Como Volar un Avion

Los mandos de un avión

  El avión dispone de unas aletas móviles que se pueden abatir tanto en la cola como en el ala. En el ala, en los exteriores se encuentran los alerones y en el interior, cerca del cuerpo del avión, los flaps. En la cola del avión se encuentran el timón de dirección (vertical) y el de profundidad (horizontal).

Cómo hacer que un avión gire? Es parecido a las ruedas de dirección de un coche. Para dar una curva, éstas se giran hacia un lado y el coche, en vez de seguir recto realiza una trayectoria curvada. Pero en un avión esto no es todo. Se le ha de añadir una inclinación parecida a la de una moto.

Timón de dirección

Las alitas pequeñas en la cola del avión estabilizan la posición del ala principal y dotadas de superficies móviles actúan como el timón de un barco. El timón de dirección, también llamado deriva, actúa sobre el eje vertical del avión.

Timón de profundidad

Si en al caso de un barco nos movemos en un plano bidimensional, no es este el caso en los aviones que se desplazan también a diferentes alturas, es decir en un espacio tridimensional. Para controlar la altura o incidencia del avión se utiliza el timón de profundidad, también llamado estabilizador horizontal. En contra de lo que a lo mejor se espera, para que el avión inicie una trepada, la cola ha de ir para abajo y viceversa. El timón de profundidad actúa sobre el eje transversal del avión.

Alerones

Ya sólo nos falta el eje longitudinal del avión. Para influir sobre éste, se utilizan los alerones. Dos superficies de control a los extremos de las alas que actúan en sentido opuesto. Esto significa, que en una semiala el alerón baja, aumenta asi la sustentación y la mueve para arriba, mientras que en la otra semiala ocurre lo contrario y la baja, consiguiendo que el avión gire alrededor del eje longitudinal.

Flaps

Al contrario de los alerones donde uno sube y el otro baja, los flaps actúan ambos en el mismo sentido. Los flaps no sirven para cambiar de rumbo o altura. Su finalidad es de aumentar la curvatura del ala y con ello la sustentación. Esto posibilita un vuelo más lento que facilita el aterrizaje. Los flaps generalmente se montan en modelos más grandes, por encima de 1,80 m de envergadura y 5kg de peso aproximadamente.

La curva perfecta en vuelo


Para volar una curva perfecta en el aire, será necesaria una coordinación de estos tres mandos del avión. Lo que a continuación parecerá relativamente simple, a la hora de pilotar nuestro avión resultará más complicado de lo que se espera. Al menos al pricipio, cuando aun estemos en la fase de aprendizaje. Con el paso del tiempo y el perfeccionamiento de las habilidades, la coordinación saldrá automaticamente.
Para que el avión vuele una curva, deberá de ejercer sobre éste una fuerza que esté orientada hacia el centro de ésta.

De donde sacamos esa fuerza? Para ello se ofrece la fuerza de sustentación. Si inclinamos el avión alrededor del eje longitudinal, la fuerza de sustentación, que siempre es perpendicular al ala del avión, se dividirá en una parte (también llamada componente, en el mundillo de la física) vertical y una parte horizontal. Cuanto más inclinemos el avión hacia el centro de la curva, mayor será la componente horizontal que "tirará" del avión hacia un lado y más cerrada resultará la curva que volemos.
Pero ahi no queda la cosa. Como se observa, si le "sacamos" de la fuerza de sustentación una componente horizontal mediante una inclinación, la que se ocupa de que el avión se mantenga en vuelo, la componente vertical, resultará más pequeña, por lo que perderemos altura. Por ello, será necesario compensar "tirando" del timón de profundidad. Con ello aumentaremos la incidencia del ala aumentando la sustentación.

Ya casi tenemos todos los requisitos para un viraje perfecto, sólo falta un detalle: el giro del avión entorno a su eje vertical. Aunque la superficie de la deriva o timón de dirección ya se ocupa de mantener alineado el avión respecto a su dirección de vuelo, resulta un tanto atrasado en su reacción. Además, el ala que se encuentra en el exterior del circulo de giro, al tener mayor velocidad porque recorre más distancia, también opone mayor resistencia al aire de forma que el avión vaya ligeramente cruzado a la trayectoria.

Una alternativa simplificada en el aeromodelismo

Si bien los controles descritos arriba son los básicos empleados en la aeronáutica, en el mundillo del aeromodelismo existe una configuración de avión que prescinde del mando de alerones. Con ello el control de dirección y altura se quedan limitados al timón vertical y horizontal. A la hora de aprender a pilotar un avión se agradece cualquier tipo de simplificación.
Estos modelos llamados "de iniciación" o entrenadores, están caracterizados por una alta estabilidad propia en vuelo y reducida velocidad. La mayor estabilidad se consigue aumentando el ángulo entre las dos semialas, llamado diedro. Cuanto más grande el ángulo, mayor será la tendencia del modelo a volver a una posición horizontal de las alas.

Como se ve en la imagen, cuando el avión está nivelado, ambas fuerzas de sustentación A y B de las semialas son idénticas. Cuando el avión se inclina alrededor del eje longitudinal, una semiala está más horizontal respecto al suelo que la otra y en consecuencia las componentes verticales de las fuerzas de sustentación se desnivelan, siendo más grande la de la semiala que está más baja. Asi el desequilibrio entre la menor fuerza A y mayor fuerza B originan la vuelta a la posición horizontal del avión.
En entrenadores, los angulos de diedro suelen rondar entre 5º y 7º ente la semiala y el suelo. En modelos con alerones el ángulo de diedro es menor y se encuentran entre 0º y 4º en función de las prestaciones acrobáticas que se deséen obtener del avión.
Volviendo a los entrenadores, aparte del ángulo del diedro, una posición elevada del ala respecto al fuselaje también estabiliza el vuelo. En estos aviones llamados de ala alta, el centro de gravedad de encuentra debajo del ala tienendo el efecto estabilizador de un péndulo.

    Porqué vuelan

Porqué un objeto más pesado que el aire es capaz de levantar el vuelo?

Porqué las alas tienen un perfil determinado?

Porqué un avión necesita una velocidad mínima para mantenerse y porqué un helicóptero es capaz de "pararse" en el aire?

Porqué vuela un avión o un helicóptero

Son más pesados que el aire y sin embargo vuelan. A qué se debe? En este capítulo veremos las leyes básicas de la aerodinámica que posibilitan el vuelo tanto a nuestros modelos como a un Jumbo que puede llegar a pesar hasta 350 toneladas a la hora del despegue.
Para que un objeto permanezca en vuelo, simplemente la fuerza vertical que lo eleve tendrá que ser igual o mayor que la fuerza de su peso.

Cómo se crea esa fuerza vertical que sostendrá al avión? El ala tiene una forma de sección especial, el perfil alar, que al paso del aire crea la fuerza de sustentación. La curvatura de este perfil obliga al aire pasar a mayor velocidad por encima que por debajo causando una diferencia de presiones, más baja arriba que abajo, con lo cual el ala tenderá a subir.

Como hemos visto, la condición para que esto ocurra es que el aire pase a una cierta velocidad por el ala. Cuanto mayor la velocidad mayor la sustentación (dentro de unos límites físicos, claro está). Asi que será necesario impulsar el avión hacia delante con una fuerza de tracción, en contra de la resistencia al aire, para que el ala pueda crear la fuerza de sustentación necesaria para vencer el peso del avión y pueda elevarse. La fuerza de sustentación siempre será perpendicular al perfil alar.

Y esto en fondo es todo el secreto... Cuando la tracción, la resistencia al aire, la sustentación y el peso están en equilibrio, el avión volará a una velocidad y altura constante.
Como ya se mencionó más arriba, la velocidad con la que pasa el aire por el ala, influye la sustentación. A su vez, para que el avión se eleve, la sustentación deberá de ser mayor que el peso. Ahora se entiende que es importante que el avión sea lo más ligero posible. Asi la potencia de tracción podrá ser menor. Por otro lado, cuanto más aerodinámica sea la forma del avión, menos resistencia al aire tendrá y menos potencia se derrochará.

Y en un helicópero? Básicamente sucede lo mismo. La diferencia reside en que el paso del aire para crear sustentación no se consigue impulsando todo el aparato hacia delante, sino impulsando las alas circularmente. Es por esto que ya no se habla del ala, sino del rotor.

Y ahi también está la razón por la cual un helicóptero es capaz de elevarse verticalmente sin necesidad de una pista de despegue para ganar velocidad previamente. Ahora se puede pensar que un helicópero es mucho más simple que un avión, sin embargo, la complejidad surge a la hora de controlar el vuelo. Aqui hay grandes diferencias entre los aviones y los helicópteros, por lo cual se tratan en dos capítulos por separado.

 Los mandos de un helicóptero

• Cómo se sustenta un helicóptero?
• Porqué se puede quedar parado en el aire?
• Porqué, si se inclina se dirige a esa dirección?
• Qué es el plato cíclico?
• Qué es el paso variable?

               

Los mandos de un helicóptero

Si bien los mandos de un avión son relativamente simples al igual que la posición de sus superficies de control (timones, alerones, ...), en el caso de un helicóptero la cosa se complica bastante.

Partamos de la base que el helicóptero se encuentra en un vuelo estacionario. Es decir el rotor principal gira a una cierta velocidad, suficiente para crear la sustentación necesaria y vencer la fuerza del peso del propio modelo.

Cómo hacer ahora para que el modelo avance? Como sabeis, al contrario que un avión, el helicóptero no posee una hélice en el morro que le impulse hacia delante. El truco es simple: Inclinando el rotor principal hacia adelante, la fuerza de sustentación se inclina de la misma manera creando una fuerza en el sentido de la inclinación:

Y esto seguro que lo habreis observado en algún vuelo de un helicóptero. Al poco tiempo de despegar del suelo, se inclina hacia adelante y comienza a acelerar para pasar al llamado vuelo de traslación. En cambio, si quiere pasar del vuelo de traslación al estacionario, baja la cola para que ocurra exactamente lo contrario, es decir que la componente horizontal de la fuerza de sustentación se orienta hacia atrás frenanado al helicóptero:

Exactamente lo mismo ocurre lateralmente:

Resumiendo, el helicóptero es capaz inclinar el rotor a cualquier lado. Este es el mando que generalmente se tiene en el stick principal de la emisora (en los helicópteros tripulados, el piloto maneja estas funciones con la palanca principal que está situada entre las piernas). Cuando empujamos el stick hacia delante, el helicóptero se inclina hacia adelante. Lo mismo hacia atrás y lateralmente.

La pregunta ahora es cómo hacer que el rotor se incline hacia el lado deseado. Esta respuesta ya no es tan simple. En los próximos dibujos se explicará el principio del plato cíclico de una forma simplificada. Este tipo de control del rotor es el mismo que en los helicóperos reales.

El plato cíclico

Imaginemonos un rotor simplificado con cuatro palas:

Las palas están montadas sobre los ejes de palas de tal forma que puedan girar alrededor de éstos lo que permite cambiar la incidencia de las mismas. Para que las palas mantengan todas la misma incidencia, están unidas a unas varillas de transmisión -todas de la misma longitud- que a su vez están fijadas al plato cíclico. Éste esta compuesto de un plato exterior fijo y uno interior giratorio que están unidos mediante un cojinete que permite el giro entre ellos. En el plato exterior van fijadas las varillas de mando que vienen de los servos y en el plato interior que gira igual que el rotor se enganchan las varillas que controlan la incidencia de las palas. El plato cíclico interior y las palas giran alrededor del eje principal simultaneamente. En este caso en contra del sentido de las agujas del reloj. Con esta configuración, si comenzamos a girar el rotor alrededor del eje principal, las palas generarán una sustentación uniforme y equilibrada.

Para qu el rotor se incline hacia algún lado será necesario que en alguna parte de la rotación se produzca más sutentación que en otra, cosa que conseguiremos cambiando cíclicamente la incidencia de las palas del rotor:

Para ello se inclina el plato cíclico (que de esto recibe su nombre). Miremos que pasa detalladamente: El plato cíclico se inclina. La varilla azul se eleva empujando en la parte delantera de la pala azul causando un giro de ésta alrededor del eje de palas obteniendo una mayor incidencia y a consecuencia mayor sustentación. En el lado opuesto del plato cíclico pasa exactamente lo contrario. Esta parte del plato baja, con lo que la varilla roja estira de la parte delantera de la pala originando una incidencia negativa de la pala, que da lugar a una sustentación negativa. En las otras dos palas esta inclinación del plato cíclico no tiene repercusión alguna, se quedan con la misma incidencia neutral.

Asi pues, la pala azul produce una fuerza orientada hacia arriba y la roja una a la inversa, es decir hacia abajo, con lo que todo el conjunto tendería a inclinarse hacia la izquierda. (Los expertos me disculpen en este momento, porque bien sabrán que esto, debido a efectos de inercia no es del todo cierto. Pero en este momento para simplificar el entendimiento la mecánica este fenómeno no se tiene en cuenta.)

Para que este desequilibirio de sustentación se mantenga, el sentido de la inclinación del plato cíclico es constante, es decir en el caso del dibujo hacia la izquierda. Si giramos 90 grados el rotor en contra del sentido de las agujas del reloj pasa lo siguiente:

Las varillas de las palas azul y roja pasan por el punto neutral del plato cíclico con lo que su incidencia pasará a ser neutral. En cambio las palas verde y gris cambian su sustentación de la misma forma como lo hicieran 90 grados antes las otras dos palas. Es decir que una pala va cambiando su incidencia cíclicamente: En el lado izquierdo tiene una incidencia negativa, a lo largo de los próximos 90 grados de giro del rotor va aumentando su incidencia hasta estar neutral, entre los 90 y 180 grados sigue aumentando la incidencia llegando al máximo a los 180 grados de giro en la parte derecha. Entre los 180 y 360 grados vuelve a disminuir progresivamente la incidencia pasando por neutral a los 270 grados volviendo al punto de partida a la izquierda con incidencia negativa. Y asi cada pala en cada giro!

La incercia del sistema y su consecuencia

Como se indicó un poco más arriba, la incidencia de las palas y su efecto a lo largo de un giro de rotor no son del todo correctas. Debido a que la pala no genera su mayor sustentación exactamente en el segmento de la rotación por la que está pasando en ese instante, el rotor sufre la mayor influencia de la pala aproximadamente 90 grados más tarde (muchos razonan esto con el efecto predecesor de un giróscopo, pero no es cierto, es simplemente la pasividad del sistema). En otras palabras: Si inclinamos el plato cíclico hacia adelante, en nuestro caso (sentido de giro del rotor en contra de las agujas del reloj) el helicóptero realmente se inclinaría hacia la izquierda. Para solventar ese problema, simplemente se cambia la posición de las varilas en el plato cíclico por 90 grados, de tal forma que en fondo las varillas vayan 90 grados adelantadas.

Observese cómo las varillas estan unidas aqui adelantadas 90 grados. El grado de esta pasividad a la reacción depende de la configuración y el tipo del cabezal del rotor. En los utilizados en el aeromodelismo son aproximadamente 90 grados. En helicópteros reales de cabezales semirígidos como el del BO105/BK117 el ángulo es de aproximadamente 78 grados.

Paso colectivo y paso fijo

Hemos visto que inclinando el plato cíclico hacia un lado el rotor se inclinará al mismo lado, con lo que podemos controlar las inclinaciones del helicópero y con ello el vuelo de traslación. Llegados a este punto tenemos que diferenciar dos tipos de helicóperos. Los de paso fijo y paso colectivo. Los de paso fijo tienen palas que, al contrario de lo indicado arriba, no se pueden girar alrededor de el eje de palas, únicamente el estabilizador es capaz de girar.

Un detalle que se ve en el dibujo, es el uso de unos codos de transmisión que se ocupan de adelantar las varillas que recorren el plato cíclico en los 90 grados necesarios mencionados arriba para que el rotor se incline hacia el mismo lado que se inclina el plato cíclico. En los helicóperos de paso fijo el control de altura se consigue variando las revoluciones del rotor. Este mando se encuentra en el segundo stick de la emisora siendo la posición inferior la equivalente de motor parado y la superior la de máximas revoluciones. Normalmente si el stick está entre la posición centrada y el tercio superior el helicópero se encuentra en vuelo estacionario.

En cambio en los helicópteros de paso variable es posible de cambiar la incidencia de todas las palas a la vez subiendo o bajando el plato cíclico.

Al contrario que en los helicópteros de paso fijo, en este tipo no se controla la altura del helicóptero mediante las revoluciones del motor, sino por el cambio de paso. Es decir que en la emisora tendremos en el stick el mando de paso de rotor y no el acelerador del motor. En los helicópteros reales este mando se controla mediante una palanca situada al lado izquierdo del piloto parecido a un freno de mano. Cuando el piloto eleva la palanca aumenta el paso de las palas del rotor principal.

Sistemas de estabilización

Las descripciones del control de las palas del rotor principal por encima de estas lineas, no recogen sistemas de estabilización. La más utilizada en aeromodelismo es la de Bell-Hiller. Generalmente se encuentran rotores de sólo dos palas sustentadoras y un estabilizador con dos palas pequeñas que no generan sustentacion. Las palas sustentadoras y el estabilizador están unidos por un sistema de palancas mediante los cuales se transmiten las fuerzas estabilizadoras. El funcionamiento en concreto no se explicará aqui en este momento.

La función del rotor de cola

Cuando el rotor gira hacia un lado impulsado por el motor del helicóptero genera una resistencia, sease aerodinámica o por inercia, que ocasiona un giro contrario del fuselaje del helicóptero.

El rotor de cola sirve para parar este giro. Generalmente está impulsado por el mismo motor que impulsa el rotor principal mediante un engranaje desmultiplicador y un eje o una correa dentada. El mayor o menor empuje de este rotor se controla -si está impulsado por el mismo motor del rotor principal- por el cambio de paso de las palas. Y con esto tenemos el último de los controles de un helicóptero, que es la guiñada o giro alrededor del eje vertical del modelo. Este mando está situando normalmente en el segundo stick de la emisora horizontalmente y comparable al timón de dirección de un avión. En el helicóptero real este mando se controla -al igual que en los aviones- mediante dos pedales. Si el piloto aprieta el pedal izquierdo, el morro del helicóptero girará hacia la izquierda y la cola detrás suyo a la derecha. Igualmente sucederá si inclinamos el stick de la emisora a la izquierda.

Concentración y coordinación

El helicóptero es un aparato que requiere plena atención. Únicamente ya por el hecho de que es por naturaleza inestable. Por muy bien ajustado que esté, siempre hay que ir corrigiendo para mantenerlo en vuelo. Yo siempre lo comparo a mantener un palo en equilibrio vertical encima del dedo de la mano. Por otro lado, cuando pasamos de un vuelo estacionario a uno de traslación es necesario compensar con el paso la perdida de sustentación por la inclinación del rotor. El mando de cola (guiñada) es un mando esencial que no podremos pasar por alto como por ejemplo en un avión de alerones. Todos los mandos están en acción. Por ejemplo para volar una curva es necesario primero estar en un vuelo de traslación hacia adelante, inclinar el helicóptero alrededor del eje longitudinal (como un avión o una moto), girarlo alrededor de su eje vertical con el rotor de cola, tirar un poco (mando traslacional hacia atrás) pero sin pasarse para que no pierda velocidad el modelo y aumentar el pitch para no perder altura.

Inclinación lateral de un helicóptero en vuelo estacionario

Habeis observado la ligera inclinación que sufre el fuselaje de un helicóptero en el vuelo estacionario? Aqui la simple explicación

Inclinación lateral de un helicóptero en vuelo estacionario

Seguro que lo habreis observado alguna vez: Despegais el helicóptero del suelo y cuando lo teneis en vuelo estacionario delante de vosotros os dais cuenta que el fuselaje del modelo está inclinado lateralmente. Como muy tarde salta a la vista cuando se intenta aterrizar suavemente: siempre un patín toca primero el suelo que el otro. Esto a qué es debido?

La explicación es simple. La causante de esta inclinación es la posición del rotor de cola. No tiene nada que ver con fuerzas de precesión giroscópicas del rotor ni las misteriosas fuerzas de Coriolis. Echémosle un vistazo a la actuación del rotor de cola:

Como bien es sabido, la fuerza del motor montado rígidamente sobre el chassis del helicóptero que impulsa el rotor, crea un antipar que produce un giro del fuselaje al sentido contrario del rotor. El rotor de cola produce una fuerza opuesta en un extremo para que la orientación del fuselaje se pueda mantener fija.

  

Con el fin de simplificar el diseño y la construcción del conjunto de cola, en la mayoría de los helicópteros RC, el rotor de cola se aloja en el extremo de un tubo recto que está montado a una cierta distancia por debajo del rotor principal. La distancia entre el plano del rotor y el tubo de cola está definida por el diseñador del helicóptero. Éste necesita una distancia mínima de seguridad para que en una maniobra brusca las palas del rotor principal no choquen contra el tubo de cola.

Asi, el centro del rotor de cola montado en el extremo del tubo de cola recto quedará por debajo del plano del rotor principal. Esto tiene como efecto, que la fuerza del rotor de cola que crea el antipar no esté alineada con la fuerza de par del rotor principal que tiene su origen exactamente en el plano de rotor:

 

Si nos imaginamos el fuselaje del helicóptero libremente colgado debajo del rotor principal, veremos cómo la fuerza del rotor de cola no se encuentra en línea con el plano del rotor principal, por lo que al actuar sobre el fuselaje, lo desvía y produce la inclinación de éste.

El nivel de desviación depende de varios factores: El peso del fuselaje, la posición del centro de gravedad, la distancia a la que está por debajo el rotor de cola y naturalmente de la intensidad de la fuerza que genera el rotor de cola ...y ésta depende a su vez del tamaño del rotor principal, el paso de las palas y las revoluciones por minuto a la que gira el rotor principal. Generalmente, cuanto más pequeño sea el helicóptero, más se apreciará este efecto. Por ejemplo en el Piccolo de Ikarus este efecto es tan acusado, que el fabricante incluso ha diseñado los patines a diferentes alturas para disimularlo un poco y mejorar la estabilidad en el aterrizaje.

La solución para evitar este efecto de inclinación es bastante sencillo. Sólo hace falta que el centro del rotor de cola se encuentre en una altura con el plano del rotor principal, como por ejemplo en el helicóptero BO105:

Pero como ya comenté más arriba, la realización técnica es bastante más complicada. Se necesitan más piezas, éstas aumentan el peso del modelo y son fuentes adicionales de posibles fallos o imprecisiones en forma de holguras... En los helicópteros RC 'sport' seguro que no vale la pena. Esto sólo será algo para los especialistas en maquetas.

                

La dinámica del rotor

Porqué se habla de un equilibrado estático o dinámico de las palas de un rotor? La respuesta está en las fuerzas a las que está sometido todo el conjunto del rotor.

a dinámica del rotor

El secreto de un mando cíclico preciso y un vuelo suave está en el perfecto equilibrado del rotor. Sin embargo se conocen dos tipos de equilibrado: el estático y el dinámico. Donde está la diferencia y cual es el idóneo en que caso?

El rotor principal es la pieza central de cada helicóptero. A fin de cuentas mantiene todo el aparato en el aire y mediante un complejo sistema de mandos permite que se pueda inclinar a todos los lados. Las palas en giro representan una considerable masa en movimiento circular que está expuesta a una serie de fuerzas. Para entender la razón de un equilibrado dinámico, primero tenemos que hacer una pequeña excursión y analizar las cargas que sufre el rotor de un helicóptero.

Como siempre nos miramos el tema desde el principio. El rotor situado encima del cuerpo del helicóptero genera mediante rotación la suficiente fuerza de sustentación como para vencer el peso de todo el aparato.

Si ahora sacamos una pala del sistema y analizamos qué fuerzas actuan exactamente mientras se somete a rotación, encontraremos las siguientes tres: 1. La fuerza vertical hacia abajo que genera el propio peso de la pala, 2. la fuerza opuesta hacia arriba, que es la fuerza de sustentación y deberá levantar todo el helicóptero y 3. finalmente la fuerza centrífuga de la masa en rotación que es la pala.

Ésta última, la fuerza centrífuga, es de largo la más elevada de todas! La fuerza del propio peso es la más reducida y será completamente absorbida por la de sustentación, que aparte del peso de la pala deberá levantar todo el modelo. Es decir que en todo caso, en un helicóptero en vuelo, habrá una pareja de fuerzas que atacan la pala del rotor: Una hacia arriba que intentará levantar la pala y otra hacia afuera que intentara bajarla, o mejor dicho, alinearla a un ángulo recto con el eje de giro. Esto tiene como consecuencia, que el extremo exterior de la pala se elevará más o menos por encima del centro del rotor siguiendo asi con su giro de rotación la forma de un cono con la punta hacia abajo. Por ello el ángulo que se forma se denomina ángulo de cono.

El valor de este ángulo depende del número de revoluciones por minuto que gira el rotor, del peso del modelo, del peso de las palas y del ángulo de paso de las palas. Y aunque parezca que no, SIEMPRE hay un ángulo de cono. Esto es ley física!

En la siguiente imágen se puede apreciar en un Raptor 30 en vuelo estacionario, unas 1.600 rpm en el rotor principal, un peso de aproximadamente 2.900g y de 3º a 4º de paso positivo en las palas.

El ángulo de cono disminuye con el tamaño de los modelos. Porque? Principalmente porque el número de revoluciones por minuto del rotor puede ser más elevado. Esto es debido a que el número de revoluciones está limitado por dos factores. Por un lado por la fuerza centrífuga que pueden soportar componentes como el portapalas, eje central, rodamientos, tornillos, etc., y por otro lado la velocidad de las puntas de las palas. Ambos factores incrementan con el aumento de revoluciones y tamaño. Cuanto más grande el rotor, más pesadas las palas y mayor la velocidad de la punta de las palas debido a la mayor distancia que recorre la punta en una circunferencia de mayor diámetro. En cambio, cuanto más pequeño el rotor, a más revoluciones por minuto lo podremos girar.

Esto se puede observar en las siguientes fotos: Si bien en el Dragonfly 35 el ángulo de cono casi es inapreciable (pero está ahi!)...

...en el helicóptero real es muy acusado:

Pero qué tiene que ver ahora toda esta explicación con el equilibrado dinámico o estático?

Para eso es necesario hacer una excursión a la física. Analicemos la situación concreta de la siguiente imágen:

Fz: fuerza centrífuga (N)

m: masa (kg)

v: velocidad (m/s)

r: radio (m)

t: tiempo (s)

En este caso, en la pala izquierda el centro de gravedad está situado a 300mm del eje del rotor y el peso es de 170g. En la pala derecha el centro de gravedad está situado a 250mm y el peso de la pala es de 204g. Es decir, una pala pesa 170g y la otra 204g. Rápidamente tenderíamos a pensar que este rotor no puede estar equilibrado, puesto que las palas tienen una diferencia de peso de 34g. Sin embargo sí lo está! Porque las distancias de los centros de gravedad son diferentes y en este caso coinciden exactamente para que el sistema esté en equilibrio.

Esto cuenta tanto para el equilibrio estático (el rotor no gira) como el dinámico (el rotor está en giro). Aunque parezca que la fuerza centrífuga debería de ser más alta en la pala de mayor peso, ésta tamién tiene una dependencia de la distancia a la que se encuentra el centro de gravedad del eje y en este caso también coincide.

Pero este caso sólo es válido si las palas se encuentran exactamente en ángulo recto con el eje central. Ahora es donde entra en juego el ángulo de cono explicado arriba... Si ahora doblamos las palas hacia arriba debido a las cargas aerodinámicas, los diferentes centros de graverdad se sitúan a una altura diferente a lo largo del eje del rotor y esto es lo que finalmente causará vibraciones:

En resumen, si queremos un rotor perfectamente equilibrado, deberemos hacer coincidir tanto los pesos como los centros de gravedad de ambas palas. Por otro lado, como vimos arriba, cuanto más pequeño el helicóptero y más altas las revoluciones del rotor principal, menos ángulo de cono y menos influencia de este desequilibrio. Es más, la experiencia ha demostrado que todo rotor que gira a más de 2.000rpm la diferencia entre un equilibrado dinámico y un estático ya no es perceptible...