Un girodino es un tipo de aeronave VTOL con un sistema similar a un rotor de helicóptero que es impulsado por su motor para el despegue y el aterrizaje únicamente, e incluye uno o más propulsores convencionales o motores a reacción para proporcionar empuje hacia adelante durante el vuelo de crucero . Durante el vuelo hacia adelante, el rotor no tiene energía y gira libremente, como un autogiro (pero a diferencia de un helicóptero compuesto ), y la elevación es proporcionada por una combinación del rotor y las alas convencionales . El girodino es uno de varios conceptos similares que intentan combinar un rendimiento de baja velocidad similar al de un helicóptero con altas velocidades convencionales de ala fija, que incluyenrotores basculantes y alas basculantes .
En respuesta a una solicitud de la Royal Navy para un helicóptero, el Dr. James Allan Jamieson Bennett diseñó el girodino mientras se desempeñaba como ingeniero jefe de la Cierva Autogiro Company . El girodino se concibió como un tipo intermedio de helicóptero , su rotor operando paralelo a la trayectoria de vuelo para minimizar el flujo axial con una o más hélices proporcionando propulsión. La patente de Bennett cubría una variedad de diseños, lo que ha llevado a algunas confusiones terminológicas; otros temas incluyen la marca registrada Gyrodyne Company of America y la clasificación de helicópteros de la Administración Federal de Aviación (FAA).
En los últimos años, se ha promovido un concepto relacionado con el nombre de heliplano . Originalmente utilizado para comercializar autogiros construidos por dos compañías diferentes, el término ha sido adoptado para describir un programa de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) para desarrollar avances en la tecnología de helicópteros con el objetivo de superar las limitaciones actuales de los helicópteros tanto en velocidad como en carga útil.
Principios de Operación
Donde un helicóptero convencional tiene un rotor motorizado que proporciona tanto sustentación como empuje hacia adelante, y es capaz de un verdadero rendimiento VTOL , un autogiro o autogiro tiene un rotor de giro libre que se basa en un empuje motorizado independiente para proporcionar velocidad aerodinámica hacia adelante y mantenerlo girando. El girodino combina aspectos de cada uno. Tiene un sistema de empuje independiente como el autogiro, pero también puede accionar el rotor para permitir el despegue y aterrizaje vertical; luego cambia a giro libre como un autogiro durante el vuelo de crucero. [1] [2]
En el helicóptero, las palas giratorias del rotor extraen aire a través del disco del rotor ; para obtener el empuje hacia adelante, el disco del rotor se inclina hacia adelante de modo que el aire también se impulse hacia atrás. En el autogiro, el disco del rotor está, por el contrario, inclinado hacia atrás; A medida que el empuje principal impulsa la nave hacia adelante, el aire fluye a través del disco del rotor desde abajo, lo que hace que gire y cree sustentación. El girodino es capaz de hacer la transición entre estos dos modos de vuelo.
Normalmente, un girodino también tiene alas fijas que proporcionan algo de sustentación durante el vuelo hacia adelante, lo que permite descargar el rotor. Una simulación por computadora ha sugerido una distribución óptima de la sustentación del 9% para el rotor y del 91% para el ala. [3] Sin embargo, si el rotor tiene una carga demasiado ligera, puede volverse susceptible a aleteo incontrolado. [4]
Historia
En Gran Bretaña , el Dr. James Allan Jamieson Bennett , ingeniero jefe de la Cierva Autogiro Company, concibió un tipo intermedio de helicóptero en 1936, al que denominó "gyrodyne" y que fue ofrecido al gobierno británico en respuesta a una especificación del Ministerio del Aire . En 1939, Bennett recibió una patente de la Oficina de Patentes del Reino Unido , asignada a Cierva Autogiro Company. El 23 de agosto de 1940, Autogiro Company of America , licenciatarios de Cierva Autogiro Company, Ltd., presentó la correspondiente solicitud de patente en los Estados Unidos . El 27 de abril de 1943, se expidió la patente estadounidense n. ° 2.317.340 a nombre de Autogiro Company of America. Las patentes describen un girodino como:
un avión de ala giratoria de tipo intermedio, en lo sucesivo denominado "girodino", entre un rotaplano (con el rotor libre para autorrotación y un flujo axial total ascendente a través del disco del rotor), por un lado, y un helicóptero puro (con el impulsado por rotor, y un flujo axial total descendente a través del disco del rotor), por otro lado, es decir, con un flujo axial medio a través del disco del rotor sustancialmente cero a alta velocidad de avance. [5]
El concepto de Bennett describía un rotor impulsado por eje, con antipar y propulsión para el vuelo de traslación proporcionado por una o más hélices montadas en alas cortas. Con el empuje proporcionado por las hélices a velocidades de crucero, se proporcionaría potencia al rotor solo para superar el arrastre de perfil del rotor, operando de una manera más eficiente que el rotor de rueda libre de un autogiro en autorrotación . Bennett describió este régimen de vuelo del girodino como un "estado intermedio", que requiere que se suministre energía tanto al rotor como al sistema de propulsión.
Desarrollo temprano
El estudio de diseño del gyrodyne C.41 anterior a la Segunda Guerra Mundial de Cierva Autogiro Company, Ltd fue actualizado y construido por Fairey Aviation como el FB-1 Gyrodyne a partir de 1945. Los esfuerzos de desarrollo de Fairey fueron inicialmente dirigidos por Bennett, seguido por su sucesor, el Dr. George S. Hislop . George BL Ellis y Frederick L. Hodgess, ingenieros de Cierva Autogiro Company, Ltd. anteriores a la Segunda Guerra Mundial, se unieron a Bennett en Fairey Aviation. El primer prototipo de Fairey Gyrodyne se estrelló durante un vuelo de prueba, matando a la tripulación. El segundo prototipo Gyrodyne se reconstruyó como Jet Gyrodyne y se usó para desarrollar un sistema de propulsión de rotor de chorro de presión más tarde para el autogiro compuesto de transporte Rotodyne. En la punta de cada ala se encontraban hélices orientadas hacia atrás que proporcionaban tanto control de guiñada como propulsión en vuelo hacia adelante. El Jet Gyrodyne voló en 1954 e hizo una verdadera transición del vuelo vertical al horizontal en marzo de 1955.
Esto condujo al prototipo Fairey Rotodyne , que se desarrolló para combinar la eficiencia de un avión de ala fija en crucero con la capacidad VTOL de un helicóptero para proporcionar un servicio de avión de corto recorrido desde el centro de las ciudades hasta los aeropuertos. Tenía alas cortas que llevaban dos motores turbohélice Napier Eland para propulsión hacia adelante y hasta el 40% [ cita requerida ] del peso de la aeronave en vuelo hacia adelante. El rotor fue impulsado por propulsores para despegue y aterrizaje y vuelo de traslación hasta 80 mph. A pesar del considerable interés comercial y militar en todo el mundo en el prototipo Tipo Y Rotodyne para el transporte aéreo, los pedidos británicos no se recibieron y el apoyo financiero del gobierno británico se canceló en 1962. La nueva matriz de la división, Westland Helicopters , no vio una buena razón para realizar más inversiones y el proyecto fue detenido. Con el fin de los programas de Fairey Aviation, el desarrollo de los giroscopios se detuvo, aunque se siguieron desarrollando varios conceptos similares.
Desarrollos similares
En 1954, el McDonnell XV-1 se desarrolló como un helicóptero con chorros de punta para proporcionar capacidad de despegue vertical. La aeronave también tenía alas y una hélice montada en la parte trasera del fuselaje entre plumas de cola gemelas con dos pequeños rotores montados en el extremo para el control de la guiñada. El segundo prototipo de XV-1 se convirtió en el primer helicóptero del mundo en superar las 200 mph en vuelo nivelado el 10 de octubre de 1956. No se construyeron más y el proyecto XV-1 se terminó en 1957.
Autogiro compuesto
En 1998, Carter Aviation Technologies voló con éxito su avión de demostración de tecnología. El avión es un autogiro compuesto con un rotor de alta inercia y alas optimizadas para vuelos de alta velocidad. En 2005, la aeronave demostró un vuelo a mu-1, con la punta del rotor teniendo una velocidad aerodinámica igual a la velocidad aerodinámica de avance de la aeronave, sin que ocurrieran vibraciones o problemas de control. El rotor de alta inercia permitió a la aeronave flotar durante un breve momento durante el aterrizaje, a pesar de que el rotor no tiene energía, y una caja de cambios de prerotación permite que el rotor se acelere para un despegue con salto estilo autogiro.
Heliplano
En 1954, KYB construyó un avión llamado Heliplane . El Heliplane era un Cessna 170 B con las alas reducidas a talones y un rotor propulsado por ramjets de punta.
DARPA estaba financiando un proyecto con el nombre de "Heliplane" para desarrollar el concepto de girodino alrededor de 2007. [6] [7] Las aeronaves desarrolladas para el proyecto utilizarían un rotor para despegar y aterrizar verticalmente, y en vuelo estacionario, junto con alas sustanciales para proporcionar la mayoría de la elevación requerida en crucero, combinando la gran capacidad de carga, la eficiencia del combustible y la alta velocidad de crucero de los aviones de ala fija con la capacidad de vuelo estacionario de un helicóptero. El proyecto era "... un programa de cuatro fases de 40 millones de dólares para varios años. Groen Brothers Aviation está trabajando en la fase uno de ese programa, un esfuerzo de 15 meses ... (que) combina el" autogiro "... con un ala fija jet de negocios. El equipo estaba usando el Adam A700 , en la clase de jet muy liviano ... " [8] Hubo problemas con el ruido de los jets y el programa se canceló en 2008. [9]
Una revista de la industria describe la evolución gradual de los helicópteros tradicionales como 'lenta' y sin pasos revolucionarios, y los compuestos no tradicionales aún no están muy extendidos. [10]
Marca comercial
"Gyrodyne" se otorgó como marca comercial a Gyrodyne Company of America en 1950. [11] La compañía no participó en el desarrollo de gyrodyne, sino que produjo un helicóptero dron con motor de turbina, pilotado remotamente, con rotores coaxiales , para los Estados Unidos. Navy , designado como QH-50 DASH .
Ejemplos de
- Flettner Fl 185
- Compañía de aviación Fairey ( Reino Unido )
- Fairey FB-1 Gyrodyne
- Fairey Jet Gyrodyne
- Fairey Rotodyne (1957)
- Kamov Ka-22 (1959)
- Kayaba Heliplane (Japón)
- McDonnell XV-1
Referencias
- Notas
- ^ Manual de vuelo en helicópteros: Solo para uso en autogiro, FAA-H-8083-21 FAA, 2000. [1] " El 'gyrodyne' es un helicóptero híbrido que es capaz de flotar y, sin embargo, navega en autorrotación. El primer ejemplo exitoso de esto El tipo de avión fue el británico Fairy Rotodyne, certificado en la categoría de transporte en 1958. Durante los años sesenta y setenta, la popularidad de los autogiro aumentó con la certificación del McCulloch J-2 y el Umbaugh . Este último se convirtió en el Air & Space 18A " .
- ^ Código Electrónico de Regulaciones Federales (e-CFR) Título 14. Aeronáutica y Espacio Capítulo I. ADMINISTRACIÓN FEDERAL DE AVIACIÓN, DEPARTAMENTO DE TRANSPORTE Subcapítulo A. DEFINICIONES Y REQUISITOS GENERALES Parte 1. DEFINICIONES Y ABREVIATURAS, Sección 1.1. Definiciones generales . Instituto de Información Legal, Facultad de Derecho de Cornell. (consultado el 4 de abril de 2020). " Giroscópico significa un helicóptero cuyos rotores normalmente son accionados por motor para despegar, planear y aterrizar, y para volar hacia adelante a través de parte de su rango de velocidad, y cuyos medios de propulsión, que generalmente consisten en hélices convencionales, son independientes del sistema de rotor. "
- ^ Yeo, Hyeonsoo; Johnson, Wayne. " Diseño óptimo de un helicóptero compuesto archivado 2014-06-01 en la Wayback Machine " página T111-3-4. ADA517226 Enlace directo, 1 MB
- ^ HA Taylor; Aviones Fairey desde 1915 , Putnam, 1974, p.408.
- ^ Bennett, James AJ Patente estadounidense 2.317.340: Helicóptero . 27 de abril de 1943. Recuperado el 26 de agosto de 2009.
- ^ Estimaciones presupuestarias del Departamento de Defensa para el año fiscal (AF) 2008/2009 , DARPA, febrero de 2007, p. 239, archivado desde el original el 9 de octubre de 2014.
- ^ Heliplane , Tactical Technology Office, Defense Advanced Research Projects Agency , consultado el 27 de agosto de 2009. [ enlace muerto ]
- ^ McKenna, James T (febrero de 2007), "Un paso más allá", Rotor & Wing , p. 54.
- ^ "Darpa toma otra oportunidad en High-Speed VTOL" , Aviation Week & Space Technology , 26 de febrero de 2013 , consultado el 2 de agosto de 2014.
- ^ McKenna, James T (agosto de 2007), "40 Years Retrospective: Power and Vision" , Rotor & Wing , Aviation today, archivado desde el original el 21 de mayo de 2014 , consultado el 8 de junio de 2014.
- ^ Marca comercial de EE. UU. 71571611
- Bibliografía
- "El Fairey Gyrodyne". JAJ Bennett. Revista de la Royal Aeronautical Society, 1949, vol. 53
- "Aerodinámica del helicóptero". Alfred Gessow y Garry C. Myers, Jr. Compañía editorial de Frederick Ungar, NY. 1952, republicado en 1962.
- "Principios de la aerodinámica de helicópteros". J. Gordon Leishman, Cambridge University Press, NY 2000, reimpreso en 2005.
- "Principios de la ingeniería de helicópteros". Jacob Shapiro, Temple Press Ltd., Londres, 1955.
- " Desarrollo del Autogiro: una perspectiva técnica ": J. Gordon Leishman: Universidad de Hofstra , Nueva York, 2003.
- De Autogiro a Gyroplane: The Amazing Survival of an Aviation Technology : Bruce H. Charnov, 2003.
enlaces externos
Medios relacionados con Gyrodynes en Wikimedia Commons
- VSTOL.org Wheel of Misfortune
- Charnov, Bruce H. El Fairey Rotodyne: ¿Una idea cuyo momento ha llegado, otra vez?
- Conceptos de Gyrodyne y Heliplane (2005)
- Concepto de heliplano
- Jet Gyrodyne (1954)
- Hirschberg, Mike (con Robb, Raymond L.) Helicópteros híbridos: para agravar la búsqueda de la velocidad , Vertiflite. Verano de 2006. American Helicopter Society .
- Newman, Simon. La configuración de helicópteros compuestos y la tecnología aeroespacial e ingeniería de aeronaves con trampa de velocidad de helicópteros . 69 (5): págs. 407, 413