Aerodinámica del hover: IGE vs. OGE
Un helicóptero en hover no está simplemente "quieto en el aire". Está en vuelo motorizado, con el sistema de rotor generando un vector de empuje igual al peso de la aeronave. La potencia requerida para mantener el hover es el factor más importante en la planificación de desempeño del helicóptero.
El hover en efecto de suelo (IGE) ocurre cuando el helicóptero está aproximadamente a un diámetro de rotor de la superficie. El suelo interrumpe el downwash del rotor, reduciendo la resistencia inducida y la potencia requerida para mantener el hover. Un helicóptero puede requerir de 15 a 25 por ciento menos potencia para mantener hover IGE en comparación con OGE. Por eso un helicóptero a menudo puede mantener hover sobre un estacionamiento pero no puede mantenerlo sobre un edificio alto al mismo peso y altitud densidad.
El hover fuera del efecto de suelo (OGE) ocurre por encima de aproximadamente un diámetro de rotor. Sin la interferencia del suelo, el rotor debe trabajar más para producir el mismo empuje. La potencia de hover OGE es el número crítico de planificación — si sus cartas de desempeño muestran que no puede mantener hover OGE a su peso planeado y altitud densidad, no puede operar de forma segura sobre zonas elevadas de aterrizaje, pináculos o áreas confinadas donde el efecto de suelo puede no existir.
Las cartas de desempeño en el rotorcraft flight manual (RFM) muestran los techos de hover IGE y OGE como función del peso bruto, la altitud de presión y la temperatura. Use siempre estas cartas antes de cada vuelo. El margen entre la capacidad IGE y OGE se estrecha a altos pesos brutos y altas altitudes densidad — ahí es donde ocurren los accidentes.
Autorotation: el procedimiento crítico de emergencia
La autorotation es el estado de vuelo en el que el sistema de rotor es impulsado enteramente por fuerzas aerodinámicas resultantes del flujo de aire hacia arriba a través del disco del rotor — no por la potencia del motor. Es el equivalente en helicóptero a un planeo con motor apagado en una aeronave de ala fija, y es el procedimiento de emergencia más importante que aprenderá un piloto de helicóptero.
Al fallar el motor o desconectarse la transmisión, el piloto debe bajar inmediatamente el collective para reducir el pitch de las palas y mantener las RPM del rotor. Esto no es opcional y no debe demorarse. Si las RPM del rotor decaen por debajo del rango mínimo de operación, el sistema de rotor ya no puede producir sustentación adecuada y el helicóptero se vuelve incontrolable. El tiempo disponible para reaccionar varía por tipo de helicóptero, pero típicamente es de dos a cuatro segundos.
Durante el descenso en autorotation, el disco del rotor se divide en tres regiones: la región impulsada (porción exterior, que produce resistencia), la región impulsora (porción media, que produce la fuerza autorrotativa) y la región de pérdida (porción interna cerca del cubo, donde las palas están en pérdida). El piloto gestiona la velocidad (típicamente 50 a 70 nudos según el tipo) para mantener las RPM óptimas del rotor y lograr la mejor distancia de planeo o la mínima tasa de descenso.
El flare y el cushion al final de la autorotation convierten la inercia del rotor en sustentación para un toque controlado. Esto requiere temporización precisa — flare muy temprano y se queda sin energía del rotor antes del toque, flare muy tarde y impacta a velocidad excesiva. La proficiencia requiere práctica regular, y los estándares prácticos de la FAA exigen demostración de autorotation con power recovery o toque completo.
Settling with power y retreating blade stall
El settling with power (vortex ring state) ocurre cuando un helicóptero desciende hacia su propio downwash. Las condiciones que lo producen son una tasa de descenso vertical o casi vertical superior a 300 FPM, velocidad por debajo del effective translational lift (típicamente por debajo de 15 a 20 nudos) y potencia aplicada (pero insuficiente para detener el descenso). Los vórtices de la punta del rotor recirculan a través del disco del rotor, destruyendo la sustentación en las secciones internas de las palas.
La recuperación del settling with power requiere que el piloto mueva el cyclic hacia adelante para ganar velocidad y salir del vortex ring, o si la altitud lo permite, entrar en autorotation completa para cambiar el patrón de flujo de aire a través del disco del rotor. Agregar collective (potencia) por sí solo no resolverá el problema — típicamente empeora la condición al aumentar la recirculación. Este peligro es más común durante aproximaciones a áreas confinadas, operaciones con carga externa y cualquier maniobra que requiera un descenso pronunciado y lento.
El retreating blade stall ocurre a altas velocidades hacia adelante. Mientras el helicóptero vuela hacia adelante, la pala que avanza (moviéndose en el viento relativo) ve una velocidad mayor mientras la pala que retrocede (moviéndose con el viento relativo) ve una velocidad menor. Para equilibrar la sustentación a través del disco, la pala que retrocede aumenta su ángulo de ataque. A una velocidad suficientemente alta, la pala que retrocede excede su ángulo crítico de ataque y entra en pérdida.
El retreating blade stall se manifiesta como vibración, tendencia a levantar el morro y un momento de rolido hacia el lado de la pala que retrocede. La recuperación requiere reducir velocidad, reducir collective (descargando el rotor) y reducir cualquier ángulo de inclinación. Este es el factor principal que limita la velocidad máxima hacia adelante del helicóptero (VNE).
Pérdida de efectividad del rotor de cola y guiñada inesperada
La pérdida de efectividad del rotor de cola (LTE) se refiere a condiciones donde el rotor de cola no puede proporcionar empuje antitorque suficiente para mantener el control direccional. El FAA Advisory Circular AC 90-95A identifica tres fenómenos aerodinámicos que contribuyen al LTE: interferencia del vórtice del disco del rotor principal con el rotor de cola, inestabilidad de veleta y vortex ring state del rotor de cola.
El LTE es más peligroso a baja velocidad y ajustes de alta potencia, exactamente las condiciones encontradas durante hover, despegue y aproximación. Las direcciones específicas del viento relativo que aumentan el riesgo de LTE (para un rotor principal que gira en sentido antihorario, que es el estándar de EE. UU.) son: vientos desde la parte trasera izquierda (210 a 330 grados relativos) causan interferencia del vórtice del rotor principal, vientos desde la parte delantera izquierda (285 a 315 grados relativos) pueden causar inestabilidad de veleta, y vientos desde la derecha (120 a 240 grados relativos) pueden causar vortex ring state del rotor de cola.
El término "guiñada inesperada" describe la guiñada súbita e inesperada que ocurre cuando se encuentra LTE. El piloto debe aplicar inmediatamente pedal opuesto completo, reducir potencia (bajar collective) y, si la altitud y velocidad lo permiten, ganar velocidad hacia adelante. En muchos accidentes de LTE, el piloto no tenía altitud suficiente para recuperarse — el helicóptero entró en una rotación incontrolada e impactó el suelo.
La prevención es la mejor estrategia: mantenga conciencia de la dirección del viento relativa al helicóptero, evite virajes en hover con viento de cola, mantenga márgenes de altitud y velocidad durante operaciones a baja velocidad, y esté preparado para responder de inmediato a cualquier guiñada inesperada.
Operaciones en áreas confinadas y pináculos
Las áreas confinadas son zonas de aterrizaje rodeadas de obstáculos que restringen las trayectorias de aproximación y salida. Antes de entrar a un área confinada, el piloto debe realizar un high reconnaissance (evaluando el área desde altitud), un low reconnaissance (evaluando vientos, obstáculos y la superficie a corta distancia) y confirmar que el helicóptero pueda mantener hover OGE al peso planeado y altitud densidad — porque el efecto de suelo puede verse comprometido por terreno en pendiente u obstáculos.
La aproximación a un área confinada debe planearse para proporcionar el máximo margen de potencia y la mejor ruta de escape si se requiere un go-around. El piloto debe identificar el "punto de decisión" — el punto durante la aproximación donde todavía es posible un go-around — y comprometerse a abortar si la aproximación no está estabilizada en ese punto.
Las operaciones en pináculos y crestas presentan desafíos únicos. No hay efecto de suelo en un pináculo (el terreno cae por todos lados), los vientos a menudo son turbulentos e impredecibles debido a la turbulencia mecánica del terreno y las rutas de escape son limitadas. El helicóptero debe tener capacidad de hover OGE a la elevación del pináculo.
La dirección del viento es crítica en operaciones de pináculo. Aproxime contra el viento cuando sea posible y tenga presente que los vientos en una cresta pueden ser significativamente diferentes de los vientos a elevaciones más bajas. La turbulencia mecánica, el rotor wash de terreno cercano y las corrientes descendentes en el sotavento de una cresta pueden reducir el margen de potencia y control disponible. Muchos accidentes en pináculos involucran pérdida de control durante el hover o la salida cuando el helicóptero encuentra una corriente descendente o un cambio de viento inesperado.
FARs específicas de helicóptero: Part 91, Part 135 y Part 137
El Part 91 contiene varias secciones específicas para rotorcraft. 14 CFR 91.119 permite a los helicópteros operar por debajo de las altitudes mínimas prescritas para aeronaves de ala fija, siempre que la operación se realice sin peligro para personas o propiedades en la superficie. Esta exención es crítica para muchas misiones de helicóptero, pero no elimina la responsabilidad del piloto de mantener una altitud segura.
14 CFR 91.126 a 91.131 abordan operaciones en varios tipos de aeropuerto. Los helicópteros pueden evitar el patrón de tránsito de ala fija si el rumbo del helicóptero evita el flujo del tránsito de ala fija — pero esto requiere coordinación y conciencia situacional. También pueden aplicarse procedimientos de atenuación de ruido específicos para helicópteros en ciertos aeropuertos.
El Part 135 de operaciones on-demand con helicópteros tiene requisitos adicionales. Part 135 Subpart L cubre operaciones de helicopter air ambulance (HAA), incluyendo equipamiento requerido, mínimos meteorológicos, requisitos del centro de control operacional, análisis de riesgo previo al vuelo y niveles de experiencia del pilot-in-command. Estas reglas fueron fortalecidas significativamente después de una serie de accidentes de HAA que motivaron acción de la FAA.
El Part 137 cubre operaciones de aeronaves agrícolas, y muchas operaciones agrícolas se realizan con helicóptero. El Part 137 permite operaciones sobre áreas congestionadas con una waiver, permite operaciones de dispersión a altitudes por debajo de los mínimos del Part 91 y requiere un certificado de piloto agrícola y capacitación específica. Las operaciones agrícolas con helicóptero combinan los desafíos del vuelo a baja altitud, las cargas externas y la dispersión química con la complejidad inherente del vuelo en rotorcraft.