Lección 16 de 16
El helicóptero ligero: rotor, estacionario y autorrotación
Los mandos del helicóptero, el estacionario dentro y fuera de efecto suelo, la autorrotación, el diagrama altura-velocidad y los peligros propios: anillos turbillonarios, pérdida de eficacia del rotor de cola y mast bumping.
En revisión
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GU09 Bloque 2 · Límites operacionales de los rotores, dominio altura-velocidad y mast bumping, 7.10–7.13 (ampliación)
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El helicóptero ULM (habilitación H, categoría B del RD 765/2022: hasta dos plazas y 600 kg, o 650 kg si es acuático o anfibio) usa un rotor movido por el motor para sustentar, avanzar y controlarse. Es el único ULM que puede mantenerse en estacionario, y eso lo hace más versátil y más complejo. Esta lección explica el porqué de lo que pide la GU09 para H; aprender a pilotarlo exige un instructor habilitado.
Los mandos
- Colectivo: cambia a la vez el paso de todas las palas del rotor principal. Sube o baja el helicóptero y exige más o menos potencia; suele ir unido al acelerador mediante un correlador o un regulador.
- Cíclico: cambia el paso de cada pala en cada vuelta, inclina el disco del rotor y con él marca la dirección y la velocidad horizontal.
- Pedales: cambian el paso de las palas del rotor de cola, o de otro sistema antipar, para controlar la guiñada y contrarrestar el par del rotor.
El rotor de cola existe porque el par del motor haría girar el fuselaje en sentido contrario al rotor. Hay otras soluciones, como los rotores coaxiales o en tándem, el fenestrón o el NOTAR, pero el diseño clásico de un ULM es un rotor principal con otro de cola. El rotor principal puede ser articulado, semirrígido (basculante, con el cubo oscilando) o rígido, y de eso dependen algunos límites: por ejemplo, el mast bumping afecta a los semirrígidos.
Estacionario
En estacionario la sustentación del rotor iguala al peso, y eso cuesta potencia: más cuanto mayor es la masa, la altitud y la temperatura (ver «Performance»). Cerca del suelo, a una altura menor que aproximadamente un diámetro de rotor, el suelo frena el aire que baja del rotor, disminuyen la resistencia inducida y los torbellinos de punta y hace falta menos potencia. Es el efecto suelo: en estacionario con efecto suelo (IGE) se necesita menos potencia que sin él (OGE). Un helicóptero cargado o en un día caliente y alto puede mantenerse IGE y no OGE, es decir, no tiene margen para subir en vertical. Por eso la GU09 pide comprobar el margen de potencia antes de despegar a estacionario y cancelar el vuelo si no es suficiente.
Dos tendencias propias del helicóptero de un solo rotor en estacionario: el empuje lateral del rotor de cola lo desplaza hacia un lado (deriva inherente o translating tendency), que se corrige con un poco de cíclico hacia el lado contrario o con el diseño; y la acción pendular, porque el fuselaje cuelga del rotor y oscila si el cíclico se mueve bruscamente.
Vuelo de avance
Al salir del estacionario y ganar velocidad, el rotor trabaja con aire más limpio y aparece la sustentación de traslación: el helicóptero necesita menos potencia, y el piloto lo nota como una vibración al bajar ligeramente el morro (es lo que describe la GU09 en el despegue normal). Ya en velocidad, la pala que avanza recibe más aire que la que retrocede; para igualar la sustentación las palas basculan (flapping) y el disco se inclina. Si la velocidad es excesiva, la pala que retrocede entra en pérdida: por eso hay una VNE.
Autorrotación
El rotor de un helicóptero trabaja en dos regímenes: motorizado, en vuelo normal, y autorrotativo, tras un fallo de motor. La transición entre ambos es el momento crítico. Si el motor falla, una rueda libre desconecta el rotor del motor y este sigue girando por el aire que lo atraviesa de abajo arriba, igual que el de un autogiro. Pero, con el colectivo alto que sostenía el peso, el rotor se frena enseguida. La primera acción es bajar el colectivo de inmediato para mantener las revoluciones del rotor: sin revoluciones no hay autorrotación. Después fijas la velocidad de planeo del manual, eliges campo y, al final, haces el rellano con el cíclico para frenar el descenso y la velocidad, y usas el colectivo para amortiguar el contacto. El helicóptero desciende más deprisa que un autogiro porque tiene más carga de disco y porque la transmisión y el rotor de cola consumen parte de la energía del rotor.
Dominio altura-velocidad
Es la gráfica del manual con las combinaciones de altura y velocidad desde las que un fallo de motor puede no dejar tiempo ni energía en el rotor para autorrotar con seguridad: por ejemplo, un estacionario alto y lento, o ir rápido muy cerca del suelo. Evita permanecer en la zona sombreada más de lo imprescindible. Las curvas de los monomotores son más restrictivas que las de los polimotores.
Peligros propios
- Anillos turbillonarios (vortex ring state o settling with power): descenso casi vertical con potencia y poca velocidad de avance. El rotor trabaja dentro de su propio aire descendente, buena parte de las palas supera el ángulo de ataque máximo y el descenso se acelera aunque subas el colectivo. Se previene evitando los descensos rápidos y casi verticales con potencia; se recupera ganando velocidad de avance, según la técnica de tu manual.
- Pérdida de eficacia del rotor de cola (LTE): a baja velocidad o en estacionario, con determinados vientos, el rotor de cola no contrarresta el par y el helicóptero guiña de forma imprevista. La FAA distingue tres causas: la interferencia del disco principal, el efecto de veleta y el anillo turbillonario del rotor de cola. Hay que reaccionar enseguida y según el manual.
- Mast bumping: en rotores semirrígidos, un empujón brusco del cíclico o cualquier maniobra que deje el rotor «ligero» (baja g) permite que el cubo golpee el mástil, con riesgo de rotura. Evita las cargas bajas, sobre todo con turbulencia.
- Revoluciones bajas del rotor: si caen por debajo del régimen normal, las palas pierden eficacia; se corrige con el colectivo y la potencia según el manual.
- Resonancia en tierra y vuelco dinámico: en rotores articulados, una vibración que se autoalimenta; y, apoyado en un patín, un balanceo que continúa si se supera el ángulo crítico.
Ilustración en preparación
Diagrama altura-velocidad de un helicóptero monomotor: eje horizontal con la velocidad indicada y eje vertical con la altura sobre el suelo, con una zona sombreada de evitación en forma de cuña a baja velocidad y altura moderada y otra a alta velocidad cerca del suelo.
Conviene saber
La prueba de vuelo de AESA para H (formulario F25) evalúa el estacionario y sus maniobras, las aproximaciones, las autorrotaciones (el examinador elige dos entre varias modalidades) y averías simuladas, como el fallo de motor en estacionario o una avería del sistema del rotor principal o de cola.
Ideas clave
- Colectivo: sube o baja y exige potencia; cíclico: inclina el disco y marca dirección y velocidad; pedales: guiñada y par.
- En estacionario hace falta menos potencia con efecto suelo que sin él; comprueba el margen antes de despegar.
- Con fallo de motor, lo primero es bajar el colectivo para mantener las revoluciones del rotor; después, planeo y rellano.
- Evita la zona sombreada del diagrama altura-velocidad.
- Anillos turbillonarios y pérdida de eficacia del rotor de cola aparecen a baja velocidad con potencia alta.
- El mast bumping se evita no descargando el rotor semirrígido.
Para el examen
- El rotor del helicóptero lo mueve el motor; el del autogiro, el aire.
- En una autorrotación, la primera acción es bajar el colectivo.
- El efecto suelo reduce la potencia necesaria en estacionario.
- El mast bumping afecta a los rotores semirrígidos (basculantes).
Glosario
Colectivo
Mando que cambia por igual el paso de todas las palas del rotor principal.
Cíclico
Mando que cambia el paso de cada pala a lo largo de una vuelta e inclina el disco.
Efecto suelo
Reducción de la potencia necesaria al volar cerca del suelo, por menor resistencia inducida.
Deriva inherente
Tendencia de un helicóptero de un solo rotor a desplazarse lateralmente en estacionario (translating tendency).
Anillos turbillonarios
Estado de descenso en el que el rotor trabaja dentro de su propio aire descendente y gran parte de las palas pierde sustentación.
Mast bumping
Golpe del cubo del rotor contra el mástil en rotores semirrígidos al descargarse.
Diagrama altura-velocidad
Gráfica con las combinaciones de altura y velocidad desde las que un fallo de motor puede impedir un aterrizaje seguro.
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Fuentes
AESA, FOR-ULM-P01-ETI01-GU09, Objetivos de aprendizaje ULM
seguridadaerea.gob.es
AESA, formulario de prueba de pericia ULM (H), LIC-PVLO-P01-F25 Ed. 01
seguridadaerea.gob.es