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| Category: | Theory of Flight |  |
| Content source: | SKYbrary |  |
| Content control: | Pilotos aéreos |  |
Autorotación de helicóptero
Definición
Autorotación es una condición de vuelo en helicóptero durante la cual el rotor principal de un helicóptero es impulsado solo por fuerzas aerodinámicas sin potencia del motor. Es una maniobra en la que el motor se desacopla del sistema del rotor principal y las palas del rotor son impulsadas únicamente por el flujo ascendente de aire a través del rotor. En otras palabras, el motor ya no suministra energía al rotor principal. Un vector del empuje del rotor en un helicóptero se utiliza para dar empuje hacia adelante en vuelo motorizado; por lo tanto, donde no hay otra fuente de empuje en un helicóptero, debe descender cuando está en autorrotación.
Autorotación Después de una falla del motor o del Rotor de Cola
La razón más común para una autorotación es una falla del motor (o falla de ambos motores en el caso de un helicóptero bimotor), pero las autorotaciones también se pueden realizar en el caso de una falla completa del rotor de cola, ya que prácticamente no se produce par en la autorotación. (Aunque en este caso el motor debe apagarse en las etapas finales de la aproximación para evitar una respuesta de par motor a medida que se realiza el aterrizaje.)
Si el motor falla, la unidad de rueda libre desactiva automáticamente el motor del rotor principal permitiendo que el rotor principal gire libremente. Esencialmente, la unidad de rueda libre se desactiva cada vez que las RPM del motor (ERPM) son menores que las RPM del rotor (RRPM).
El fabricante especifica un RRPM mínimo y máximo para cada tipo de helicóptero. El rango normal de RPM está marcado en el medidor de RPM como un arco verde, con rangos de advertencia permitidos marcados en amarillo o ámbar y encerrados por una marca roja que indica el mínimo y el máximo permitido.
En el momento de la falla del motor, las palas del rotor principal producen elevación y empuje mediante una combinación de su ángulo de ataque y velocidad. Cuando falla la potencia del motor, el componente de arrastre reducirá rápidamente la velocidad del rotor. El Manual de vuelo estipulará un mínimo de RPM, por debajo del cual, si la velocidad del rotor se reduce, puede ser imposible recuperar el RPM a un valor de vuelo: el rotor se detendrá por completo y dejará de girar. Por lo tanto, el piloto debe, si falla la potencia del motor, reducir inmediatamente el paso colectivo (y, por lo tanto, disminuir la resistencia inducida por la elevación y el perfil de las palas), como resultado de lo cual el helicóptero comienza un descenso inmediato, produciendo así un flujo ascendente de aire a través del sistema del rotor. Este flujo ascendente de aire a través del rotor cambia los vectores de elevación y arrastre a lo largo del tramo de las palas para producir una sección interna donde el arrastre actúa en el plano de rotación de las palas: y así las mantiene girando. Esto proporciona suficiente empuje para mantener las RPM del rotor durante todo el descenso, a la vez que produce cierta elevación. Sin embargo, las tasas de descenso en la autorrotación son típicamente de 1500-2000 fpm en muchos helicópteros, y pueden ser más altas en algunos. Dado que el rotor de cola es impulsado por la transmisión del rotor principal durante la autorrotación, el equilibrio se mantiene como en vuelo normal.
Varios factores afectan la velocidad de descenso en la autorotación: Altitud de densidad, Peso bruto, Velocidad del aire y RPM del rotor (RPPM):
- En altitudes de alta densidad, la velocidad de descenso será mayor porque el aire es menos denso.
- Los pesos brutos altos aumentarán tanto la velocidad de descenso como la RRPM.
- En IAS por debajo de la tasa mínima de descenso recomendada IAS, el RRPM estará hacia el extremo inferior del rango permitido, y en IAS más alto, el RRPM puede estar hacia el extremo superior del rango permitido.
El control principal de la velocidad de descenso es la velocidad del aire. Velocidades de aire más altas o más bajas se obtienen con el control cíclico de la actitud de cabeceo, al igual que en vuelo normal.
En teoría, el piloto puede elegir velocidades de aire para variar el ángulo de descenso, desde un descenso vertical hasta el alcance máximo, que es el ángulo de descenso mínimo. La velocidad de descenso es alta a velocidad cero y disminuye a un mínimo de aproximadamente 50 a 70 nudos para la mayoría de los helicópteros ligeros y medianos, dependiendo del tipo de helicóptero en particular y los factores mencionados anteriormente.
A medida que la velocidad del aire aumenta más allá de lo que da una velocidad de descenso mínima, la velocidad de descenso aumenta de nuevo. Estas condiciones pueden dar lugar a un alcance adicional en la autorotación y, a medida que la RPM se eleva con el aumento de la velocidad del aire, la RPM puede controlarse a un valor reducido (dentro de los límites del Manual de vuelo) mediante el uso de un tono colectivo adicional: esto normalmente maximizará el alcance.
De manera similar, debido a la mayor carga de la hoja, el RRPM tenderá a aumentar, y el piloto puede necesitar usar pequeños aumentos de tono colectivo para mantener el RRPM dentro de los límites especificados por el fabricante.
Al aterrizar desde una autorrotación, la energía almacenada en las palas giratorias se utiliza para disminuir la velocidad de descenso y hacer un aterrizaje suave. Se requiere una mayor cantidad de energía del rotor para detener un helicóptero con una alta velocidad de descenso que la necesaria para detener un helicóptero que está descendiendo más lentamente. Por lo tanto, los descensos autorotativos a velocidades muy bajas o muy altas son más críticos que los realizados a la velocidad mínima de descenso.
Además, habrá una velocidad de autorrotación por encima de la cual las secciones de arrastre de popa de las palas del rotor se extienden a lo largo del tramo de la pala hasta el punto de que el rotor comenzará a disminuir notablemente. Esta velocidad aérea se expresará normalmente como una limitación de velocidad aérea manual de vuelo para autorrotación. Dado que la RPM está en su valor más bajo en una velocidad de vuelo cero o en una autorrotación de velocidad de aire baja, y no hay velocidad de aire efectiva para una maniobra de bengala antes del aterrizaje (que se analiza a continuación), puede haber inercia insuficiente en el sistema del rotor para disipar la velocidad de descenso antes del aterrizaje. Este es particularmente el caso en helicópteros con sistemas de rotor de baja inercia, como, comúnmente, el R22, los modelos de Rotorway, los modelos Enstrom y algunos otros. En segundo lugar, la autorotación de velocidad de alcance pone al helicóptero en una configuración que tendrá que ser modificada de manera oportuna para que el piloto ejecute un aterrizaje autorotativo (o Apagado del motor). El helicóptero tendrá que desacelerarse a una velocidad de tierra adecuada para aterrizar y correr a lo largo del área de aterrizaje, ya sea en su patín o en el tren de aterrizaje con ruedas.
La aplicación práctica del entrenamiento de autorrotación es análoga a la «Práctica de Aterrizaje Forzoso Sin Potencia» llevada a cabo por los pilotos de avión. Al igual que en el caso del avión, el piloto de helicóptero puede simplemente volver a aplicar la potencia para iniciar un giro a cualquier altura, y (excepto en los casos en que el piloto deba manipular el acelerador en coordinación con una aplicación de inclinación colectiva) en la mayoría de los casos, se tratará simplemente de elevar la palanca colectiva y ajustar la potencia de escalada, con un ajuste adecuado de la actitud de inclinación.
Durante la autorotación, el helicóptero permanece completamente maniobrable, y se puede usar una combinación de giros y / o alteraciones de velocidad aérea para ajustar la trayectoria de vuelo y maniobrar la aeronave a una zona de aterrizaje adecuada.
Las autorotaciones para aterrizar o los Aterrizajes con Motor Apagado (EOL) se practican de forma rutinaria en casi todos los helicópteros monomotor y son una maniobra necesaria para las Pruebas de Habilidades. Al llevar a cabo el entrenamiento de fin de vida, el instructor o examinador retrasará el acelerador o inhibirá el sistema de gobierno del motor, de modo que el motor permanezca al ralentí cuando se levante la palanca colectiva. Por lo tanto, estas maniobras se denominan correctamente Aterrizajes Simulados de Apagado del motor (SEOL), ya que el motor no está realmente apagado.
Técnica de Aterrizaje automático
Cuando se realizan giros para reparar el área de aterrizaje elegida, el objetivo siempre debe ser que el helicóptero esté alineado con el área de aterrizaje a más tardar a 300 pies de altura en rotación automática constante, al nivel recomendado de IAS (que normalmente será unos pocos nudos más alto que la Tasa mínima de Descenso de IAS para maximizar los beneficios de la llamarada, que se analiza a continuación). A una altura adecuada (normalmente entre 40 y 100 pies, dependiendo del tipo de helicóptero), la velocidad del aire se reduce a una velocidad cómoda para un aterrizaje en carrera utilizando una actitud de bengala desaceleradora y de nariz hacia arriba. La llamarada tiene la ventaja de reducir la velocidad de avance y aumentar la rpm durante la llamarada, lo que aumentará la energía almacenada en el rotor: necesaria para amortiguar el aterrizaje. La elevación adicional creada durante la llamarada reduce la velocidad de descenso. La velocidad en el aterrizaje y el recorrido en tierra resultante depende de la velocidad y la cantidad de bengala. Cuanto mayor sea el grado de bengala y cuanto más tiempo se mantenga, más lenta será la velocidad de aterrizaje y más corta la carrera en tierra. Cuanto más lenta sea la velocidad deseada en el aterrizaje, más precisa debe ser la sincronización y la velocidad de la bengala, especialmente en helicópteros con sistemas de rotor de baja inercia.
Dado que la bengala normalmente aumentará la RPM, el piloto puede (excepto en helicópteros con sistemas de rotor de baja inercia) levantar la palanca colectiva ligeramente al final de la bengala. (El pequeño aumento en el tono colectivo a menudo se conoce como «check».) Esto tendrá el efecto de utilizar parte de la RRPM adicional para dar un empuje adicional del rotor, lo que disminuirá la velocidad de descenso y proporcionará más desaceleración, ya que el empuje del rotor está actuando en sentido opuesto a la dirección del movimiento hacia adelante.
La actitud acampanada no se puede mantener hasta el aterrizaje, de lo contrario la cola del helicóptero golpeará el suelo primero. Por lo tanto, una vez que se ha completado la bengala, el piloto debe volver a seleccionar una actitud de tono nivelado utilizando el palo cíclico antes del touchdown.
En las últimas etapas de la EOL, el helicóptero está en actitud nivelada, con una velocidad de avance relativamente baja, y con solo la inercia restante en el rotor para ayudar al piloto a hacer un aterrizaje suave. El piloto tendrá que levantar la palanca colectiva para utilizar parte o la totalidad de la energía de elevación restante en el sistema de rotor para amortiguar el aterrizaje.
Es esencial que el ciclo y los pedales estén coordinados a lo largo de la bengala y el aterrizaje, de modo que el helicóptero aterrice en línea recta. Después de aterrizar, la palanca cíclica y colectiva no debe moverse hasta que se complete la carrera de aterrizaje y el helicóptero se detenga. Sin embargo, los pedales de guiñada se deben usar, si es necesario, para garantizar que el balanceo al suelo permanezca recto.
Ejercicio de aire: Autorotación directa a EOL
A menudo se usa una Autorotación directa a SEOL para practicar las etapas finales de un touchdown autorrotación. Dado que en una práctica de aterrizaje forzado, el objetivo es siempre estar a nivel de alas y en el nivel recomendado de IAS para un EOL de 300 pies de agl, a partir de ese momento, el procedimiento, y en particular la gestión de energía de la RRPM, es generalmente el mismo.
Consulte la figura anterior (posición 1). Desde el vuelo nivelado a la velocidad de vuelo recomendada por el fabricante, a más de 500 pies de AGL y en dirección al viento, suavemente, pero con firmeza, baje la palanca de paso colectivo a la posición completa hacia abajo, manteniendo la rpm en el arco verde.
Coordine el movimiento colectivo con los pedales de guiñada para mantener el equilibrio y use la palanca cíclica para ajustar la actitud de tono para seleccionar y mantener la velocidad de aire deseada. En helicópteros con motor de pistón, una vez que el colectivo esté completamente bajado, disminuya el acelerador para garantizar una división limpia de las agujas. Después de dividir las agujas, reajuste el acelerador para mantener la RPM por encima de la velocidad normal de ralentí, pero no lo suficientemente alta como para provocar que se vuelvan a unir las agujas. El fabricante a menudo recomienda el ERPM para establecer. En el Manual de vuelo podrán especificarse diferentes técnicas de gestión del motor para helicópteros con motor de turbina y otros con sistemas de regulación del motor.
En la posición 2, el avión debe estar en autorotación en la IAS autorotativa recomendada, con IAS constante, RRPM en el sector verde y con el helicóptero en equilibrio.
A aproximadamente 40 a 100 pies por encima de la superficie, o a la altura recomendada por el fabricante (posición 3), se inicia la bengala, seleccionando una actitud desaceleradora con bastón cíclico de popa suficiente para reducir la velocidad del aire hacia adelante y disminuir la velocidad de descenso. Se debe tener cuidado en la ejecución de la bengala para que la vara cíclica no se mueva hacia atrás tan abruptamente como para hacer que el helicóptero suba, ni se debe mover demasiado lentamente, ya que entonces habrá poco efecto de bengala para ayudar a detener el descenso. El destello puede ser una maniobra de «solo una vez» para alcanzar una actitud de tono de nariz hacia arriba definida, o aplicarse progresivamente, pero para evitar cualquier actitud de tono extrema. La RRPM debe aumentar durante la llamarada, y un marcado aumento de la RRPM permite al piloto hacer un pequeño movimiento hacia arriba (o «Chequeo») de la palanca colectiva para maximizar tanto la elevación como la desaceleración con el helicóptero en actitud de llamarada.
A medida que la distancia al suelo entre la cola del helicóptero y el suelo se reduce, y la velocidad de avance ha disminuido a un ritmo aparente de corredor rápido, (posición 4), el cíclico se mueve hacia adelante para colocar el helicóptero en la posición de fuselaje nivelado para el aterrizaje. La altura en este momento debe ser de aproximadamente 8 a 15 pies de AGL, dependiendo de la altura recomendada por el fabricante. Se debe tener extrema precaución para evitar una actitud excesiva de nariz alta y cola baja por debajo de 10 pies.
En este punto, solo queda la inercia restante en el sistema de rotor para proporcionar elevación y el helicóptero descenderá a baja velocidad de avance (posición 5). El piloto debe aumentar el tono colectivo, según sea necesario, para verificar el descenso y amortiguar el aterrizaje. Los pedales de guiñada se utilizan para mantener el rumbo a medida que se eleva el tono colectivo, debido a la reducción de RRPM y el efecto reducido resultante del rotor de cola.
Después del aterrizaje, y después de que el helicóptero se detenga por completo, la palanca colectiva se baja a la posición de caída completa. No se debe hacer ningún intento de detener la carrera hacia delante con un ciclo de popa, ya que las palas del rotor principal pueden golpear la pluma de cola a un rpm bajo. Más bien, al bajar ligeramente el colectivo durante el recorrido en tierra, se coloca más peso en el tren de aterrizaje, lo que ralentiza el helicóptero.
Para resumir la técnica de fin de vida a partir de una autorotación en estado estacionario en el IAS recomendado: FLARE (o F-L-A R-E), NIVEL DE VERIFICACIÓN (excepto sistemas de rotor de baja inercia) y AMORTIGUACIÓN.
Errores comunes en la autorrotación
- No utilizar un pedal antitorque suficiente cuando se reduce la potencia.
- Bajar la nariz abruptamente cuando se pierde energía. La descarga del sistema del rotor causa una mayor pérdida de RPM, y la actitud aceleradora puede resultar en una ganancia excesiva en IAS y un aumento en la Velocidad de descenso.
- No mantener la RRPM dentro de los límites manuales de vuelo durante el descenso.
- Falta de mantenimiento de la IAS recomendada en la que la llamarada es efectiva
- Quema a la altura incorrecta.
- Quema demasiado agresiva o no lo suficientemente agresiva.
- Poner fin a la llamarada demasiado alta y / o and.
- ….aplicación de palanca colectiva hacia arriba a una altura excesiva, lo que resulta en un aterrizaje brusco, pérdida de control del rumbo y posible daño al rotor de cola y a los topes de las palas del rotor principal.
- No nivelar el helicóptero antes de aterrizar.
Accidentes e incidentes
- AS32, en ruta, Mar del Norte Noruega, 1998: El 20 de octubre de 1998, en el Mar del Norte, un Eurocopter AS332L Super Puma operado por Norsk HeliKopter AS, sufrió un fallo del motor con autorrotación y posterior pérdida de altura. La tripulación identificó erróneamente el motor que funcionaba mal y redujo la potencia del motor en servicio restante. Sin embargo, el error se detectó justo a tiempo para que la tripulación recuperara el control del helicóptero.
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Lectura adicional
- H-8083-21A:» Manual de vuelo de helicópteros»; FAA, 2012