¿Las fuerzas giroscópicas (de los motores giratorios) afectan significativamente la guiñada o el cabeceo?

Sí. Tanto más cuanto mayor sea la inercia y la velocidad de las masas giratorias y menor la autoridad de control. Si bien las fuerzas giroscópicas de un jet son insignificantes en vuelo regular debido a la alta amortiguación proporcionada por las alas y la cola, en vuelo estacionario pueden volverse dominantes. El motor Bristol-Siddeley Pegasus de los jets de salto Kestrel, Harrier y AV-8B necesita que el carrete de baja presión funcione en dirección opuesta al carrete de alta presión para equilibrar sus efectos giroscópicos. Si ese no fuera el caso, un movimiento de guiñada produciría un movimiento de cabeceo y viceversa. Cuando se sienta en un jet, cuyo empuje es equivalente a su peso, inclinar este jet hacia adelante o hacia atrás solo ligeramente producirá un cambio rápido de su ubicación, por lo que cualquier maniobra en vuelo estacionario será extremadamente difícil.

^{USMC AV-8B Harrier en vuelo estacionario ( fuente de la imagen , © Richard Seaman 2001)}

En general, se ha utilizado la rotación contraria de las piezas del motor para reducir los efectos del giroscopio. Primero se convirtieron en un problema con los motores rotativos en la Primera Guerra Mundial. Un motor rotativo tiene su cigüeñal fijado al avión, y tanto el bloque de cilindros como la hélice giran. Esto proporciona una mejor refrigeración a baja velocidad y produce un efecto de volante, por lo que el motor funciona con mayor suavidad. Pero cuando guiñas, el efecto del giroscopio hace que el avión suba o baje, por lo que cualquier maniobra precisa se vuelve muy difícil.

Con el aumento de la potencia del motor en 1916 y 1917, este efecto se volvió tan severo que se desarrollaron motores con engranajes donde los cilindros giran en una dirección y la hélice en la dirección opuesta. Como consecuencia, la hélice tenía solo la mitad de RPM en el aire que tenía con el bloque de cilindros. Esto dio como resultado una gran eficiencia de hélice, pero también grandes diámetros de hélice, por lo que los aviones con esos motores necesitaban un tren de aterrizaje alto. A continuación se muestra una imagen de un Roland D XVI con un motor rotativo contrarrotante Siemens & Halske III de 1918. Este fue un excelente avión de combate para su época, casi sin acoplamiento giroscópico.

^{Roland D XVI ( fuente de la imagen )}

En general, los motores a reacción son sensibles a las maniobras: los factores de carga cambiantes doblarán los carretes entre sus cojinetes, de modo que la holgura de la punta de la turbina y el compresor debe ser lo suficientemente grande para evitar el contacto bajo fuerzas g, o al rodar con un ala. motor montado. Cada fabricante de motores publicará un sobre de factor de carga dentro del cual es seguro operar el motor. Ampliar esta envolvente reducirá la eficiencia del motor porque los espacios entre las piezas giratorias y la carcasa del motor deben crecer con el factor de carga máximo.

La respuesta es sí. Las fuerzas giroscópicas son un factor en los aviones propulsados ​​por hélice, pero generalmente no se notan en un avión estable ('Temeroso de Dios') en vuelo de crucero.

Sin embargo, los efectos giroscópicos se notan en varias áreas de la envolvente de vuelo de un avión propulsado por hélice. Una de las áreas más conocidas son los cambios dramáticos en la actitud de cabeceo a bajas velocidades. Los aviones con ruedas de cola son particularmente sensibles a esto durante el despegue. Las transiciones rápidas de una actitud de tres puntos a una actitud de rueda durante el balanceo en tierra provocarán entradas de guiñada no deseadas y notorias debido a la precesión giroscópica además de los cambios en el factor P. Durante el despegue en un avión típico de rueda de cola con una hélice que gira en el sentido de las agujas del reloj cuando se ve desde la cabina, se desviará hacia la izquierda cuando se levanta la cola durante el despegue y requiere timón derecho para contrarrestar la precesión giroscópica. Del mismo modo durante un aterrizaje de ruedas,

Los aviones acrobáticos avanzados o ilimitados a menudo realizan maniobras giroscópicas como el Lomcevak, que utiliza la precesión giroscópica para inducir fuerzas de volteo en las maniobras. Incluso los bucles, las pérdidas de cabeza de martillo, etc. requieren un timón significativo u otras entradas de control para contrarrestar la precesión de la hélice a velocidades más bajas.

Un área aún no mencionada donde los efectos giroscópicos son significativos (tanto en jets como en propulsores) es el giro . (En inglés, suena casi tautológico :) El giro siempre implica velocidades angulares significativas, mientras que tiene una autoridad de control muy limitada.

(En cierto modo, esto es similar a los efectos sobre las acrobacias aéreas mencionados por Carlo Felicione).

Debido a los efectos giroscópicos de los motores, la mayoría de los aviones tienen diferentes características de giro a la izquierda y a la derecha . Hasta el punto de que, digamos, el giro a la izquierda puede ser casi irrecuperable, mientras que el giro a la derecha sería fácilmente recuperable. Esto también se aplica a la iniciación de la barrena: la aeronave puede tender a entrar en barrena en una dirección más voluntariamente que en la otra.

Ves efectos giroscópicos cuando miras a los combatientes de la Primera Guerra Mundial. Cita del artículo de Wikipedia sobre el Sopwith Camel :

El tipo debía tanto su extrema maniobrabilidad como su difícil manejo a la ubicación cercana del motor, el piloto, las armas y el tanque de combustible (alrededor del 90% del peso de la aeronave) dentro de los siete pies delanteros de la aeronave, y al fuerte efecto giroscópico de la masa giratoria de los cilindros comunes a los motores rotativos.

A modo de comparación, un 777-300ER tiene un peso máximo de despegue de 775 000 libras ( referencia ), mientras que un motor GE90-94B pesa 16 644 libras, y no todos rotarían. Entonces, si asumimos que la mitad del peso es masa giratoria (probablemente alto, pero no lo sé), la masa giratoria de ambos motores es solo alrededor del 2% de la masa total.

Finalmente, no tengo conocimiento de ningún motor a reacción que gire en sentido contrario, lo que implicaría que las fuerzas no son demasiado notables.

Sí, las turbinas de gas pueden tener efectos giroscópicos notables a bajas velocidades. El Harriers RR Pegasus tiene carretes contrarrotativos por ese motivo.