un submarino alemán capturado y quedó fascinado por sus características. En su trabajo, se le encomendó el análisis del giroplaneador militar británico Rotachute diseñado por un austriaco expatriado, Raoul Hafner . Esto lo llevó a adaptar el diseño para sus propósitos y finalmente comercializar el Bensen B-7 en 1955. Bensen presentó una versión mejorada, el Bensen B-8M , para pruebas a la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , que lo designó como X-25. ^{[ 25 ]} El B-8M fue diseñado para usar motores McCulloch excedentes usados ​​en drones objetivo voladores .

En la década de 1960, Ken Wallis desarrolló en Inglaterra un autogiro en miniatura, el Wallis autogyro , y durante muchos años aparecieron autogiros similares a su diseño. Los diseños de Ken Wallis se han utilizado en diversos escenarios, como entrenamiento militar, reconocimiento policial y la búsqueda del monstruo del lago Ness , además de aparecer en la película de James Bond de 1967, Solo se vive dos veces .

La Administración Federal de Aviación (FAA) ha certificado tres diseños diferentes de autogiros para su producción comercial: el Umbaugh U-18/ Air & Space 18A de 1965, el Avian 2/180 Gyroplane de 1967 y el McCulloch J-2 de 1972. Todos ellos han resultado ser fracasos comerciales por diversas razones.

El Kaman KSA-100 SAVER (Stowable Aircrew Vehicle Escape Rotorseat) es un dispositivo de escape para autogiros que se guarda en aeronaves, diseñado y fabricado para la Armada de los Estados Unidos . Diseñado para ser instalado en aviones de combate navales como parte de la secuencia de eyección, solo se construyó un ejemplar, que no llegó a entrar en servicio. Estaba propulsado por un turbofán Williams WRC-19, lo que lo convirtió en el primer autogiro propulsado por un motor a reacción.

El diseño básico del autogiro Bensen consiste en una estructura simple de tubos cuadrados de aluminio o acero galvanizado, reforzada con triángulos de tubos más ligeros. Está dispuesto de manera que la tensión recaiga sobre los tubos o accesorios especiales, no sobre los pernos. Una  quilla longitudinal soporta una rueda de morro orientable, el asiento, el motor y el estabilizador vertical. Las ruedas principales, situadas en los extremos, están montadas sobre un eje. Algunas versiones pueden incorporar flotadores tipo hidroavión para operar en el agua.

Los autogiros tipo Bensen utilizan una configuración de hélice propulsora para mayor simplicidad y para mejorar la visibilidad del piloto. La potencia puede ser suministrada por diversos motores. Se han utilizado motores de drones McCulloch, motores marinos Rotax, motores de automóviles Subaru y otros diseños en diseños tipo Bensen. ^{[ 26 ]}

El rotor está montado sobre el mástil vertical. El sistema de rotor de todos los autogiros tipo Bensen es de dos palas oscilantes. Este diseño presenta algunas desventajas, pero su simplicidad facilita el montaje y el mantenimiento, lo que explica su popularidad. En los primeros diseños de Bensen se especificó madera de abedul de calidad aeronáutica, mientras que en el diseño Wallis, poseedor del récord mundial de velocidad, se utiliza un compuesto de madera y acero. Las palas del rotor de los autogiros se fabrican con otros materiales, como aluminio y compuestos de PRFV ( plástico reforzado con fibra de vidrio).

El éxito de Bensen impulsó otros diseños, algunos de ellos con fallos fatales debido a un desfase entre el centro de gravedad y la línea de empuje, lo que conllevaba el riesgo de un vuelco por empuje (PPO o buntover) que podía causar la muerte del piloto y generar una mala reputación para los autogiros en general, en contraste con la intención original de de la Cierva y sus primeras estadísticas. Actualmente, la mayoría de los autogiros modernos son inmunes al PPO. ^{[ 27 ]}

En 2002, un Hawk 4 de Groen Brothers Aviation realizó patrullaje perimetral para los Juegos Olímpicos y Paralímpicos de Invierno en Salt Lake City, Utah. La aeronave completó 67 misiones y acumuló 75 horas de vuelo sin mantenimiento durante su contrato operativo de 90 días. ^{[ 28 ]}   

En todo el mundo, más de 1000 autogiros son utilizados por las autoridades para fines militares y policiales. Las primeras autoridades policiales de EE. UU. en evaluar un autogiro fueron las de Tomball, Texas , con una subvención de 40 000 dólares ^{[ 29 ]} del Departamento de Justicia de EE. UU. junto con fondos municipales, ^{[ 30 ] [ 31 ]} cuyo costo de compra (75 000 dólares) y operación (50 dólares/hora) fue mucho menor que el de un helicóptero. ^{[ 32 ] [ 33 ]} Aunque es capaz de aterrizar con vientos cruzados de 40 nudos, ^{[ 34 ]} ocurrió un accidente menor cuando el rotor no se mantuvo bajo control en una ráfaga de viento. ^{[ 35 ]}

Desde 2009, se han realizado varios proyectos en el Kurdistán iraquí . En 2010, se entregó el primer autogiro al Ministro del Interior kurdo, Karim Sinjari. El proyecto para el Ministerio del Interior consistía en entrenar a pilotos para controlar y supervisar las trayectorias de aproximación y despegue de los aeropuertos de Erbil , Sulaymaniyah y Dohuk , con el fin de prevenir incursiones terroristas. Los pilotos de autogiros también constituyen la columna vertebral de la tripulación de pilotos de la policía kurda, que recibe formación para pilotar helicópteros Eurocopter EC  120  B. ^{[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ]}

En  18 meses, entre 2009 y 2010, la pareja de pilotos alemanes Melanie y Andreas Stützfor emprendieron la primera vuelta al mundo en autogiro, volando varios tipos de autogiros en Europa, el sur de África, Australia, Nueva Zelanda, Estados Unidos y Sudamérica. La aventura quedó documentada en el libro «WELTFLUG – El sueño del autogiro» y en la película «Weltflug.tv – La gira mundial del autogiro». ^{[ 39 ]}   

Si bien la mayoría de los autogiros han sido tripulados históricamente, en las últimas décadas se ha desarrollado la versión no tripulada para aplicaciones especializadas. Estos vehículos aéreos no tripulados (VANT) aprovechan la simplicidad y la estabilidad de la configuración del autogiro, eliminando la necesidad de pilotos a bordo, lo que los hace idóneos para misiones en condiciones de vuelo peligrosas.

El MMIST CQ-10 SnowGoose fue uno de los primeros ejemplos, diseñado para el transporte de carga en operaciones militares. Desarrollos posteriores, como el BAE Systems Ampersand , exploraron capacidades de reconocimiento y vigilancia mediante un autogiro pilotado opcionalmente.

En el ámbito científico, el ThunderFly TF-G2 representa un moderno vehículo aéreo no tripulado (UAV) autogiro diseñado para la investigación atmosférica. Se utiliza para la elaboración de perfiles atmosféricos y la recopilación de datos meteorológicos, especialmente en condiciones inadecuadas para los UAV convencionales de ala fija.

Algunos autogiros, como el Rotorsport MT03, ^{[ 41 ]} MTO Sport (tándem abierto) y Calidus (tándem cerrado), y el Magni Gyro M16C (tándem abierto) ^{[ 42 ]} y M24 (lado a lado cerrado) cuentan con la aprobación de tipo de la Autoridad de Aviación Civil del Reino Unido (CAA) según los Requisitos de Aeronavegabilidad Civil Británica CAP643 Sección  T. ^{[ 43 ]} Otros operan bajo un permiso de vuelo emitido por la Popular Flying Association , similar a la  certificación de aeronaves experimentales de EE. UU. Sin embargo, la afirmación de la CAA de que los autogiros tienen un historial de seguridad deficiente significa que el permiso de vuelo se otorgará solo a los tipos de autogiro existentes. Todos los nuevos tipos de autogiro deben presentarse para obtener la aprobación de tipo completa según la Sección  T del CAP643. ^{[ 44 ]} La CAA permite el vuelo de giroscopios sobre áreas congestionadas. ^{[ 45 ]}

En 2005, la CAA emitió una directiva de permiso obligatorio (MPD) que restringía las operaciones de autogiros monoplaza y que posteriormente se integró en la CAP643 Edición 3, publicada el 12 de  agosto de 2005. ^{[ 43 ]} Las restricciones se refieren al desplazamiento entre el centro de gravedad y la línea de empuje y se aplican a todas las aeronaves, a menos que se presente a la CAA evidencia de que el desplazamiento entre el centro de gravedad y la línea de empuje es inferior a 2  pulgadas (5  cm) en cualquier dirección. Las restricciones se resumen a continuación:

• Las aeronaves con cabina de mando/ góndola solo pueden ser operadas por pilotos con más de 50  horas de experiencia de vuelo en solitario después de la expedición de su licencia.
• Las aeronaves de fuselaje abierto tienen restringida una velocidad mínima de 30 mph (48 km/h; 26 nudos) , excepto durante la fase de aterrizaje.   
• Todas las aeronaves tienen una velocidad aerodinámica máxima ( Vne ) limitada a 70 mph (110 km/h; 61 nudos).   
• No se permite volar cuando los vientos en superficie superan los 27 km/h (17 mph ; 15 nudos) o si la amplitud de las ráfagas supera los 19 km/h (12 mph ; 10 nudos).      
• No está permitido volar en caso de turbulencia moderada, severa o extrema, y ​​la velocidad aerodinámica debe reducirse a 63 mph (101 km/h; 55 nudos) si se encuentra turbulencia en pleno vuelo.   

Estas restricciones no se aplican a los autogiros con homologación de tipo según la Sección T del CAA CAP643, que están sujetos a los límites operativos especificados en la homologación de tipo.

Un autogiro certificado debe cumplir con los criterios obligatorios de estabilidad y control; en los Estados Unidos, estos se describen en la Parte 27 de las Regulaciones Federales de Aviación : Normas de Aeronavegabilidad: Aeronaves de Rotor de Categoría Normal . ^{[ 46 ]} La Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos emite un Certificado de Aeronavegabilidad Estándar a los autogiros calificados. Las aeronaves de construcción amateur o construidas a partir de kits se operan bajo un Certificado de Aeronavegabilidad Especial en la categoría Experimental. ^{[ 47 ]} Según FAR 1.1, la FAA utiliza el término "giróplano" para todos los autogiros, independientemente del tipo de certificado de aeronavegabilidad.