¿Por qué algunos helicópteros tienen mezcladores de control de vuelo tan complicados?

La dinámica de vuelo de un helicóptero es realmente complicada. Solo para ilustrar, considere un helicóptero en un vuelo estacionario estable, con el piloto sosteniendo los pedales colectivo, cíclico y en la posición que mantiene la actitud, la altitud y el rumbo.

Ahora solo quieren ganar altitud, en un vuelo estacionario ascendente. La secuencia de eventos:

• Pilot tira del colectivo, todas las palas del rotor aumentan el ángulo de ataque y el rotor crea más sustentación. El helicóptero sube.
• Pero debido a que el AoA de las palas ha cambiado, el motor debe aplicar más torque al rotor y el rumbo comienza a cambiar. Entonces, el piloto debe aplicar el pedal para cambiar el empuje del rotor de cola y compensar el par.
• El mayor empuje del rotor de cola provoca la deriva lateral. Entonces, el piloto necesita ingresar un cíclico lateral para compensar.

¡Para obtener un ascenso vertical puro, el piloto necesita realizar desvíos simultáneos de tres controles de vuelo! Este acoplamiento colectivo a guiñada y colectivo a lateral no solo ocurre en el vuelo estacionario, sino también en el vuelo hacia adelante. Al aumentar la velocidad, el piloto necesita:

• desviar el tono cíclico hacia adelante;
• aumentar el colectivo para la potencia adicional requerida;
• desviar el pedal para aumentar el empuje del rotor, pero a la velocidad, la aleta vertical y el rotor de cola se hacen cargo de la mayor parte o la totalidad de esto;
• desviar el cíclico hacia un lado para compensar el mayor empuje del rotor de cola, o el deslizamiento lateral de la estabilización vertical de la cola.

Para helicópteros pequeños, simples y de bajo costo, esta es de hecho la forma en que se vuelan. Pero para helicópteros más grandes con una misión, el mezclador mecánico se ocupa de algunos de los acoplamientos cruzados: al aumentar el colectivo, un enlace mecánico aumenta automáticamente las entradas para los acoplamientos cruzados. Lo hace en serie con los controles de vuelo, que no se mueven y conservan su antigua posición seleccionada.

El dibujo en el OP es del S-76, un helicóptero de tamaño mediano, y podemos encontrar lo siguiente:

• Mezclador colectivo/Roll (conducción lateral). Proporciona una desviación lateral automática del rotor en función de la desviación del brazo colectivo.
• Actuador de polarización de tono. Se extiende en función de la velocidad del aire, de modo que el paso cíclico permanece cerca del centro, para mayor comodidad a alta velocidad.
• Una varilla de conexión sin etiquetar entre el colectivo y los pedales.
• Mezclador Colectivo/Pitch. Este helicóptero comenzará a ganar velocidad cuando se desvíe el colectivo, para una velocidad vertical directa, el piloto deberá desviar la palanca hacia atrás.

También en el dibujo OP: servos AFCS opcionales, que reducen las fuerzas de control y brindan la estabilidad estática que la aerodinámica del helicóptero no brinda. Más actuadores de compensación, que cambian la posición neutral de los resortes de sensación o eliminan por completo las fuerzas de sensación. Y un amortiguador de guiñada.

Realmente muy complicado.

No estoy seguro de si esto debería ser una respuesta o un comentario. No abordar la "mezcla" sino la complejidad del sistema de control. Muchos helicópteros de turbina más grandes tienen un sistema llamado Force Trim que se usa para volver a centrar el cíclico a diferentes velocidades. Sin Force Trim, el piloto mantendría un cíclico de avance extremo a alta velocidad y un cíclico de popa extremo a velocidades bajas. Además, muchos modelos de helicópteros tienen varios enlaces para minimizar la retroalimentación del rotor y el sistema de control al cíclico. El molesto problema de "Stick-shake" puede mitigarse en gran medida mediante alguna forma de vínculo irreversible. Ambos sistemas aumentan la complejidad del sistema de control.

Es necesario permitir el control del "cerebro del piloto" relativamente rudimentario de un sistema de piloto automático, básicamente para ayudarlo con todas las respuestas cruzadas de las que normalmente se ocupa un ser humano con mucha, mucha práctica.

Puede ver que hay servos de piloto automático en el sistema, como se requiere para la certificación de piloto único IFR.