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lunes, septiembre 12, 2005

Helicópteros mágicos

Carátula de El Mañana Nunca MuereAyer domingo pusieron en la tele la película El Mañana Nunca Muere, la segunda con Pierce Brosnan como el inigualable James Bond. Cuando uno ve estas películas, tiene que asumir que va a ver gadgets cuya tecnología van más allá de la actual, como relojes de pulsera con un laser, coches con lanzamisiles, etc. Pero una cosa es "forzar" el estado del arte en este tipo de artefactos, y otra violar directamente las leyes de la física.

Hay una escena en la que 007 y la chica Bond de turno huyen en una motocicleta, perseguidos por un helicóptero. En un momento dado, al piloto del helicóptero se le ocurre la genial idea de inclinar el aparato hacia adelante de forma exagerada, hasta quedar casi vertical. Las aspas del rotor principal casi tocan el suelo y avanzan de forma amenazadora hacia los protas... Y esto es sencillamente imposible.

¿Cómo funciona un helicóptero? Muy fácil. Las aspas principales giran a gran velocidad, y las palas están algo inclinadas, de forma que se comporta como un ventilador gigante, cuyo empuje levanta el aparato del suelo. Hay un pequeño problema y es que por el principio de la conservación del momento angular, el helicóptero tiende a girar en sentido contrario al de las aspas. Para evitarlo se suele colocar un pequeño rotor en la cola, cuyo empuje se opone a este efecto. Además, controlando la velocidad de giro del rotor de cola (los que lo tienen), podemos hacer girar el helicóptero sobre el eje vertical.

Bueno, eso es muy fácil de entender, pero los helicópteros, además de girar sobre sí mismos, subir y bajar, pueden moverse en cualquier dirección. ¿Cómo lo hacen? Bien, las aspas del rotor principal no son fijas, sino que están montadas de forma que su inclinación puede variar. Cuanto más inclinación tenga el aspa con respecto al plano de giro, más empuje existirá (hasta llegar a un límite en el que el aparato entraría en pérdida). Es lo que se llama ángulo de ataque. Si las aspas no tuvieran inclinación, no habría empuje, y el helicóptero no se levantaría un palmo del suelo por muy rápido que giraran. De hecho, para ascender y descender, las aspas no giran más deprisa o más despacio, sino que varían su inclinación.

Además, las aspas pueden variar su inclinación dependiendo de la zona en la que se encuentren con respecto al aparato. Es decir, el piloto puede hacer que la inclinación de las aspas aumente cuando éstas pasen por una determinada zona en su recorrido, y sólo en esa zona. Así, si las aspas aumentan su inclinación cuando pasan por la cola, y disminuyen la inclinación cuando pasan por el morro, el empuje en la parte trasera será mayor que en la delantera, por lo que el aparato se inclinará hacia delante. Al estar inclinado en una dirección, el empuje del rotor principal ya no es perpendicular al suelo, sino que estará levemente inclinado, y por tanto, no sólo se opondrá a la gravedad, sino que lo empujará en la dirección en la que esté inclinado el helicóptero. Ya tenemos al helicóptero desplazándose

Gráfico que muestra como descomponer un vector en dos componentes perpendiculares entre síPodemos descomponer el vector fuerza del empuje del rotor, en dos componentes perpendiculares: una vertical, y otra horizontal. Parece bastante obvio que cuanto más inclinemos el aparato, mayor será la componente horizontal del empuje, por lo que el helicóptero se moverá más rápido, pero... ¡atención! al hacerlo estaremos disminuyendo la componente vertical, por lo que la sustentación será menor. Podemos aumentar el empuje total aumentando la inclinación de las aspas, pero ya hemos visto que hay un límite para ello. Esto quiere decir que el helicóptero no puede inclinarse todo lo que uno quiera, ya que superado cierto límite, entraría en pérdida y caería.

No dispongo de tablas con datos reales, pero parece de sentido común que ese límite ha sido más que superado en la escena de la película. El aparato está casí vertical, por lo que el empuje del rotor principal sería casi horizontal. Entonces ¿como demonios se sostiene en el aire? Es más, con una componente horizontal tan grande, el helicóptero debería desplazarse a toda velocidad, superando auténticos récords en estos aparatos.

7 comentarios:

  1. Tienes toda la razón en todo lo que dices, pero como siempre hay alguna maldita excepción. Hay un modelo ruso que puede hacer algo, pero no quedarse eternamente en vertical. Un Mil-¿?, pero no recuerdo con exactitud el modelo.

    Solo puede hacer la maniobra de voltear hacia arriba o abajo, mejor dicho ?Looping?. Lógicamente haciéndolo con suficiente altura (ya que la pierde), y sin poderse quedar tampoco boca abajo, para no entrar en perdida. Esta maniobra es imposible en cualquier otro modelo de helicóptero.

    Pero creo que esta excepción, tampoco soluciona la fantasía de la película.

    Animo con tu Block

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  2. Estoy de acuerdo en que la maniobra es imposible, pero creo que mezclas dos cosas que no tienen nada que ver. Que el rotor entre en pérdida depende exclusivamente del ángulo de ataque de las palas, más aún, como cada pala puede tener distinto ángulo, puede que algunas lo estén pero otras no. El helicóptero puede estar en posición vertical, avanzando a toda velocidad y cayendo a toda velocidad, por supuesto, pero las palas no están en pérdida. De hecho, si lo estuvieran, no generarían empuje y el helicóptero no avanzaría, se limitaría a caer.

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  3. Interesante matización. Yo estaba considerando que el entrar en pérdida era sencillamente el perder la sustentación, pero de todo el aparato.

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  4. Bueno, en este caso, tal como has explicado, simplemente la sustentación del rotor al inclinar todo el aparato deja de actuar en la dirección del peso y por tanto el helicóptero debería caer. Pero sigue habiendo sustentación.

    Por otro lado, normalmente no todo el aparato entra en pérdida de golpe. En los aviones, por ejemplo, hay situaciones en las que una semiala entra en pérdida mientras que la otra no lo está, causando la conocida (aunque luego casi nadie sepa lo que es) barrena. Además en el diseño de los aviones se procura que entren primero en pérdida las zonas del ala más cercanas al fuselaje, ya que de esta manera el piloto sigue teniendo control de los alerones, que normalmente están cerca del extremo del ala.

    Más info, como siempre, en la Wikipedia

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  5. Muy interesante, como todo el blog, pero por cierto, cada uno de los "brazos" de los rotores de los helicópteros se llama pala y no aspa. También hay que decir que el sistema del rotor de cola no es el único que existe para evitar el giro del aparato por el principio de la conservación del momento angular, ya que también existen los rotores en tandem (chinook) y los coaxiales (típicos de los helicópteros rusos).
    Bueno, un saludo y ánimo con el blog.

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  6. En tonces tampoco puede hacer un giro de 360 grados como en la película de RAMBO, donde un helicoptero ataca a otro por de tras después de dar un giro de 360 grados sobre él...?

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  7. Aspas ? Pues vaya ... no sabia que los molinos volasen y generasen sustentacion...

    Ah no, que hablas de helicópteros... entonces refierete a PALAS ( = Blade)

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