Es una lucha: ¿Por qué vuela un helicóptero?

“El primer vuelo controlado y propulsado en otro planeta tuvo lugar a las 3:30 a.m., hora de Miami.” Así, el 21 de abril pasado la CNN anunciaba el vuelo que, por primera vez en la historia de la humanidad, se realizaba despegando y aterrizando en OTRO PLANETA. ¿Y qué máquina fue la que marcó tal hito? ¿Un avión? ¡JA! No, no… UN HELICÓPTERO: el Ingenuity.

Pero tranquilos hermanos de las alas fijas, no se pongan celosos que no he venido a demostrar la superioridad moral del helicóptero. Vamos, en cambio, a explicar porqué esta máquina puede levantar vuelo sin dejar de permanecer en el mismo punto con respecto al suelo, ya sea acá o en Marte…

Para ello vamos a tener que beber de las fuentes de la física y la matemática y recordar una fórmula conocida por todos los amantes de la aviación: la Fórmula de la Sustentación (L). 

No me odien. Ya sé que les dije que las explicaciones iban a ser simples. Les prometo que esta va a ser la única fórmula que voy a mencionar con frecuencia. La Sustentación, recordemos, es igual al producto de: 

• La superficie del ala (S): en el caso del helicóptero, sus “alas” son las “palas” que giran, y de allí su denominación de “alas rotativas”. 
• La densidad del aire (p): la cual varía con la presión atmosférica y la temperatura. 
• El Coeficiente de sustentación (CL): o dicho de otra manera y en criollo, la “forma” del ala (o pala) y cómo impacta en el aire cuando se mueve. Relacionado estrechamente con el ángulo de ataque. 
• La velocidad (V): es el elemento más importante de la fórmula de la sustentación, ya que su valor está elevado al cuadrado. Es decir que la sustentación aumenta más cuando se le agrega una unidad de V que si se agrega una unidad de cualquiera de los otros factores.

Es decir que podemos incrementar la sustentación (y por ende volar) intentando maximizar cada uno de los factores de la fórmula. Salvo la densidad del aire (p), todo el resto de los factores son susceptibles de ser modificados de alguna forma, ya sea en vuelo, por los pilotos o en tierra, por los ingenieros.  Como decía un profesor de aerodinámica en el CBCAM: “con suficiente ángulo de ataque (CL), podemos hacer volar hasta la tapa del inodoro”. 

A diferencia de los aviones que pueden modificar su superficie alar (S) extendiendo flaps o slats, los helicópteros no tienen esa capacidad (ok, punto para los aviones). La superficie alar de los helicópteros una vez salidos de la fábrica, no puede variarse. Antes de salir de la fábrica, si. ¿Cómo? Pues poniéndoles mayor número de palas. Es por eso que hay helicópteros con 2, 3, 4, 5 , 6 palas. Es la forma que tienen los ingenieros de “aumentar” la superficie (S) en los helicópteros y, con ello, la sustentación.

Cuando un helicóptero levanta vuelo, comienza una guerra dentro de la cabina en la que el piloto “lucha” contra diferentes fuerzas aerodinámicas para intentar mantener el helicóptero en vuelo estable. Para luchar esta guerra el piloto cuenta con 3 armas: el paso colectivo, el paso cíclico y los pedales. Veremos para qué sirven.

El coeficiente de sustentación (CL) sí puede ser modificado en los helicópteros. Como dijimos este coeficiente está determinado por el ángulo de paso. Es decir, el ángulo que se forma entre la pala y un plano paralelo al suelo. Mientras mayor sea el ángulo, mayor la sustentación. El piloto de helicóptero controla este ángulo usando una de esas armas que mencionamos: el paso colectivo. Es una palanca muy parecida a un freno de mano en los autos. Cuando el piloto la sube, las palas del helicóptero aumentan su ángulo de paso y cuando la baja, lo disminuyen. Esto se produce en todas las palas del helicóptero al mismo tiempo, es decir colectivamente, y de ahí su nombre de “paso colectivo”.

 Los aviones adquieren velocidad para sus sustentación avanzando con la potencia de sus motores. Esa es la manera que tienen los aviones de “mover sus alas”. Dijimos que las “alas” de los helicópteros son sus palas. Es por eso que cuando el rotor de un helicóptero se encuentra en movimiento, ya está en condiciones de generar sustentación.

Pero, para estar en condiciones de levantar vuelo, un helicóptero tiene que tener una velocidad de rotación mínima de sus palas que se mide en Revoluciones por Minuto (RPM). El motor del helicóptero tiene la tarea de mantener esa velocidad de rotación en ciertos valores constantes para que el helicóptero siga en el aire. De ahí que, cuando me dicen que vuelo “ventiladores”, un poco les doy la razón: cuando el rotor se para, es cuando el piloto empieza a transpirar…

La velocidad (V) también puede modificarse en un helicóptero. Si bien dijimos que el rotor gira a una velocidad constante gracias al motor, cuando el helicóptero comienza un vuelo de traslación, es decir, abandona el vuelo estacionario y comienza a moverse hacia adelante, comienza a actuar casi con los mismos principios del avión, y la velocidad de avance se va incrementando y se va sumando a la velocidad de rotación normal del helicóptero lo que hace que aumente la sustentación. Es decir, en esta condición de vuelo, ya no es solamente la velocidad de rotación del rotor lo que genera sustentación sino también la velocidad de traslación que se le añade.

La guerra en la cabina continúa. El piloto sigue moviendo todas sus extremidades para poder hacerle creer al espectador que lo mira de afuera que volar helicópteros es re contra fácil.

Para controlar el giro del helicóptero sobre su propio eje vertical, el piloto usa otra de sus armas: los pedales. 

Los pedales existen en todos los helicópteros pero no en todos los helicópteros mueven los mismos mecanismos: en algunos mueven palas y en otros mueven, básicamente, aire (veremos los distintos tipos de rotores y rotores de cola en las próximas entregas). También sirven para contrarrestar la cupla o torque generado por el rotor principal. Es decir, la fuerza en dirección opuesta al giro del rotor principal. O como cuando giramos el volante del auto a la izquierda pero acompañamos con un movimiento de nuestro cuerpo a la derecha.

Por último tenemos el control cíclico, que es la palanca que se encuentra entre las piernas del piloto (sin el menor doble sentido) y que permite al piloto mover la aeronave en la dirección deseada: adelante, atrás, hacia los costados o en diagonal. Debe su nombre a que él también modifica el ángulo de paso de las palas del rotor principal pero lo hace de manera cíclica. Para explicarlo en términos simples, cuando el piloto desea mover el helicóptero, por ejemplo, hacia adelante, moverá el control cíclico en esa dirección.

El rotor recibirá una especie de “perturbación” que provocará una variación del ángulo de paso un un sólo punto de su giro. Cuando cada una de las palas, al girar, pase por ese punto, modificará su ángulo de paso respectivamente lo que hará que en un área del rotor exista mayor sustentación (por mayor ángulo de paso o CL) que en el resto.

Esto resultará en una inclinación del rotor en la dirección deseada de movimiento. Para el ejemplo dado, el rotor debería inclinarse hacia adelante por lo que el aumento del ángulo de paso debe efectuarse en la parte del atrás del rotor para que suba la parte del rotor que pasa por detrás del helicóptero y baje la que pasa por delante.

Los primeros vuelos arriba de un helicóptero son una experiencia absolutamente frustrante. Ni toda la plataforma de la VII Brigada Aérea me era suficiente para mantener el helicóptero “quieto” en el aire. Esas primeras luchas fueron duras.

Es que el helicóptero es una máquina que se vuela con todo el cuerpo y con la mente. Y por suerte tiene alas que se mueven en vez de quedarse quietas. Porque, como decía un instructor de Flight Safety, “¡volar alas fijas es MUY peligroso! ¿O acaso ha visto usted alguna vez un pájaro que vuele sin mover las alas?”.