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Historia Y La Teoria De Autogiros



This article is a translation of Autogyro History and Theory



Contenido



Introducción

¿Cómo funcionan los Autogiros?

Diferencias entre Autogiros y otras aeronaves a motor

Historia del Autogiro

¿Por qué el Autogiro no fue aceptado?

Los autogiros después de los helicópteros - El Futuro

Observaciones Finales

Referencias



 

Los autogiros son aeronaves que han existido desde hace décadas. Además de ser llamados así, estos han sido conocidos también como girocópteros. Estas fueron las primeras aeronaves de alas rotativas que volaron con éxito y con suficiente control. El diseño es seguro, vuela mejor que los aviones a bajas velocidades, y tiene la capacidad de despegar y aterrizar verticalmente. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, incluso antes de la introducción del primer helicóptero que se desempeñó con éxito, los autogiros nunca fueron aceptados.



En este documento se explica cómo funcionan los autogiros de modo que el lector pueda entender la máquina, conocer las ventajas y desventajas que los autogiros tienen respecto a otros aviones y helicópteros, abordar una pequeña historia sobre el desarrollo de los autogiros, y finalmente, usando toda esta información tratar de explicar por qué los autogiros nunca fueron aceptados. Por último, el documento explicara cómo se interponen los autogiros en la actualidad.



¿Cómo funcionan los autogiros?



Autogiro Pitcairn PA-36 Whirlwing



Un autogiro es una maquina voladora. Al igual que un helicóptero, tiene alas rotatorias por lo que utiliza un rotor en vez de alas para elevarse. A diferencia del helicóptero, el rotor no funciona usando un motor, sino haciendo uso de fuerzas aerodinámicas a través de un fenómeno llamado auto rotación. Debido a que el rotor no funciona con un motor, un autogiro necesita de una fuente de propulsión independiente como en los aviones. Convencionalmente, se han usado propulsores, pero también es posible utilizar motores de reacción.



Pero, ¿que hace que el rotor gire, o auto rote? La explicación simple es que el viento que pasa a través de él le da energía. Imagine las vainas de semillas que giran mientras caen. Mientras ellas caen, el aire hace que giren (Debido a que ellas están girando, es como si un mini ala este moviéndose rápido, por lo que se crea elevación, y la vaina no cae tan rápido como si no girara). Para obtener una explicación más lógica, revise el diagrama que se encuentra a continuación. Ahí se puede ver el rotor mientras auto rota. Una explicación detallada se encuentra en el párrafo que sigue.



Diagrama vectorial de auto rotación



El diagrama anterior ilustra la auto rotación. (El autor ha recibido varios correos electrónicos de gente confundida por estos diagramas, así que recuerde que: el diagrama principal, y el diagrama en la parte inferior derecha han sido rotados de modo que el plano de rotación forme el eje horizontal. La orientación actual del rotor está ilustrada en el diagrama ubicado en la parte superior derecha). El diagrama en la parte inferior derecha muestra el viento con respecto al rotor. Debido a que el rotor está girando, habrá viento relativo debido al giro, el cual esta etiquetado como Viento Relativo Respecto al Rotor. El Viento Relativo debido al movimiento de la aeronave se da debido a que la aeronave se mueve hacia adelante, y a que el rotor se encuentra montado de modo que el plano de rotación se encuentra ligeramente inclinado con respecto a la dirección con la que este se mueve. La suma de estos dos vectores es el viento relativo a la superficie, y es llamado viento relativo resultante. El diagrama principal muestra una sección transversal del rotor mientras este se mueve hacia adelante con respecto a la aeronave. El viento resultante relativo en el diagrama pequeño se muestra como viento relativo. Cualquier viento que atraviese la superficie de sustentación producirá sustentación como resistencia. La sustentación será perpendicular al flujo de aire, pero la fricción será paralela al mismo. Esto se cumple en todas las superficies de sustentación, no solo para el rotor de un autogiro (Para obtener una descripción de cómo funcionan las alas, revise mi página sobre como los aviones vuelan). Cuando el vector de sustentación y de fricción se suman, crean una fuerza resultante. En auto rotación, esta fuerza está al frente del eje de rotación, por lo que además de producir elevación, se impulsa el rotor hacia adelante. Esto contrasta con el funcionamiento del rotor de un helicóptero que vuela hacia adelante gracias a la inclinación del rotor. Esto inclina el ángulo de elevación hacia adelante de modo que el helicóptero se mueve en esa dirección.



Diagrama vectorial del rotor de un helicóptero que vuela hacia adelante



Sin embargo, esto hace que el viento relativo debido al movimiento de la aeronave vaya hacia abajo en vez de hacia arriba como en los autogiros. El diagrama anterior, que utiliza el mismo formato y las mismas etiquetas que el anterior, muestra los resultados de este flujo de aire que en vez de empujar el rotor hacia adelante, lo jala hacia atrás.



La anterior es la explicación más simple, y la mayoría de gente deseara saltarse a la siguiente sección. Pero el lector más curioso todavía tendrá algunas dudas - los diagramas muestran la hélice mirando en una sola dirección, que pasa en la hélice de retirada? ¿Hay alguna diferencia dependiendo en que parte del rotor se está examinando? Estas preguntas pueden responderse revisando diferentes estaciones de la hélice del rotor. Los siguientes dos diagramas fueron sacados de un reporte técnico que detalla como calcular varios aspectos del desempeño de helicópteros. (El autor pide disculpas por no conocer la fuente, pues recibió un correo electrónico en el que solo se indicaba que los diagramas se encontraban en las páginas 137 & 141 del capítulo VIII, Autorotation). Estos diagramas fueron dibujados para el caso especial de descenso vertical, sin velocidad del aire hacia adelante. Si la aeronave estuviera viajando hacia adelante, el vector V’ en el primer diagrama sería un poco diferente, pero los resultados serán similares, especialmente en un sentido cualitativo.



El primer diagrama es un vector detallado de las fuerzas en una sección de la hélice. Este es similar a los más simples que se encontraron anteriormente pero incorpora las fuerzas y velocidades en un diagrama.



Diagrama vectorial general de las fuerzas en la sección de la hélice donde:



dL → fuerza incremental de elevación

dD → fuerza incremental de fricción

dR → fuerza incremental resultante

ΩT → velocidad debido a la rotación del rotor

V' → velocidad de la aeronave

w → velocidad resultante en el elemento

θ → ángulo de la hélice con respecto al plano de rotación

Φ → cambio del ángulo debido al movimiento de la aeronave

α → ángulo de ataque



Note que ΩT, la velocidad debido a la rotación del rotor, será diferente dependiendo de donde es medido el mismo. ΩT será mayor en la punta del rotor, y será cero en el eje de rotación. Teniendo esto en cuenta, el siguiente diagrama muestra como la velocidad relativa, w, cambia en las diferentes estaciones de la hélice, y el efecto que se da sobre el flujo del aire.



Diagrama vectorial genérico de la fuerzas en la sección de la hélice



En la raíz misma, el ángulo de ataque será probablemente demasiado alto, y la hélice quedara bloqueada en esa región. Un poco más afuera de la hélice, la fuerza resultante estará delante del eje de rotación, y tratara de acelerar el rotor, mientras que hacia la punta, la fuerza resultante estará detrás del eje de rotación, y tratara de detener el rotor. En vuelo estacionario, las fuerzas de aceleración y desaceleración se anulan entre sí, por lo que el rotor permanecerá girando a cierta velocidad. Si las condiciones del rotor cambian (por que el piloto realiza alguna maniobra), el rotor aumentara o disminuirá su velocidad, pero eventualmente encontrara equilibrio en una nueva velocidad.



Note que si existiera alguna velocidad hacia adelante, el vector, V', no se encontrara hacia arriba. Esto reducirá el ángulo de ataque en la hélice de avance (la que se mueve hacia adelante con respecto a la aeronave), y aumentara el ángulo de ataque en la hélice de retirada (la que se mueve hacia atrás con respecto a la aeronave). Esto puede trasladar las regiones representadas antes hacia el interior de la hélice de avance, y hacia afuera de la hélice de retirada.



Diferencias entre Autogiros y otras aeronaves a motor



Ahora que se sabe cómo funciona un autogiro, será más fácil comprender las ventajas y desventajas del autogiro comparándolo con aviones y helicópteros. Al comparar un autogiro con un avión, un autogiro tiene dos ventajas, en primer lugar el área que necesita para despegar y aterrizar, y en segundo lugar, sus características al volar a bajas velocidades. Los autogiros, a diferencia de los aviones, no requieren áreas grandes para despegar y aterrizar. Los primeros autogiros requerían sólo de unos 50 pies de la pista para poder despegar y podían aterrizar en menos de 20 pies cuando los aviones requerían cientos de pies. Más tarde, los autogiros redujeron su necesidad de una pista de aterrizaje a menos de quince pies, y, finalmente, lograron despegar y aterrizar verticalmente. Esto permite que los autogiros puedan volar desde prácticamente cualquier lugar, puesto que necesitan de ninguna pista. De hecho, en los años 1930's y 40's, los autogiros fueron utilizados para llevar el correo de oficinas de correos en Camden, Nueva Jersey, Filadelfia, PA, Chicago, IL, New Orleans, LA, y Washington DC, así como otras ciudades en el noreste.



La otra ventaja que tienen los autogiros con respecto a los aviones es su capacidad de volar lento y sin paralizarse. La cantidad de sustentación generada por la superficie de sustentación es proporcional a la velocidad relativa en el que se mueve la aeronave, y al ángulo en que se está moviendo a través del aire (ángulo de ataque). Sin embargo, una vez que trata de ir por encima de un cierto ángulo, hay una marcada disminución en la cantidad de sustentación que el ala produce. Esto se conoce como pérdida de sustentación, y se produce porque el aire no es capaz de cambiar de dirección tan rápido como para permanecer unido al ala. Dado que en los aviones, las alas se fijan a él, producir mayor elevación, requiere mover el avión entero más rápido, o aumentar el ángulo de ataque. En un autogiro, las alas son el rotor y estas se mueven a través del aire a la velocidad a la que el rotor está girando, y no a la velocidad con cual la aeronave se está moviendo. La aeronave tiene que estar moviéndose hacia adelante para mantener la auto rotación, pero a una velocidad muy inferior que la que requerirían los aviones para producir elevación. Los autogiros pueden volar a velocidades tan bajas como 15 millas por hora y una persona podría correr más rápido. Además, a diferencia de los aviones de baja velocidad que requieren de enormes alas para volar lento, y que producen grandes cantidades de fricción, los autogiros lo hacen girando el rotor más rápido, por lo que disponen de una dotación de velocidad más grande, es decir, que son capaces de volar en una mayor gama de velocidades que los aviones.



La otra parte de la ventaja de que un autogiro pueda volar a baja velocidad es su incapacidad para detenerse. Cuando un avión vuela más lento, se debe aumentar el ángulo en el que está volando para generar mayor elevación. En un momento dado, este ángulo se vuelve demasiado grande, por lo que el aire deja de fluir suavemente sobre las alas, y estas se detienen. Cuando esto sucede, el avión cae, como cuándo botamos una pelota de béisbol por una ventana. Cuando un autogiro se desacelera a una velocidad menor que la necesaria para mantener la auto rotación, la elevación no se pierde de inmediato. En su lugar, el rotor sólo se frena y debido a que este sigue girando, todavía se crea sustentación. Por lo tanto, el resultado de la desaceleración de un autogiro únicamente hará que este descienda suavemente y no que caiga como un avión lo hace. Pero estas ventajas no están exentas de inconvenientes. A pesar de que los rotores crear menos resistencia que las grandes alas de los aviones de baja velocidad, estos crean más fricción que las alas de los aviones más pequeños que vuelan a mayor velocidad. Por lo tanto, los autogiros crean más resistencia que los aviones de tamaño similar que vuelan a su misma velocidad. También debido a esta resistencia, los autogiros no son adecuados para el vuelo de alta velocidad o de larga distancia. (Lea más acerca de las limitaciones de las aeronaves de alas rotativas en Limitaciones de los helicópteros.)



También hay varias ventajas que tienen los autogiros sobre los helicópteros tales como la simplicidad, velocidad y peso. El rotor de un helicóptero es complejo, puesto que proporciona la elevación, el empuje, y el control de la aeronave. Además, requiere de un método para controlar los ciclos ya la inclinación. Un autogiro también utiliza el rotor para el control, pero no se requiere de control colectivo. Algunos de los autogiros más complejos necesitan un control colectivo, pero no esto no es un requisito para los más pequeños. Esto reduce la complejidad del sistema, y mediante la eliminación de los controles reduce el peso. El peso en un autogiro también se reduce debido a que no se enciende el rotor durante el vuelo. Para encender el rotor durante el vuelo por lo general se requiere de conexiones al motor a través de ejes de transmisión y cajas de cambio. Estos deben ser lo suficientemente fuertes como para manejar el torque del rotor, y agregan un peso significativo. Un autogiro no necesita estos sistemas, por lo que se puede hacer más ligero. He incluso si el autogiro tiene estos sistemas para poder pre rotar, estos no necesitan ser tan robustos como los de un helicóptero porque no tendrá que manejar la misma cantidad de torque, y porque hace falta que sean sobredimensionados.



Un autogiro, además, puede volar más rápido que un helicóptero. Esto se debe al hecho de que el rotor está proporcionando sólo elevación, mientras que el rotor de un helicóptero ofrece, tanto elevación como empuje. Para que un helicóptero permanezca equilibrado, se debe producir la misma elevación tanto en el avance como en el retroceso de las hélices. Una explicación más detallada de esto, se encuentra en la sección de la historia que se puede encontrar a continuación. La hélice de avance, que se mueve con la aeronave, se mueve a una velocidad superior que la hélice de retirada. Por lo tanto, para producir la misma cantidad de sustentación, la hélice de retirada debe tener un mayor ángulo de ataque. Recuerde que en un determinado ángulo de ataque, la hélice se estancará, y dejará de producir elevación. Este es un factor limitante tanto en los autogiros como en los helicópteros (y se explica con más detalle en Limitaciones de los helicópteros). Pero debido a que el helicóptero debe generar más fuerza con su rotor, se encuentra con este problema a una velocidad menor que la del autogiro, permitiendo que el autogiro pueda volar más rápido.



      El helicóptero tiene una gran ventaja sobre el autogiro, la capacidad de vuelo estacionario. Mediante el estudio de los diagramas de vectores, se puede ver que el movimiento hacia adelante del autogiro es necesario para que se dé auto rotación, y por lo tanto para lograr elevación sostenida. Como se dijo antes, cuando el autogiro deja de moverse hacia adelante, comienza a descender. Con un piloto experto, un helicóptero puede permanecer en un punto hasta que este se quede sin gas. Flotar es una habilidad esencial para muchos de los roles que los helicópteros cumplen, sobre todo en rescate, donde el helicóptero tiene que permanecer en un solo lugar para recoger a la víctima, cosa que los autogiros no pueden realizar.



Hay otra ventaja importante que los autogiros tienen sobre los aviones y los helicópteros con respecto a la seguridad en caso del fallo de un motor. Si un motor falla en un autogiro, sucederá lo mismo que si el piloto estaba volando demasiado lento. El avión descenderá lentamente hasta el aterrizaje. De hecho, el procedimiento de aterrizaje de un autogiro tras el fallo del motor es el mismo que el del aterrizaje de un autogiro en circunstancias normales. En un avión, cuando el motor falla, el piloto debe tratar de deslizar el avión para poder aterrizar. Los pilotos se entrenan para esto, pero se requiere de mucha más habilidad, y además de una pista para aterrizar. El piloto debe buscar un área grande y lo suficientemente suave como para aterrizar el avión, además, debe ser lo suficientemente cerca como para llegar antes de que el avión se estrelle. Los helicópteros también son difíciles de aterrizar en caso de un fallo del motor. Al mirar el diagrama vectorial de un helicóptero durante un vuelo hacia delante, se ve que las fuerzas aerodinámicas están trabajando para frenar el rotor. Tan pronto como el motor falla y se deja de proveer energía al rotor, las fuerzas trabajarán para frenar el rotor hacia abajo mucho más rápidamente que en un autogiro. Los pilotos tratan de corregir esto poniendo el helicóptero en auto rotación, pero esto también requiere habilidad. Debido a que los helicópteros no están diseñados para manejar aterrizajes de este tipo, existe el riesgo de cometer un error y golpear la cola durante el descenso. Peor aún, existe un régimen de vuelo conocida como el área del hombre muerto, en la que si el helicóptero está demasiado abajo y lento, no tendrá tiempo suficiente para establecer auto rotación y aterrizar bien, así que si hay un fallo de motor, este se estrellará.



Historia del autogiro



Ahora que se sabe cómo funcionan los autogiros, algunas de sus características de vuelo, y cómo estas características difieren de los aviones y helicópteros, sería bueno saber cómo este fue desarrollado. La historia inicial del autogiro es básicamente la historia de un hombre, don Juan de la Cierva.



Juan de la Cierva

Foto cortesía del Dr. Bruce Charnov




Cierva nació en Murcia, España, el 21 de septiembre de 1895. Tenía sólo ocho años cuando los hermanos Wright volaron por primera vez el 17 de diciembre de 1903. Él era un hombre joven en su camino de convertirse en un ingeniero civil cuando mostró por primera vez su máquina al resto del mundo en Francia en 1908. Cierva, estaba intrigado por esta nueva tecnología y decidió construir su propio avión. Su primer intento fue el de reconstruir un biplano Sommer. Él, lo equipó con un motor nuevo y hizo algunos cambios al avión original. Cuando terminó el proyecto en 1912, nombró al avión como el BCD-1 Cangrejo.



BCD-1 Cangrejo

Foto cortesía del Dr. Bruce Charnov




El avión volaba bien y era considerado como el primer avión construido por un español. El segundo intento de Cierva fue el BCD-2, un monoplano pequeño, que él construyó en 1913. Sin embargo, este no voló como el BCD-1 y se estrelló. Fue reconstruido, pero se estrelló nuevamente por lo que el diseño fue abandonado. El tercero y último avión diseñado por De la Cierva fue el C-3. Este fue diseñado para una competencia militar española que fue anunciada en septiembre de 1918. El C-3 se inscribió en la división de bombarderos de la contienda. El avión era un biplano tri-motor, y fue terminado en mayo de 1919. Voló bien, pero en una de las pruebas preliminares, el piloto voló el avión demasiado lento y este se estancó. El avión se estrelló, pero el piloto escapó sin lesiones graves. Este accidente decepcionó a De la Cierva, y le inspiró a pensar en una mejor manera de volar a bajas velocidades. Después de lanzar un helicóptero de juguete desde el balcón de la casa de sus padres y estudiar el vuelo, a De la Cierva se le ocurrió la idea del autogiro.



El primer intento de De la Cierva en la construcción de un autogiro fue el C.1. El C.1 tenía dos rotores para levantar su carga y eliminar el torque. Una superficie de control vertical por encima de los rotores se utilizaba para proporcionar control lateral, mientras que un timón de cola convencional y ascensores, permitían tener control sobre los demás ejes. Lamentablemente, este diseño nunca voló. Debido a las interacciones entre los dos rotores, la parte superior giraba más rápido que la parte inferior. Esto rompía el equilibrio entre la elevación y el torque, haciendo que la máquina se incline hacia un lado. Sin embargo, cuando se puso a prueba, en octubre de 1920, se demostró con éxito los principios de la auto rotación durante el rodaje sobre el terreno.



Después del C.1, De la Cierva comenzó a trabajar en su próximo diseño, el C.2. El C.2, iba a tener un solo rotor, que constaba de cinco hélices, con largueros de duraluminio. Sin embardo, debido a la dificultad en la obtención de duraluminio, y debido a la escasez de fondos, el trabajo en el C.2 se aplazó y De la Cierva comenzó a trabajar en el C.3.



Autogiro de De la Cierva C.3

Foto cortesia del Dr. Bruce Charnov




El C.3 se completó en junio de 1921. El C.3 tenía un rotor con tres hélices. Todavía tenía un timón y un elevador para controlar la orientación y la inclinación, pero para el control lateral se usó una variación de control colectivo. Esto quiere decir, que se cambiaba el ángulo de todas las hélices al mismo tiempo. Sin embargo, este diseño demostró ser no práctico, y el C.3 sólo logró breves saltos de unas cuantas pulgadas.



Una vez hecho esto con el C.3, De la Cierva volvió al C.2. El C.2 fue finalmente completado a principios de 1922. Había controles similares a los del C.3. Logró un poco mejor control lateral, y saltos cortos de unos pocos pies sobre el suelo, pero aún no podía mantener un vuelo sostenido.



Uno de los problemas con los tres diseños de De la Cierva hasta ese momento era que el rotor estaba rígido. Esto creó dos problemas. El primero fue que se generó un efecto giroscópico. Tan pronto como el avión trataba de moverse, este efecto hacía que el avión se incline. El otro problema se daba debido al levantamiento desequilibrado. Tan pronto como el rotor empezaba a girar, uno de los lados empezaba a moverse de la misma manera que el aeroplano se movía, aumentando la velocidad relativa del viento, mientras que el otro lado se movía en dirección opuesta, produciendo disminución de la velocidad relativa del viento. El lado con la mayor cantidad de velocidad de viento relativa disponía de una elevación mayor que el lado con menor velocidad relativa del viento, haciendo que el avión se incline. A De la Cierva se le ocurrió una solución a este problema al ver una ópera. Uno de los puntales de la ópera fue un molino de viento con las aspas con bisagras. De la Cierva decidió utilizar bisagras en sus diseños de rotor. Esto permitió que las hélices suban o bajen dependiendo de la dirección en que se movían. Las hélices moviéndose en la dirección de la aeronave generaron mayor elevación, pero esto también generó una reducción del ángulo de ataque. En cambio, al viajar las hélices en la dirección opuesta que el autogiro este caería a causa de la elevación inferior, que permite aumentar el ángulo de ataque. La combinación de la subida y de la caída, que llegó a ser conocida como aleteo, y el incremento y reducción que esto supuso para el ángulo de ataque sirvió para equilibrar la elevación creada en cada lado del avión. Las hojas con bisagras también eliminaron el efecto giroscópico causado por las hojas rígidas.



El siguiente diseño de De la Cierva, el C.4, incorporó estas bisagras en los rotores. Para el control lateral, se montaron alerones sobre ruedas al lado de la aeronave. El control del desvío y de la inclinación aún provenía de un timón y de elevadores. El 17 de enero de 1923, el C.4 voló, marcando el primer vuelo controlado de un autogiro. El C.4 también demostró la seguridad del autogiro en vuelo a baja velocidad. El 20 de enero, tres días después de su primer vuelo, el autogiro tuvo éxito después de un fallo del motor aproximadamente a 25-35 pies. En un avión, seguramente, esto hubiera dado lugar a un estancamiento casi irrecuperable. Sin embargo, el autogiro sólo descendió suavemente al suelo sin dañar la máquina o lesionar al piloto. Esta seguridad a baja velocidad se demostró, más dramáticamente, el 16 de enero de 1925, cuando otro diseño, el C.6, perdió el poder después del despegue a unos 150-200 pies de altura. El piloto fue capaz de girar el aeroplano y de aterrizar de manera segura, con tan sólo algunos ligeros daños a la máquina. Esta maniobra habría sido mucho más difícil en un avión, y muy posiblemente podría haber creado un accidente peor.



Autogiro De la Cierva C.4: 1, 2, 3, 4, 5

Fotos cortesia del Dr. Bruce Charnov



Otro problema inicial con los autogiros fue la rotación del rotor. Para lograr auto rotación, el rotor tenía que girar a una velocidad mínima antes de que la aeronave comenzara a moverse. En los primeros autogiros, esto se logró principalmente en cuatro formas, haciendo girar el rotor a mano si el rotor era lo suficientemente pequeño, o si era más grande, con un tiro de caballos, un equipo de personas, o conectándolo a un motor de automóvil a través de un árbol de transmisión. Esta necesidad de una fuente externa para hacer girar el rotor hacía que el autogiro no sea una máquina capaz de trabajar en cualquier lugar. La solución que De la Cierva dio para este problema fue el diseño de la cola de tal manera que podría desviar la estela desde el propulsor hasta el rotor. Esto desvíaba el viento y hacía que el rotor comience a girar. Esto se logró únicamente mediante la adición de aletas en la cola que se inclinaban hacia arriba. Este diseño fue conocido como una cola de escorpión. Esta idea se puso a prueba en un C.19 en 1929. El problema era que la cola no desviaba el viento suficiente. El rotor giraba, pero no a la velocidad mínima necesaria para el despegue. Un recorrido de despegue corto seguía siendo necesario para hacer girar el rotor el resto del camino. Otro método utilizado para resolver el problema del rotor, fue conectar un eje de transmisión no a un coche, directamente al motor del autogiro. El primer intento de hacer esto fue en una versión modificada del C.11 a principios de 1930. Un eje de la unidad fue conectado al motor mediante un embrague. Por desgracia, este mecanismo pesaba alrededor de 165 libras y era demasiado pesado como para lograr elevar al autogiro. Un embrague y sistema de mejora del árbol de transmisión se introdujo a finales de 1930. Fue utilizado por primera vez en abril de 1931 en el PCA-2, un autogiro desarrollado por Harold Pitcairn, que tenía los derechos de concesión de licencias de invención de De la Cierva en los Estados Unidos. El eje de impulsión y sistema de embrague no se utilizó en un diseño de Juan de la Cierva hasta casi un año después, en marzo de 1932 en la C.19. Este nuevo diseño ha funcionado bien tanto en el PCA-2 y C.19, y se convirtió en el estilo dominante en todos los modelos posteriores de los autogiros, donde el rotor era demasiado grande como para ser girado a mano.



El siguiente avance importante en los autogiros llegó el 5 de agosto de 1931. Este fue el primer vuelo del Wilford WRK. Este autogiro sustituyó a los rotores con bisagras por un rotor rígido, con variación de inclinación cíclica. La variación de inclinación cíclica es un método donde se cambia la inclinación de las hélices al girar. La inclinación se reduce cuando estas se están moviendo en la dirección de la aeronave, y se aumenta cuando se están moviendo en la dirección opuesta. Esto produce el mismo efecto que el aleteo, permitiendo equilibrar la elevación creada por las hélices. El WRK fue el primer autogiro en volar con éxito con un rotor rígido.



Al principio de este documento, se señaló que los autogiros tienen el potencial de despegar y aterrizar verticalmente. Aunque todos los autogiros descritos hasta ahora han sido capaces de realizar aterrizajes verticales por lo menos en una emergencia, todos estos también han requerido una carrera mínima para poder despegar. Pero, si el rotor era encendido antes de despegar para poder girar a la velocidad mínima de auto rotación, ¿por qué no iniciar el rotor a una mayor velocidad y despegar haciendo uso de la elevación generada?. Eso es exactamente lo que pasó. En agosto de 1933, los experimentos para utilizar este nuevo método de despegue (conocido como despegue salto) se iniciaron en un C.30. Estos primeros experimentos fueron prometedores, pero no satisfactorios. Girando el rotor en el suelo causaba demasiada vibración, y el avión sólo era capaz de hacer saltos bajos. El 28 de octubre de 1934, después de más de un año de experimentación y de refinación, el C.30 finalmente hizo un despegue exitoso. Muchos autogiros más tarde también fueron diseñados para utilizar este tipo de despegues, la mayoría con el mismo método que el C.30. Los autogiros que salieron un poco más tarde, tenían otro tipo de motores (impulsados) en los que se ponía ya sea un avión o un cohete en el extremo de cada hélice del rotor para hacerlo girar.



Autogiro De la Cierva C.30

Foto cortesía del Dr. Bruce Charnov




El C.30, además de ser el primer autogiro en hacer un salto de despegue exitoso, se destacó por otro aspecto también. Fue el primer autogiro en utilizar el control directo. El control directo es un método donde el piloto inclina el rotor en lugar de usar un timón y alerones. Esto simplifica en gran medida el control de la aeronave, así como el diseño. Un piloto ahora tenía un control para derrape, inclinación y balanceo, y los diseñadores sólo necesitaban diseñar solo ese control. En el C.30 y en autogiros más nuevos de un tamaño similar, este consistía en una barra que se conectaba directamente al rotor y que se extendía hasta la cabina del piloto. Para las máquinas más grandes, los controles del piloto eran mecánicamente acoplados al eje del rotor. El C.30 también resultó ser el autogiro de producción más popular jamás diseñado, con más de 180 de ellos en construcción.



El 26 de junio de 1935, el Breguet-Dorand 314 fue el primer helicóptero que logró volar con éxito. Este incluía muchas de las características desarrolladas para autogiros, como el control de paso colectivo y cíclico. El 8 de diciembre de 1941, el VS300 de Igor Sikorsky voló, otro de los primeros helicópteros exitosos. El VS300 era solo un helicóptero de prueba, pero condujo al VS-316, un helicóptero más refinado que utilizaba los mismos principios. El Ejército de EE.UU. ordenó el VS-316, y 400 de estos helicópteros fueron producidos junto con el R-5 y el R 6, otros dos helicópteros de Sikorsky que tenían un diseño similar.



¿Por qué el Autogiro no fue aceptado?



En este punto podemos hacer la pregunta de por qué los autogiros nunca fueron ampliamente aceptados. Casi todos los historiadores de la aviación tienen sus propias respuestas a esta pregunta, pero aquí se encuentra la opinión de este autor. Los primeros autogiros, a pesar de que tenían un mayor rango de velocidades que los aviones, tenían una carga superior y por lo tanto no eran tan eficientes a velocidades altas, y ni siquiera podían alcanzar las velocidades máximas de los aviones más rápidos. Además, los primeros autogiros no tenían la capacidad de despegue vertical y aterrizaje que los han hecho más atractivos para los compradores potenciales. Cuando el C.30 demostró finalmente un salto de despegue exitoso en 1934, fue menos de un año el tiempo que tardo en volar con éxito el primer helicóptero, y sólo se necesitó de unos pocos años más, hasta que el muy exitoso VS300 Sikorsky y el VS-316 fueran inventados. Aunque el rango de velocidades de los helicópteros era un poco más pequeño que el de los autogiros, estos eran capaces de estar suspendidos, y su rango era todavía mayor que el de los aviones. En otras palabras, cualquier cosa que podía hacer un autogiro se podía hacer con otra aeronave. Además, De la Cierva, quien estaba haciendo la mayor parte del desarrollo de los autogiros, estaba financiando gran parte del desarrollo por su cuenta. Cuando el ejército ordenó el VS-316, ese dinero fue a la compañía de Sikorsky. Esto dio a Sikorsky la financiación para el desarrollo que De la Cierva ya no tenía. Sin el dinero, De la Cierva no podía financiar la investigación. Y entonces, el 09 de diciembre 1936, De la Cierva murió en un accidente de avión (un DC-2 operado por KLM). Tenía sólo 41 años de edad. Había otras personas que desarrollaban autogiros, pero De la Cierva había sido una de las principales fuerzas impulsoras detrás del movimiento. Mucho se perdió cuando fue asesinado.



Otro factor que hizo que el autogiro no sea aceptado era puramente psicológico. A pesar de que los helicópteros no tuvieron éxito hasta 1935, habían estado en desarrollo tanto tiempo como los aviones. El público en general sabía de helicópteros, y entendió el principio de la potencia del rotor. Los autogiros tenían un rotor que giraba sin alimentación debido a las fuerzas aerodinámicas. La mayoría de la gente no entendía cómo funcionaba y por eso no confiaba en ellos. A pesar de que es realmente más seguro tanto que los helicópteros, como que los aviones, la gente no se dio cuenta de esto. Querían algo que se encendiera.



Los autogiros después de los helicópteros



Después de que los helicópteros volaron con éxito y las empresas que los diseñaban obtuvieron donaciones militares para investigación adicional, el autogiro fue casi abandonado. A excepción de unos pocos conceptos y sólo un puñado de intentos de diseños de civiles, los autogiros se mantuvieron vivos sólo como aviones ultraligeros construidos en casa. Recientemente, ha habido dos empresas que tratan de resucitar la idea del autogiro, los Hermanos Groen y CarterCopter.



El diseño de los Hermanos Groen es el más convencional de los dos. La innovación única de la máquina de los Hermanos Groen es que está utilizando aviones de pistón en las puntas de sus hélices para hacerlas girar. Los aviones de pistón no son muy eficientes, pero sólo deben ser encendidos por diez a quince segundos, por lo que la eficiencia no es un problema. Los aviones de pistón giran el rotor lo suficiente como para permitir que la máquina pueda despegar verticalmente. Su autogiro también utiliza un control de inclinación para ayudar a reducir la fricción. Está siendo comercializado a las empresas que actualmente utilizan helicópteros, o que no pueden darse el lujo de comprar bastantes helicópteros, para viajar entre los tejados en las ciudades. Estas corporaciones realmente no tienen la necesidad de permanecer suspendidos, pues sólo necesitan poder despegar y aterrizar verticalmente. El autogiro puede hacerlo más rápido y por menos dinero que un helicóptero. También están tratando de sacarlo al mercado a las organizaciones que sólo necesitan de vuelo a baja velocidad y pero no de una suspensión total. De hecho, la mayoría helicóptero dan vueltas en círculos lentos en vez de detenerse por completo.



El CarterCopter es más un híbrido entre un avión y un autogiro. El rotor se gira con un eje de transmisión convencional y un sistema de embrague, pero los rotores cuentan con un peso de 60 libras en las puntas. Esto hace que el rotor funcione como un volante para el salto de despegue. También permite que el rotor, pueda reducir la velocidad manteniendo la rigidez suficiente de fuerza centrífuga como para permanecer estable. Durante el vuelo, la inclinación de las alas del rotor se reducirá tanto como sea posible para reducir la fricción creada por ellas la mayor cantidad posible. La elevación se dará gracias a un par de alas como las que tienen los aviones convencionales montadas en los costados de la aeronave. La compañía predice que el CarterCopter podría superar el desempeño de todos los aviones de propulsión de impulso, excepto los aviones y naves espaciales. Esto incluye helicópteros, todos los autogiros anteriores, aviones de pistón, y aviones de turbohélice. Con un motor de turbohélice, la nave debe ser capaz de volar a 400 mph en 45.000 pies. Una versión modificada de la hélice podría ser capaz de volar a 70.000 pies, mientras que la versión de un motor de impulso podría volar 500 mph o más. Una versión especialmente modificada de la aeronave debe ser capaz de volar 25.500 millas con un tanque de gas, lo que le permitiría igualar la vuelta de la Voyager alrededor del mundo en 1986, pero con un despegue vertical y aterrizaje. Con su desempeño, el CarterCopter no sólo sería capaz de cumplir los roles que proponen los hermanos Groen, sino también los que actualmente tienen los aviones de hélice. (En aras de la divulgación completa, debe tenerse en cuenta que el autor es un empleado de Carter Aviation Technologies - aunque el CarterCopter se incluyó en la versión original de este documento, cuando el autor era aún un estudiante.)



Observaciones finales



Los autogiros fueron las primeras aeronaves que tuvieron éxito para volar. Ellos marcaron una salida a las aeronaves de ala fija convencionales y trataron de cumplir ciertos roles que los aviones no pueden. Pueden volar lentamente debido a un fenómeno conocido como auto rotación, cuando el rotor está sin energía y se hace girar por las fuerzas aerodinámicas. La auto rotación permite que las alas se muevan más rápido que la aeronave. Aunque los autogiros nunca fueron ampliamente aceptados por el público, los militares, ni las compañías de aviones, ellos fueron muy importantes en el desarrollo del helicóptero. Muchas tecnologías esenciales para el desarrollo de los helicópteros fueron desarrollados en primer lugar para el autogiro. Si De la Cierva no hubieran realizado el autogiro, es casi seguro que se habría retrasado el desarrollo del helicóptero, posiblemente durante décadas. Después de la introducción de los primeros helicópteros exitosos, los autogiros fueron en gran parte olvidados, salvo como aviones ultraligeros. Recientemente, dos empresas, los Hermanos Groen y CarterCopter, han devuelto el autogiro utilizando tecnologías modernas, sin planes para sustituir el helicóptero por completo, sino para que sea utilizado en lugares en los que se requiera vuelos a baja velocidad o despegue y aterrizaje vertical. Tal vez, si estas empresas logran sus objetivos, el futuro será más amable con el autogiro de lo que ha sido el pasado.



Referencias



About Gyroplanes. Recurso de Internet: http://www.saskia.com/~zlinak/about-copters.htm (Ya no esta disponible)



Brie, Reginald. The Autogiro and How to Fly It. Bath: Pitman Press, 1934



Brooks, Peter W. Cierva Autogiros. Washington: Smithsonian Institution Press, 1988



CarterCopters, Inc. Recurso de Internet: http://www.cartercopters.com/



Garvey, William. "Gyrocopters Grow Up." Popular Mechanics, June 1996



The Groen Brothers Aviation Home Page. Recurso de Internet: http://www.groenbros.com/



Rotorcraft Page. Recurso de Internet: http://www.rotorcraft.com



This article is a translation of Autogyro History and Theory.

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