¿Por qué los helicópteros modernos no son más silenciosos?

Al vivir más cerca de una fábrica de Sikorsky, puedo dar fe de que los helicópteros civiles (y militares) modernos son bastante ruidosos. En cualquier caso, son considerablemente más ruidosos que los aviones ligeros, los turbohélices e incluso algunos aviones de pasajeros.

Esto ha resultado en la prohibición de aproximación y aterrizaje de helicópteros en algunas jurisdicciones.

Sin embargo, parece que las técnicas para mitigar el sonido de los helicópteros se conocen desde al menos la década de 1970 ( The Quiet One ), y mucho menos los helicópteros furtivos utilizados en la redada de Bin Laden.

Es decir, parte de la solución parece ser usar más palas de rotor mientras se reduce la velocidad de los rotores. También hay modificaciones en las puntas de las palas del rotor que, si bien pueden clasificarse, podrían deducirse y realizar ingeniería inversa.

¿Por qué los helicópteros son tan ruidosos y por qué los helicópteros contemporáneos no son más silenciosos dado lo que sabemos y lo lejos que hemos llegado en ciencias de los materiales y diseño de aviación?

¿O es una cuestión de economía (más tranquilo == menos económico) o política (la seguridad nacional impide el uso de tecnología de reducción de sonido) o algo más?

Puede que me equivoque, pero pensé que la punta que se movía hacia adelante rompiendo la barrera del sonido era uno de los factores limitantes tanto en la velocidad de avance de un helicóptero como en la velocidad de rotación del disco. es decir, que una propina rompiera la barrera del sonido era una Bad Thing™ en un helicóptero.
@Freeman: es por eso que reducir la velocidad de los rotores es (generalmente se imagina que es) una de las tecnologías furtivas utilizadas en el OH-6 y en los helicópteros Bin Laden. Pero por qué esto no se usa comúnmente es parte de mi pregunta. Parece una obviedad, especialmente cuando la gente que vive cerca del complejo de Bin Laden dijo que no escucharon los helicópteros hasta que estuvieron arriba. ¡Ojalá eso fuera cierto para la aviación general! :-)
Estaba pensando que las puntas de las palas supersónicas que crean ondas de choque que golpearían el fuselaje y otras palas era un problema más serio que simplemente crear ruido (es decir, vibración, pérdida de sustentación, etc.). Tal vez necesito hacer otra pregunta...
Un aspecto: más palas => radio de disco más pequeño => mayor carga de disco => menos eficiencia => rango reducido => mayor consumo de combustible => mayor peso => ​​menor rendimiento de autorrotación. Supongo que todo lo anterior es una compensación de compromiso de diseño frente a la demanda del mercado y a los militares no les importa mucho, excepto por el sigilo.
Creo que también hay un componente psicológico en el trabajo. Podríamos preguntarnos por qué muchas motocicletas, ORV, motos de agua, autos y camiones, e incluso (¡o quizás especialmente!) equipos de jardín son mucho más ruidosos de lo que deberían ser, y por qué algunos propietarios gastan dinero en modificaciones del mercado de accesorios para hacerlos aún más ruidosos. ¡Es porque para cierto tipo de mente, el ruido es igual a poder!
Por lo que vale, MD Helicopters afirma que la eliminación del rotor de cola tradicional da como resultado una reducción significativa del ruido. Consulte mdhelicopters.com/v2/notar.php .
@FreeMan: gracias por su pregunta. Busqué en Google y parece que mi suposición sobre las puntas supersónicas puede ser incorrecta. He hecho una pregunta separada sobre eso.
Tengo que ser honesto, cuando leí la pregunta por primera vez, este fue el primer " helicóptero sigiloso " que me vino a la mente... :)
La física del vuelo en helicóptero es muy complicada. Es así para que más personas puedan ganarse la vida. La verdad es que los helicópteros en realidad no vuelan, simplemente golpean a la Tierra para que se someta.
Necesito un seguimiento allí: Chuck Norris puede correr sobre las aspas de un helicóptero para hacerlo volar más alto.
El helicóptero se inventó después de que se observara a Chuck Norris haciendo 8 patadas circulares por segundo.

Respuestas (3)

Es una decisión de I+D y, por lo tanto, en última instancia, una decisión de costo-beneficio. Las técnicas de silenciamiento para helicópteros no son tan simples como los "kits de silenciamiento" para aviones de ala fija, porque los motores y los rotores son una parte mucho más integral de toda la estructura del avión. Por lo tanto, incorporar estas características en un helicóptero civil es un proceso mucho más complicado que cambiar las palas de un turbohélice o poner anillos de silencio en los escapes de los motores de aviones más antiguos. Cambiar las propiedades físicas de los rotores (ascensor, arrastre inducido, momento de inercia) requiere cambios compensatorios en el motor; las palas más cortas reducen la elevación que requiere RPM más altas, más palas aumentan el MOI que requiere más par, etc. Esos cambios en el motor requerirán a su vez cambios en las características del rotor de cola, y también pueden requerir ajustes en el bastidor y la carrocería, etc.

La mayoría de los helicópteros de uso civil en la actualidad, como la serie Bell 200, la familia Sikorsky S-70, Dauphin, etc., son diseños de la era de Vietnam, casi sin cambios, excepto por algunos ajustes menores en el camino, como mejoras incrementales en el motor o nuevos sistemas de aviónica. Todavía se están construyendo y volando porque funcionan; tome las pruebas rigurosas requeridas de cualquier sistema de aviación y los requisitos de mantenimiento e inspección de las aeronaves de ala fija, y agregue un nivel adicional de precaución por la inestabilidad inherente y la falta de seguridad en el diseño de una aeronave de ala rotatoria, y usted Tendré una idea de lo que se necesita para que un nuevo helicóptero sea examinado para uso general. Si el motor del helicóptero se apaga o arroja una pala de apoyo, no puede deslizarse hasta el suelo de la misma manera que un ala fija. Por lo tanto, cualquier cambio que realice en un diseño básico y probado estará sujeto a un escepticismo extremo y a pruebas tanto por parte de los reguladores de aviación como de los propietarios, por no hablar de comenzar desde cero. Esto reduce las ventas iniciales de un nuevo modelo en el mercado civil, lo que aumenta el período de recuperación de la I+D para desarrollar este nuevo diseño.

En segundo lugar, en parte debido a esta vacilación de GA para adoptar nuevos diseños de helicópteros, la disponibilidad de fondos para investigar y desarrollar cualquier nuevo diseño de helicóptero civil se ve empequeñecida por los intereses militares. Como se mencionó, prácticamente todos los diseños que se ven en los cielos hoy en día tienen un pedigrí militar y se diseñaron principalmente para ese propósito, luego se civilizaron para uso general (una excepción notable es el Eurocopter Dauphin 2, que se estableció en los sectores privado y policial antes que los militares). echó un vistazo). Como resultado, muchas de las tecnologías furtivas más nuevas disponibles para helicópteros, incluida la reducción de ruido, están fuertemente clasificadas. Por ejemplo, las modificaciones a los UH-60 utilizados en la incursión de Bin Laden; los civiles realmente solo saben que existen Blackhawks sigilosos, ya que su aspecto y sus características de rendimiento/ruido siguen siendo secretos. Eso no ha detenido la imaginación humana; impresiones del artista, incluido el arte conceptual paraZero Dark Thirty abundan.

Además, las tecnologías civiles de helicópteros silenciosos que no están clasificadas, como el diseño de pala "Blue Edge" de Eurocopter, están en su mayoría protegidas por patentes internacionales. Bell o Sikorsky no pueden simplemente aplicar ingeniería inversa a la cuchilla Blue Edge y pegarla en sus helicópteros. Un diseño desarrollado de forma independiente debe ser lo suficientemente diferente para ser patentable, lo que probablemente significa que será más complejo, y la complejidad es una mala palabra en la aviación porque significa una mayor probabilidad de falla del sistema o error del operador. Las otras vías serían licenciar Blue Edge de Eurocopter (aumentando el costo de un modelo equipado con Bell o Sikorsky Blue Edge) o esperar 15-20 años hasta que expire la patente (retrasando aún más la adopción generalizada de la tecnología más allá de una marca).

"Bell o Sikorsky no pueden simplemente aplicar ingeniería inversa a la cuchilla Blue Edge". No necesitan hacerlo: para patentar algo, debe revelar completamente el diseño.
Se sorprenderá de lo mucho que puede ofuscar cómo funciona realmente un mecanismo patentado, incluidas varias variables dinámicas, como cómo se escala el diseño para un rendimiento óptimo en diferentes longitudes de pala, lo que sería necesario para colocar la pala en diferentes helicópteros.
Los helicópteros se deslizan un poco peor que los aviones de ala fija (y lo llaman autorrotación), pero lo compensan siendo capaces de aterrizar con una velocidad de avance nula o muy baja al final, por lo que la falla del motor no es un problema fatal. Sin embargo, tienen un único punto de falla fatal, el cubo del rotor.
No todo está clasificado: los rotores de cola de hoja de tijera son una tecnología para reducir el ruido: Aviation.stackexchange.com/questions/43279/…
Wikipedia menciona aún más tecnologías: "Para reducir su firma acústica, los helicópteros (N351X y N352X) recibieron un rotor de cola estilo 'tijeras' de cuatro palas (más tarde incorporado en el Apache AH-64 diseñado por Hughes), un quinto rotor aspas y puntas de rotor remodeladas, un sistema de escape modificado y varios aumentos de rendimiento". ( en.wikipedia.org/wiki/Hughes_OH-6_Cayuse#Vietnam_War ) Todas estas tecnologías se conocen desde hace mucho tiempo, pero no se utilizan en helicópteros civiles.
Y en.wikipedia.org/wiki/NOTAR y en.wikipedia.org/wiki/Fenestron son dos tecnologías comerciales utilizadas para reducir el ruido de los helicópteros.

Una gran parte del ruido producido por los aviones de ala rotatoria proviene del sistema de propulsión. Los motores en sí mismos hacen bastante ruido y es técnicamente inviable hacerlos más silenciosos.

Presumiblemente, se podrían usar los mismos kits de silenciamiento en los turboventiladores, u otras tecnologías de silenciamiento.

Los pilotos que se unieron a la guerra de Vietnam dicen que los helicópteros UH-1 convierten el combustible y el aceite en "vibración y ruido" :) La respuesta que ha elegido es la mejor respuesta a su pregunta. No tengo nada que decir al respecto. Solo quiero agregar que diseñar un helicóptero no es algo fácil. Hay muchas cosas que tienes que pensar y calcular antes de construir un prototipo.

Si bien puedes volar un avión hecho de papel, no puedes volar un helicóptero hecho de papel.
Admiro todo el trabajo que hay detrás de diseñar un helicóptero. El primer helicóptero se construyó y voló en 1936: https://en.wikipedia.org/wiki/Focke-Wulf_Fw_61 Y uno de los primeros hombres en la historia que logró el vuelo tripulado sin motor es Hezarfen Ahmed Celebi. Ha volado con las alas que ha diseñado y ha volado unas 2 millas. ¿Cuándo? ¡Alrededor de 1630! : https://en.wikipedia.org/wiki/Hezârfen_Ahmed_Çelebi

Entonces, los helicópteros y los aviones son diferentes tipos de aeronaves. Mientras que los helicópteros tienen cientos de partes móviles o giratorias, algunos aviones no tienen otras partes giratorias que no sean giroscopios :)

A medida que la tecnología mejore, el ruido de los helicópteros será menor. Estoy seguro de eso. Al igual que el tipo antiguo de unidades de disco duro frente a los discos de estado sólido. Mientras que el primero tiene muchas partes móviles y hace mucho ruido, el segundo no tiene partes móviles ni ruido.

Entonces, ¿helicópteros de estado sólido sin partes móviles?
Traté de explicar que todo se trata de tecnología. Pero recordando que el tren más rápido usa una línea de levitación magnética, los helicópteros pueden usar tecnología como esta. Como NOTAR por ejemplo.