¿Hay una dirección de viento preferida para un helicóptero en vuelo estacionario?

En la mayoría de los helicópteros, la dirección del viento durante el vuelo estacionario es una preocupación para el piloto, al igual que en qué dirección giras cuando estás estacionario.

Lo siguiente se aplica a un helicóptero de un solo rotor con el rotor de cola montado a la izquierda y el rotor girando en sentido contrario a las agujas del reloj. ¡Lo contrario se aplica a los rotores que giran en el sentido de las agujas del reloj y montar el rotor de cola a la izquierda en lugar de a la derecha requeriría más páginas de texto!

Flotar sin viento.

A medida que el rotor gira en sentido contrario a las agujas del reloj, la reacción de torsión en el fuselaje quiere girar la nariz hacia la derecha. El rotor de cola "empuja" la cola hacia la derecha para equilibrar este par. Al variar el ángulo de ataque del rotor de cola, podemos cambiar la cantidad de empuje del rotor de cola y, por lo tanto, tener control de guiñada.

El rotor de cola no es diferente al rotor principal, solo opera en el eje Y en lugar del eje Z y está sujeto a un estado de anillo de vórtice .

El vórtice del rotor de cola está a la izquierda. Si el helicóptero gira hacia la derecha, la cola se mueve hacia la izquierda y el rotor de cola se mueve hacia su propio vórtice, lo que provoca una reducción en el ángulo de ataque y, por lo tanto, en el empuje. Si el giro es demasiado rápido, esta reducción puede provocar una pérdida de eficacia del rotor de cola.

También en un vuelo estacionario sin viento, el vórtice del rotor principal es forzado hacia abajo.

Todo lo que sigue es para un rotor giratorio en sentido contrario a las agujas del reloj y se aplica a todos los helicópteros de un solo rotor.

Vuele con el morro hacia el viento, pero no con suficiente viento para generar una sustentación de traslación efectiva .

Este estado es más o menos el mismo que para un vuelo estacionario sin viento y es la dirección más fácil (y por lo tanto preferida) en la que planear. Girar la aeronave tiene el mismo riesgo que en un vuelo estacionario sin viento, ya que girar demasiado rápido hacia la derecha puede provocar la pérdida de eficacia del rotor de cola .

Desplazarse hacia el viento con suficiente velocidad del viento para generar sustentación traslacional (digamos unos 15 nudos)

Ahora las cosas empiezan a ponerse interesantes. Si gira a la izquierda, el vórtice del borde delantero del rotor principal es empujado hacia atrás por el viento a través del rotor de cola y provoca una disminución en el ángulo de ataque de las palas del rotor de cola, ya que el viento del vórtice sopla sobre al lado derecho del rotor de cola. Por lo tanto, se requiere mucho más pedal izquierdo a medida que el helicóptero gira de 0 grados (en relación con el viento) a 270 grados. A medida que se alcanzan y pasan los 270 grados, el vórtice ya no interfiere con el rotor de cola y aumenta el ángulo de ataque para la misma posición del pedal. Si se mantiene la misma entrada de pedal, la velocidad de giro aumentará rápidamente y, si no se corrige, puede dar lugar a un giro descontrolado.

Si giras a la derecha sucede lo contrario. Se requiere más pedal derecho (menos empuje) en el primer cuadrante del giro de 0 grados a 90 grados ya que el vórtice sopla en la cara del rotor de cola causando un aumento en el ángulo de ataque y por lo tanto un mayor empuje. A medida que el morro pasa los 90 grados, el ángulo de ataque disminuye y se debe agregar el pedal izquierdo para evitar una aceleración repentina en la guiñada.

Debería poder ver que la cantidad de pedal requerida cambia a medida que continúa el giro y sin un ajuste constante, no se puede mantener un giro constante y con suficiente viento, y un piloto que no es lo suficientemente rápido en los pedales, puede perder el control.

Ahora saquemos el desvío de la ecuación y consideremos flotaciones constantes con viento que no está "en la proa".

Viento del cuarto izquierdo, es decir 270 - 0 grados. Esta es efectivamente la misma condición que el primer cuarto de un giro a la izquierda con viento de frente.

Este es el difícil. El viento nunca es constante. Siempre está cambiando ligeramente y turbulento. A medida que el vórtice del rotor principal sopla en el rotor de cola, el rotor de cola funciona en un entorno muy turbulento e impredecible. Se requieren entradas de pedal rápidas y constantes para mantener el control. Cualquier desviación que no se detecte de inmediato puede conducir a una pérdida de control. Es muy difícil planear con el viento del cuadrante izquierdo y, por lo tanto, generalmente se evita.

Viento generalmente de la izquierda (un viento cruzado izquierdo)

A medida que el viento sopla en la cara del rotor de cola, su ángulo de ataque se reduce a medida que aumenta la velocidad del aire a través del rotor. Esto puede conducir a la pérdida de efectividad del rotor de cola o incluso a la pérdida de las palas cuando el ángulo de ataque excede el ángulo crítico.

Viento por detrás.

El efecto principal aquí es la tendencia del fuselaje y el estabilizador vertical a "empañar" la aeronave. Naturalmente, quiere enfrentarse al viento. Si comienza una guiñada y no se corrige inmediatamente, debido a los efectos anteriores, la guiñada puede aumentar rápida y repentinamente. Además, el viento nunca es constante y varía entre pasar a la izquierda ya la derecha del rotor de cola. Por lo tanto, flotar a favor del viento necesita correcciones inmediatas y constantes para la guiñada.

Resumen

Se prefiere mucho flotar contra el viento y siempre se elige a menos que las operaciones requieran algo diferente. Flotar con el viento desde la derecha es la siguiente posición "más" preferida, con vientos de cuadrante desde la izquierda y flotar a favor del viento para evitarlo si es posible.

Dicho todo esto, es una parte estándar del entrenamiento aprender a flotar en estas condiciones y cómo mantener giros a una velocidad constante. Requiere mucha habilidad aprendida y debes ser rápido y preciso en los pedales con correcciones constantes.

Por cierto, los primeros modelos del UH-1 eran particularmente difíciles de manejar en ciertas condiciones de viento y el rotor de cola se movió de derecha a izquierda en los modelos posteriores para mejorar el manejo.

En un helicóptero ligero con poca reserva de energía, por ejemplo, el R22, volar con fuertes ráfagas de viento es una parte intensa de las operaciones. Tuve algunas llamadas cercanas cuando aprendí a hacer esto, incluida una pérdida de control que solo recuperé al tomar potencia y acelerar para volar hacia adelante. No es bueno en un aeródromo con otras aeronaves operando ya que mi "cerebro de horas bajas" se enfocó solo en recuperar el control. Me avergüenza decir que mirar alrededor ocupó el segundo lugar, pero aprendí una lección importante y, en retrospectiva, lo correcto habría sido aterrizar y suspender el vuelo cuando el viento se volvió más racheado.

El helicóptero no diferencia entre el viento y el vuelo. es decir, no importa si el helicóptero está volando en una dirección o si el viento viene de esa dirección. Al igual que con el aterrizaje, la visibilidad es la principal preocupación del piloto durante el vuelo estacionario (o mantener una posición, como durante un rescate).

Sin embargo, es mejor flotar contra el viento en lugar de otras posiciones por razones aerodinámicas y de estabilidad.

• En caso de viento desde la parte delantera izquierda de ~285° a 315° (si el rotor principal gira en el sentido de las agujas del reloj desde arriba), el vórtice del rotor principal puede interferir con el rotor de cola, reduciendo su eficacia. Esto puede causar una rotación rápida no ordenada, lo que puede conducir a la pérdida de control si no se corrige.

Fuente: dynamicflight.com

• En caso de que haya viento de cola, la cola vertical del helicóptero (y el fuselaje) pueden alinearse tratando de alinearse con el viento, lo que resulta en una guiñada no comandada. Si no se corrige con la entrada adecuada del pedal, esto puede conducir a la pérdida de control.

Fuente: morningtonsanfordaviation.com

• En caso de viento cruzado (desde la izquierda para los rotores principales que giran en el sentido de las agujas del reloj desde arriba), el rotor de cola puede entrar en un estado de anillo de vórtice, especialmente a bajas velocidades. Esto requiere un ajuste continuo de los pedales por parte del piloto para evitar la guiñada inestable.

Fuente: morningtonsanfordaviation.com

Esto debería aplicarse tanto para casos dentro como fuera de tierra. Por lo general, es preferible orientar el helicóptero de modo que el empuje requerido del rotor de cola se minimice en caso de viento cruzado, es decir, que el viento cruzado sea de la derecha en caso de que la rotación del rotor principal sea en el sentido de las agujas del reloj desde la parte superior.

La mejor situación al flotar es que haya poco o nada de viento. No hay una forma "preferida" para que el viento sople en relación con el helicóptero a menos que haya un lugar determinado que desee ver. Sin embargo, debido a sus diseños, los helicópteros tenderán a girar en la dirección de donde viene el viento debido a la relación CP-CG.

Encontré este documento de la FAA sobre manejo de helicópteros con un poco más de información: https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/helicopter_flying_handbook/media/hfh_ch09.pdf