Los principios del vuelo en helicóptero

Los helicópteros son aeronaves que usan hélices horizontales (rotores) para volar. Los principios del vuelo en helicóptero se basan en las mismas leyes de la física que permiten volar a aviones de ala fija. El diseño de los rotores es lo que permite a los helicópteros ascender verticalmente, mantenerse en suspenso (hover) y moverse hacia atrás. Sin embargo, este mismo diseño limita la velocidad del helicóptero.

Aerodinámica

La aerodinámica trata las fuerzas que actúan sobre objetos moviéndose en el aire y el movimiento del aire mismo. Hay cuatro fuerzas en cualquier aeronave, incluidos helicópteros. Peso: fuerza de gravedad. Sustentación (Lift): fuerza del aire sobre palas del rotor, contrarrestando gravedad. Empuje (Thrust): fuerza que mueve la aeronave, creada por palas del rotor principal. Resistencia (Drag): fuerza de resistencia del aire contra la aeronave al moverse.

Principio de Bernoulli

El físico Daniel Bernoulli descubrió este principio al ver cómo aumenta la presión del agua al estrechar una tubería. El aire se ve afectado por el mismo principio a través de los perfiles aerodinámicos (airfoils) del helicóptero. Tanto palas del rotor principal como de cola son airfoils. La curvatura hace que el aire sobre la pala se mueva más rápido que el de debajo. Esto crea bolsa de baja presión arriba, generando sustentación que permite al helicóptero ascender. La sustentación de un airfoil depende de cinco factores: área superficial, forma, velocidad, densidad del aire y ángulo del airfoil (ángulo de ataque).

Par (Torque)

La Tercera Ley de Newton: a toda acción hay reacción igual y opuesta. Cuando el rotor principal gira, crea contra-giro en el fuselaje. Esto se llama par (torque). Helicópteros grandes usan un rotor horizontal girando en dirección opuesta al primero. Otros tienen rotor de cola vertical, que usa el Principio de Bernoulli para contrarrestar el par.

Control direccional

Un helicóptero que solo sube y baja no sería muy útil. Ajustes al paso (pitch) de los airfoils dan control direccional. Cuando los airfoils del rotor principal se inclinan adelante, su sustentación crea movimiento adelante. Mayor ángulo de ataque = más velocidad adelante. Si se inclinan atrás, el helicóptero va en reversa. Al aumentar/disminuir velocidad del rotor secundario, el helicóptero gira izquierda/derecha.

Compresibilidad del aire

Al moverse el airfoil, el aire se divide en dos corrientes que pasan arriba y abajo de la pala. A bajas velocidades, requiere poca energía dividir el aire. A altas, el aire que golpea el borde del airfoil se comprime y cuesta más dividirlo. Esta compresibilidad limita la velocidad posible del helicóptero. Efecto similar al agua: sumergirse despacio = poca resistencia; zambullida (belly-flop) = sientes compresibilidad del agua.