Controles de vuelo del helicóptero

Cuando se empuja el cíclico hacia adelante, el rotor se inclina.

Cuando se empuja el cíclico hacia un lado, el rotor se inclina hacia el lado.

El control cíclico, comúnmente llamado palanca cíclica o simplemente cíclico , tiene una apariencia similar en la mayoría de los helicópteros a la palanca de control de un avión de ala fija. La palanca cíclica suele emerger de debajo del asiento delantero de cada piloto. El Robinson R22 tiene un diseño cíclico oscilante conectado a una columna central ubicada entre los dos asientos. Los helicópteros con sistemas fly-by-wire permiten montar un controlador tipo cíclico en el lateral del asiento del piloto. El cíclico se utiliza para controlar el rotor principal y así cambiar la dirección de movimiento del helicóptero. En vuelo estacionario, el cíclico controla el movimiento del helicóptero hacia adelante, hacia atrás y lateralmente. Durante el vuelo hacia adelante, las entradas del control cíclico provocan cambios de trayectoria similares a los del vuelo en un avión de ala fija; las entradas a la izquierda o a la derecha hacen que el helicóptero gire en la dirección deseada, y las entradas hacia adelante y hacia atrás cambian la inclinación del helicóptero, lo que resulta en cambios de altitud (ascenso o descenso). ^{[ 3 ]} El control se llama cíclico porque cambia independientemente el ángulo de paso mecánico o el ángulo de pluma de cada pala del rotor principal según su posición en el ciclo. El paso se cambia de manera que cada pala tenga el mismo ángulo de incidencia al pasar por el mismo punto del ciclo, cambiando la sustentación generada por la pala en ese punto y haciendo que cada pala cambie su ángulo de incidencia, es decir, que gire ligeramente sobre su eje longitudinal, en secuencia al pasar por el mismo punto. Si ese punto está justo delante, el paso de la pala aumenta brevemente en esa dirección. Por lo tanto, si el piloto empuja el cíclico hacia adelante, el disco del rotor se inclina hacia adelante y el helicóptero avanza en línea recta. Si el piloto empuja el cíclico hacia la derecha, el disco del rotor se inclina hacia la derecha. Cualquier sistema de rotor tiene un retardo entre el punto de rotación donde los controles introducen un cambio en el paso y el punto donde ocurre el cambio deseado en el vuelo de la pala del rotor. Esta diferencia es causada por el retardo de fase , a menudo confundido con la precesión giroscópica . Un rotor es un sistema oscilatorio que obedece las leyes que rigen la vibración, las cuales, dependiendo del sistema del rotor, pueden asemejarse al comportamiento de un giroscopio. ^{[ 4 ]}

El control de paso colectivo, o palanca colectiva , normalmente se encuentra en el lado izquierdo del asiento del piloto y cuenta con un control de fricción ajustable para evitar movimientos involuntarios. El control colectivo modifica el ángulo de paso de todas las palas del rotor principal de forma conjunta (es decir, simultáneamente) y es independiente de su posición en el ciclo de rotación. Por lo tanto, al accionar el control colectivo, todas las palas cambian de forma similar, lo que provoca que el helicóptero aumente o disminuya su sustentación total derivada del rotor. En vuelo horizontal, esto causaría un ascenso o descenso, mientras que con el helicóptero inclinado hacia adelante, un aumento de la sustentación total produciría una aceleración junto con una determinada cantidad de ascenso. Si un helicóptero sufre un fallo de potencia, el piloto puede ajustar el paso colectivo para mantener el rotor girando, generando suficiente sustentación para aterrizar y deslizarse en un aterrizaje relativamente suave. ^{[ 5 ]} El control de paso colectivo en un Boeing CH-47 Chinook se denomina control de empuje , pero cumple la misma función, salvo que controla dos sistemas de rotor, aplicando un paso colectivo diferencial. ^{[ 6 ]}

Los pedales antitorque se ubican en el mismo lugar que los pedales del timón en un avión y cumplen una función similar: controlan la dirección hacia la que apunta la nariz de la aeronave. Al aplicar el pedal en una dirección determinada, se modifica el paso de las palas del rotor de cola, aumentando o reduciendo el empuje del rotor y haciendo que la nariz gire en la dirección del pedal aplicado ^{[ 7 ].} Diseños posteriores, conocidos como NOTAR , utilizan una corriente de aire para proporcionar control antitorque en lugar de un rotor de cola. Esta corriente de aire se genera en el fuselaje mediante un pequeño ventilador o turbina y se dirige hacia la parte trasera del brazo de cola a través de orificios de ventilación. Las paletas de control internas pueden variar este flujo, lo que permite controlar el eje de guiñada. Los sistemas NOTAR son más seguros que el uso de un rotor de cola giratorio, y la ausencia del rotor también elimina la resistencia aerodinámica asociada, lo que potencialmente aumenta la eficiencia ^{[ 8 ] .}

Los rotores de los helicópteros están diseñados para operar a una velocidad de rotación específica. El acelerador controla la potencia del motor, que está conectado al rotor mediante una transmisión. El ajuste del acelerador debe mantener la potencia suficiente del motor para que la velocidad del rotor se mantenga dentro de los límites en los que este genera la sustentación necesaria para el vuelo. En muchos helicópteros, el control del acelerador es un puño giratorio simple o doble, similar al de una motocicleta, montado en el control colectivo (la rotación es opuesta a la del acelerador de una motocicleta), mientras que algunos helicópteros multimotor cuentan con palancas de potencia. En muchos helicópteros con motor de pistón , el piloto manipula el acelerador para mantener la velocidad del rotor. Los helicópteros con motor de turbina, y algunos helicópteros con motor de pistón, utilizan reguladores u otros sistemas de control electromecánicos para mantener la velocidad del rotor y liberar al piloto de la responsabilidad rutinaria de esta tarea. (Normalmente también existe un mecanismo de reversión manual disponible en caso de fallo del regulador).

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  Control cíclico en un H145
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  Control colectivo en un Cabri G2 (vista desde arriba)
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  Controles cíclicos y de pedal visibles en una Robinson R22

Algunos pilotos consideran que el vuelo estacionario es el aspecto más desafiante del vuelo en helicóptero. ^{[ 10 ]} Debido a que los helicópteros son generalmente inestables dinámicamente, las desviaciones de una actitud dada no se corrigen sin la intervención del piloto. Por lo tanto, el piloto debe realizar frecuentes entradas de control y correcciones para mantener el helicóptero en la ubicación y altitud deseadas. El uso de las entradas de control por parte del piloto en un vuelo estacionario es el siguiente: el cíclico se usa para eliminar la deriva en el plano horizontal (por ejemplo, movimiento hacia adelante, hacia atrás y de lado a lado); el colectivo se usa para mantener la altitud deseada; y los pedales del rotor de cola (o sistema antitorque) se usan para controlar la dirección o rumbo del morro . Es la interacción de estos controles lo que puede hacer que aprender a volar en vuelo estacionario sea difícil, ya que a menudo un ajuste en cualquiera de los controles requiere el ajuste de los otros dos, lo que requiere que el piloto esté familiarizado con el acoplamiento de las entradas de control necesarias para producir un vuelo suave.

En vuelo hacia adelante, los controles de vuelo de un helicóptero se comportan más como los de un avión de ala fija. Mover el cíclico hacia adelante hace que el morro baje, perdiendo así altitud y aumentando la velocidad. Mover el cíclico hacia atrás hace que el morro baje, reduciendo la velocidad del helicóptero y haciéndolo ascender. Aumentar el colectivo (potencia) manteniendo una velocidad constante induce un ascenso, mientras que disminuir el colectivo (potencia) hace que el helicóptero descienda. Coordinando estas dos entradas, colectivo hacia abajo más cíclico hacia atrás o colectivo hacia arriba más cíclico hacia adelante produce cambios en la velocidad manteniendo una altitud constante. Los pedales cumplen la misma función tanto en un helicóptero como en un avión: mantener el vuelo equilibrado. Esto se logra aplicando una entrada de pedal en la dirección necesaria para centrar la bola en el indicador de viraje y alabeo .

El vuelo hacia adelante en un helicóptero tiene limitaciones diferentes a las de una aeronave de ala fija. En una aeronave de ala fija, la velocidad aerodinámica máxima está limitada por la tensión que puede soportar la estructura; en un helicóptero, está limitada por las RPM del rotor y la velocidad aerodinámica efectiva sobre cada pala. ^{[ 7 ]} En vuelo estacionario, cada pala del rotor experimentará la misma velocidad aerodinámica a RPM constantes. En condiciones de vuelo hacia adelante, una pala del rotor se moverá hacia la corriente de aire entrante mientras que la otra se aleja de ella. A ciertas velocidades aerodinámicas, esto puede crear una situación peligrosa en la que la pala del rotor que retrocede entra en pérdida, provocando un vuelo inestable. ^{[ 7 ]}