Helicóptero

Rotores de helicóptero y sustentación

Los rotores de helicóptero tienen forma de aerofoil, como las alas de los aviones, y proporcionan sustentación por el mismo principio. Sin embargo los helicópteros, al contrario que los aviones, pueden volar en cualquier dirección e incluso detenerse en el aire. Esto es debido al modo en que están montados los rotores. El movimiento de las palas a través del aire produce una fuerza elevadora o de sustentación, suficiente para compensar el peso y la resistencia del aparato. El ángulo con el que la pala corta el aire se llama ángulo de ataque. Al variar el ángulo de ataque el helicóptero sube o baja. El piloto también puede ajustar el plano de revolución del rotor para conseguir empuje en cualquier dirección. Unas bisagras especiales, llamadas bisagras de batimiento, permiten a la pala absorber las diferencias de flujo de modo que el empuje es uniforme y el helicóptero no se balancea. Según gira el rotor, la pala que avanza sube y la pala que retrocede baja (abajo a la derecha).

Helicóptero, aparato más pesado que el aire que no se eleva utilizando alas fijas como las de los aeroplanos convencionales, sino mediante uno o varios rotores motorizados que giran alrededor de un eje vertical situado sobre el fuselaje. Los helicópteros pueden elevarse y descender verticalmente, permanecer en una posición determinada y moverse hacia adelante, hacia atrás o hacia los lados. El helicóptero fue el primer tipo de aparato más pesado que el aire capaz de realizar un vuelo vertical. Se diferencia del autogiro, otra clase de aeronave con alas giratorias, en que el rotor proporciona sustentación, propulsión y casi todo el control de vuelo.

El rotor de un helicóptero tiene normalmente dos o más palas dispuestas simétricamente alrededor de un buje o eje central que las sujeta durante el giro. El rotor está impulsado por un motor, por lo general situado en el fuselaje, a través de unos engranajes que reducen la velocidad de rotación por debajo de la velocidad del motor. Una característica importante del diseño de los helicópteros es el desarrollo de sistemas para contrarrestar el par de fuerzas o fuerza de reacción que se produce cuando la rotación del rotor en un sentido tiende a girar el fuselaje en la sentido contrario (véase Momento de una fuerza). La forma más común de sistema antipar es un pequeño propulsor, similar al propulsor de un aeroplano, colocado en la cola del helicóptero sobre un eje lateral, en tal posición que empuja la cola hacia un lado. Otros tipos de helicóptero usan rotores principales acoplados que giran en sentidos opuestos y neutralizan automáticamente el par de fuerzas del otro. En algunos helicópteros, los rotores acoplados están colocados uno encima del otro en un mismo eje, mientras que en otros están situados sobre montantes en un lateral del fuselaje o delante y detrás del fuselaje. Los helicópteros experimentales han utilizado pequeños motores de propulsión a chorro colocados en los extremos de las palas del rotor para proporcionar potencia y eliminar el par de fuerzas.

Diseño de helicópteros

Un helicóptero se compone de un cuerpo principal llamado fuselaje, un sistema de rotores (que incluye los ejes y los controles de inclinación), y el tren de aterrizaje. Todos los modelos de helicóptero tienen que compensar el par de torsión, que hace que el fuselaje gire en dirección opuesta al rotor. En helicópteros con un solo rotor se usa una pequeña hélice vertical en la cola, mientras que en helicópteros con dos rotores se hace girar a cada uno en dirección opuesta para que se compensen. Como los helicópteros permiten un movimiento vertical suave y controlado su tren de aterrizaje es mucho más simple que el de los aviones.

Cuando el helicóptero se eleva o desciende en vertical, existe la misma sustentación en todas las palas del rotor, porque todas se mueven a la misma velocidad. Pero cuando el aparato se desplaza hacia adelante (o en cualquier dirección horizontal), la sustentación en algunas palas es mayor que en otras. En cada ciclo varía la velocidad de las palas, dependiendo de si el sentido de rotación es el mismo o contrario al del movimiento del helicóptero. La velocidad del aire en un punto determinado de una pala es igual a su velocidad de rotación en ese punto, más la velocidad de avance del helicóptero durante la mitad del ciclo, menos la velocidad de avance durante la otra mitad. Por tanto, si las palas estuvieran fijas en posición horizontal, el grado de sustentación que proporcionaría cada pala variaría durante el ciclo porque la sustentación aumenta al hacerlo la velocidad del aire, y el helicóptero se inclinaría hacia un lado. Para evitar esta forma de inestabilidad, casi todos los helicópteros de rotor único tienen palas de batimiento. Las palas están articuladas cerca del buje de forma que cada pala sube cuando se mueve a más velocidad para reducir la sustentación y baja cuando la velocidad es menor para aumentar la sustentación. Así se anula el efecto de la variación de la velocidad.

Los helicópteros se pueden mover en cualquier dirección girando el rotor en la dirección deseada. El giro del rotor altera la sustentación, que pasa de ser totalmente vertical a una combinación de horizontal y vertical. Para girar el helicóptero, el rotor se inclina primero en la dirección de giro, y luego el impulso del propulsor de cola se cambia para girar el fuselaje en la dirección deseada. El ascenso y el descenso del helicóptero se controlan aumentando o reduciendo la velocidad del rotor, la incidencia de las palas del rotor o ambas. Si se produce un fallo de alimentación, el rotor del helicóptero se suelta e inicia una autorrotación igual que el rotor de un autogiro, manteniendo una sustentación suficiente para que el aparato descienda despacio y no se produzca un choque que sería catastrófico.

USOS

Un helicóptero en la ciudad

Los helicópteros, versátiles y maniobrables, se usan para controlar el tráfico, obtener imágenes aéreas, para realizar servicios de rescate, y para llevar ejecutivos a reuniones. Son muy útiles en las ciudades porque pueden maniobrar en lugares accidentados y aterrizar en espacios muy reducidos.

El helicóptero posee dos ventajas principales sobre el avión convencional: la capacidad de volar lentamente o estacionarse en el aire y la capacidad de despegar y aterrizar en un espacio reducido. Los aeropuertos para helicópteros se denominan helipuertos. Uno de los usos no militares más importantes del helicóptero es la búsqueda y el rescate de personas perdidas, sobre todo en el mar y en regiones montañosas. Los helicópteros pueden rescatar a personas de balsas salvavidas, del saliente de una montaña y de otros lugares peligrosos. Si la zona es demasiado pequeña para el aterrizaje, puede bajarse una escalera de cuerda desde el helicóptero mientras éste permanece estacionado en el aire, o puede izarse a quien se rescata mediante una manivela con cable y arneses. Los helicópteros permiten un traslado rápido y seguro al hospital o a cualquier otro centro. Además, este aparato puede utilizar en el mar las cubiertas de embarcaciones pequeñas y despegar desde un tejado en el centro de una ciudad congestionada. Como el helicóptero puede estacionarse en el aire y volar tan despacio como se desee, también es un medio eficaz para la inspección de tuberías y tendidos eléctricos desde el aire. Son sobre todo valiosos para el suministro de las plataformas petroleras y de extracción de gas marítimas.

Helicóptero naval

Un helicóptero militar aterriza en un portaaviones. Esta máquina está dotada de flotadores y un cabrestante (a la izquierda de la imagen, saliendo del cuerpo del helicóptero). Se emplea en operaciones de búsqueda y rescate en alta mar.

Al igual que el avión convencional, el helicóptero puede manejarse mediante instrumentos durante la noche y en condiciones climáticas adversas. Cuenta con la ventaja añadida de una mayor seguridad gracias a su maniobrabilidad y a su velocidad controlable. Los helicópteros se usan con excelentes resultados como patrullas contra incendios en zonas forestales, para fumigar insecticidas sobre las cosechas, para prospecciones aéreas y para plantar semillas para reforestación y control de la erosión. También se utilizan para el transporte de pasajeros y, en algunas grandes ciudades, para el servicio de correos, a veces transportando correo desde el aeropuerto hasta la azotea de la oficina postal. El tamaño de los helicópteros oscila desde el de un único pasajero hasta los grandes aparatos con varios motores que transportan cincuenta pasajeros o más.

Los helicópteros militares se utilizan en aplicaciones similares y también para combate y defensa antisubmarina. Se han diseñado helicópteros especiales para el transporte de equipos pesados. Estas grúas voladoras, como se las denomina, se han utilizado para colocar torres y conductos para transmisión de energía eléctrica en zonas inaccesibles y para recuperar equipos militares en lugares en guerra. Desde el punto de vista económico, las grandes limitaciones del helicóptero son su reducida velocidad máxima de avance, de unos 320 km/h, su complejidad mecánica y el consecuente coste elevado por pasajero y kilómetro. Los helicópteros destinados a usos comerciales están limitados en la actualidad a distancias de vuelo de 160 km o menos.

HISTORIA

Helicóptero Sikorski VS-300

Igor Sikorski, el pionero de la ingeniería aeronáutica, pilota su helicóptero de 75 caballos durante su primer vuelo vertical controlado en 1939. El ingenio, dotado con un rotor de inclinación variable, subió 9,5 metros, voló otros 60 y bajó de nuevo. Dos diminutos rotores adicionales en la trasera del fuselaje actuaban como elevadores, para subir o bajar la cola, y un tercero servía de timón.

Se cuenta que en la antigua China había un juguete que se accionaba a mano, al que a veces se llamaba “trompo volador” y que se elevaba al tiempo que giraba rápidamente. Pero lo más probable es que la primera persona que contempló la posibilidad de un helicóptero con suficiente potencia como para transportar a un ser humano, y que de hecho experimentó con modelos diseñados por él, fue el artista, ingeniero y arquitecto italiano del siglo XV Leonardo da Vinci, quien hacia el año 1500 hizo dibujos donde se ve un artefacto volador con un rotor helicoidal. Leonardo había pensado usar la fuerza muscular para mover el rotor, pero esta energía nunca habría sido suficiente para poner en funcionamiento un helicóptero de este tipo.

Entre quienes experimentaron durante el primer cuarto del siglo XX se encuentran los franceses Maurice Léger, Louis Charles Bréguet, Étienne Oehmichen y Paul Cornu, el húngaro-estadounidense Theodor von Karman, Raoul Pescara en España, Jacob Christian Ellehammer en Dinamarca, Igor Sikorski en Rusia y Emile Berliner y su hijo Henry en Estados Unidos. El ruso George DeBothezat y su colaborador Ivan Jerome desarrollaron un aparato de cuatro rotores para las Fuerzas Aéreas de Estados Unidos. Corradino d’Ascanio en Italia, Oscar von Asboth en Hungría y otros más se enfrentaron a los numerosos problemas de la sustentación vertical. El helicóptero Berliner fue probablemente el primer aparato que realizó un vuelo controlado utilizando rotores motorizados. La distancia era tan sólo de unos 90 m y la altura de unos 4,6 m, pero el helicóptero se movía a voluntad del piloto, Henry Berliner. La invención de la pala de rotor de batimiento, articulada para su autogiro, del español Juan de la Cierva, hizo posible el desarrollo de helicópteros útiles.

El primer helicóptero capaz fue una máquina de dos rotores diseñada por el ingeniero alemán Heinrich Focke que voló en 1936. En 1939 el ingeniero aeronáutico Igor Sikorski, que por aquel entonces se había nacionalizado en Estados Unidos, puso en vuelo un aparato de un único rotor, el VS-300. Su sucesor, el XR-4, realizó el primer vuelo por el campo desde Stratford, Connecticut, hasta las proximidades de Dayton, Ohio, cubriendo unos 1.225 km del 13 al 17 de mayo de 1942.

En 1967, dos helicópteros Sikorski HH-3 hicieron el primer vuelo transatlántico de Nueva York a París repostando en el aire. El Lockheed AH-56A experimental y el Piasecki Pathfinder-3 fueron los primeros modelos que lograron velocidades superiores a los 400 km/h. En la guerra de Vietnam, las fuerzas estadounidenses utilizaron unos 2.000 helicópteros para evacuar heridos, transportar personal y carga, observar las actividades del enemigo y disparar fuego antiaéreo.

Aún no se ha demostrado que resulte económico utilizar el helicóptero para el transporte comercial en distancias superiores a 400 km. En este campo el helicóptero tiene que competir con los aviones de despegue vertical y de despegue corto. Algunos diseños avanzados de helicópteros cuentan con alas cortas supletorias y propulsión de sentido directo además de un rotor principal y otro de cola. Podrían transportar pasajeros a velocidades de crucero de unos 425 km/h, si resultaran viables.

Submarino

Submarino Vladivostok

La tripulación del submarino Vladivostok se reúne en cubierta para disfrutar de uno de sus escasos momentos en superficie. Este submarino, cuyo nombre proviene de una importante base naval fundada por los rusos en 1860, pasa la mayor parte del tiempo patrullando bajo el agua y realizando otras misiones. Aunque un tripulante puede pasar sumergido unos 60 días bajo el agua, los submarinos modernos tienen aire acondicionado y generalmente disponen de bibliotecas y salas de juego para aliviar la monotonía.

Submarino, nave diseñada para operar bajo el agua. Cuando son utilizadas para la guerra submarina, estas embarcaciones van equipadas con misiles y torpedos, que constituyen su armamento principal. El submarino moderno es un recinto estanco, cuyo casco está soldado y tiene forma cilíndrica con los extremos convexos. Una cámara interior llamada casco presurizado, diseñado para soportar las inmensas presiones de las grandes profundidades oceánicas, ocupa casi todo el espacio. El resto contiene los tanques de lastre situados en una cámara exterior. Del casco se eleva una estructura llamada torrecilla que, en el caso de un submarino nuclear moderno, contiene los periscopios, el radar, las antenas de radio, la chimenea de ventilación y los timones de inmersión. Mientras el submarino se halla en la superficie, la torrecilla se utiliza como puente de mando. Al sumergirse, éste se transfiere a la sala de control, que se encuentra dentro del casco presurizado, justo bajo la torrecilla.

Para sumergir el submarino se introduce agua en los tanques de lastre hasta que se alcanza la profundidad deseada. La vuelta a la superficie se consigue inyectando aire comprimido dentro de esos tanques para expulsar el agua. En la proa o en la torrecilla y en la popa se encuentran los timones de inmersión, superficies horizontales que proporcionan estabilidad a la nave durante su ascenso o descenso.

Submarino

Los torpedos de los submarinos militares denominados naves de ataque son disparados desde cañones horizontales situados en la proa. En las llamadas naves de misiles, el arma principal son los misiles balísticos de medio o largo alcance, que se disparan desde cañones verticales situados en el centro del submarino.

PRIMEROS SUBMARINOS

La primera nave submarina desarrollada con éxito fue un barco de remos hecho de madera cubierto de cuero. Fue construido en Inglaterra hacia 1620 por el inventor holandés Cornelis Drebbel. Según las crónicas de la época, este barco transportó a doce remeros y a varios pasajeros en una serie de viajes bajo el río Támesis, de varias horas de duración. Además, Drebbel utilizó tubos de aire mantenidos en la superficie del agua por flotadores, para asegurar el necesario suministro de oxígeno al barco mientras éste se encontraba bajo el agua.

El primer submarino utilizado en una operación militar tenía forma de huevo y sólo transportaba a una persona. Fue llamado La Tortuga e inventado en la década de 1770 por el ingeniero estadounidense David Bushnell. Esta nave era propulsada por dos dispositivos parecidos a tornillos que se hacían funcionar de forma manual: se sumergía cuando una válvula permitía entrar el agua de mar en un tanque de lastre y se elevaba cuando el agua era expulsada por una bomba manual. La nave se mantenía en posición vertical gracias a unos lastres de plomo. Como no tenía ninguna fuente de oxígeno mientras estaba bajo la superficie, sólo podía sumergirse durante media hora. Durante la guerra de la Independencia estadounidense fue usado en un ataque fallido contra un barco británico anclado en el puerto de Nueva York.

En 1800, el inventor estadounidense Robert Fulton construyó un submarino de 6,4 m al que llamó Nautilus. Su forma era similar a la de los submarinos modernos. Fulton introdujo en su nave dos importantes innovaciones: timones horizontales y verticales, y el uso del aire comprimido como fuente de oxígeno durante la inmersión. Al sumergirse, el Nautilus se desplazaba mediante una hélice de cuatro aspas alimentada de forma manual. En la superficie, el barco se desplazaba gracias a unas velas sujetas a un mástil plegable.

Durante la Guerra Civil estadounidense el Ejército Confederado construyó cuatro naves sumergibles que utilizó para luchar contra la flota de la Unión. En 1864 el submarino confederado Hunley hizo explotar el USS Housatonic en el puerto de Charleston (Carolina del Sur), pero resultó también destruido en la explosión.

En la segunda mitad del siglo XIX hubo numerosos intentos para obtener una forma de propulsión eficiente bajo el agua. En 1885, el científico español Isaac Peral ideó un motor eléctrico alimentado por unos acumuladores inventados por él mismo. Varios años antes, en 1864, el también inventor español Narciso Monturiol había desarrollado con éxito un sistema de propulsión a vapor en su segundo submarino, Ictíneo. Los científicos investigaban con fuentes de energía como el aire comprimido, el vapor y la energía eléctrica. El primer submarino realmente práctico, con una fuente de energía eficiente, fue creado por el estadounidense John Philip Holland, quien utilizó un sistema de propulsión dual. Fue botado en 1898 y disponía de un motor de gasolina para moverse en la superficie y de un motor eléctrico para hacerlo bajo el agua. La nave, de unos 16,2 m, fue comprada por el gobierno estadounidense en 1900 y bautizada como USS Holland.

SUBMARINOS DEL SIGLO XX

El ingeniero estadounidense Simon Lake hizo varias contribuciones que aún perduran en los submarinos actuales, destacando la superestructura de inundación libre, que diseñó en 1898. En 1906 los alemanes utilizaron motores diesel en submarinos (véase Motor de combustión interna). Con la invención del radar y del torpedo autopropulsado, el submarino se convirtió en un elemento fundamental de las fuerzas navales. Su efectividad bélica quedó demostrada en el transcurso de la I Guerra Mundial, cuando los submarinos alemanes, llamados U-boats, se emplearon contra los barcos mercantes y de guerra aliados. Sus éxitos forzaron la invención de las cargas de profundidad.

Entre este conflicto y la II Guerra Mundial se realizaron varias mejoras en el diseño y en el funcionamiento de los submarinos. Se inventaron los dispositivos acústicos de comunicación y detección de las naves enemigas (véase Sonar; Ultrasónica). Dispositivos de rescate como el pulmón Momsen (un equipo ligero de respiración) se hicieron obligatorios, para que la tripulación lo usara en caso de emergencia. Al iniciarse la II Guerra Mundial, un submarino estadounidense común podía desarrollar una velocidad de 18 nudos en superficie, propulsado por motores diesel, y de 8 nudos bajo el agua con motores eléctricos. Las operaciones submarinas se veían limitadas en el tiempo por la carga máxima admisible por las baterías; por eso, los submarinos estaban obligados a ascender de forma regular.

Durante la II Guerra Mundial los alemanes introdujeron la chimenea de ventilación, que permite que un submarino recargue sus baterías mientras está sumergido a la profundidad del periscopio. Esta chimenea consiste en un tubo largo que sobresale de la superficie del mar en el que se encuentran unos conductos de entrada que suministran oxígeno al motor y conductos de salida para los gases de la combustión. Este dispositivo extendió el alcance de los submarinos de modo sustancial. En 1950, un submarino con chimenea de ventilación logró un récord de navegación submarina al hacerlo desde Hong Kong hasta Honolulú: recorrió una distancia de 8.370 kilómetros en 21 días.

En 1953 se construyó el USS Albacore con un nuevo tipo de casco en forma de gota. Este casco incrementaba tanto la velocidad durante la inmersión que casi todos los submarinos posteriores se han construido con esta forma.

En 1954 se incorporó a la flota británica el HMS Explorer, que se propulsaba por turbinas cuyo combustible era el peróxido de hidrógeno, lo que permitió extender nuevamente el alcance de las inmersiones.

SUBMARINOS NUCLEARES

Submarino nuclear

Los submarinos nucleares consumen pequeñas cantidades de energía y apenas hacen ruido. Como llevan a bordo su fuente de energía pueden viajar unos 640.000 kilómetros sin repostar. El reactor nuclear proporciona energía en forma de calor que es convertido en electricidad por los generadores del compartimento de motores. Una hélice propulsa al submarino a través del agua y los timones horizontales guían al submarino en sus maniobras. En la torreta están el periscopio y otras cámaras que proporcionan a la tripulación información sobre la superficie cuando el submarino se encuentra a salvo debajo del mar. Un submarino moderno puede llevar varios misiles, torpedos o cabezas nucleares. Éstas pueden ser disparadas bajo el agua hacia objetivos que se encuentran a a miles de kilómetros de distancia (en el dibujo no se muestran los cañones de lanzamiento).

La innovación más revolucionaria en la navegación submarina llegó con la aplicación de la energía nuclear a la propulsión de los submarinos. El primer submarino nuclear, el Nautilus, se botó en 1954 y estuvo en servicio activo al año siguiente. En 1955, durante una travesía experimental, el submarino navegó en completa sumersión desde Nuevo Londres (Connecticut) hasta San Juan de Puerto Rico: recorrió 2.170 km en 84 horas. Su velocidad de crucero durante la inmersión fue de 20 nudos, con una autonomía prácticamente ilimitada. En agosto de 1958, el Nautilus realizó la primera travesía submarina del polo norte, atravesándolo bajo el casquete polar, desde Point Barrow (Alaska) hasta un punto situado entre Spitsbergen (Noruega) y Groenlandia. Más tarde, ese mismo mes, el USS Skate, otro submarino nuclear botado el año anterior, alcanzó junto al USS Seawolf y el USS Swordfish el polo norte, en un viaje de exploración. El Seawolf fijó un nuevo récord de resistencia bajo el agua en 1958: 60 días entre el 7 de agosto y el 6 de octubre.

En 1956 se botó el USS Skipjack. Éste era un submarino nuclear con un solo propulsor que, además, tenía el casco con la forma de gota que inauguró el Albacore. Al iniciarse la década de 1960 entraron en funcionamiento versiones más desarrolladas del Skipjack: los submarinos de clase Thresher. Pero el 10 de abril de 1963 el USS Thresher, con una tripulación de 129 personas, desapareció durante unas pruebas de inmersión profunda en el océano Atlántico, a unos 400 km al este de Boston. Tras la tragedia se intensificaron los estudios y se aplicaron una serie de innovaciones en el diseño y en el rescate submarino (véase Exploración de las profundidades marinas; Buceo).

En 1960 se construyeron en Estados Unidos los primeros submarinos que transportaban y lanzaban misiles balísticos de combustible sólido (SLBM, del inglés solid-propellant submarine-launched ballistic missiles). Estos misiles de cabeza nuclear (misiles Polaris) pueden alcanzar objetivos situados a 4.000 km de un submarino sumergido. A mediados de la década de 1960, la Marina estadounidense desarrolló un misil antisubmarino de gran alcance guiado por inercia. Este misil podía ser disparado por los cañones para torpedos de cualquier submarino. A finales de la década de 1960, los misiles Polaris fueron sustituidos en parte por un nuevo tipo de SLBM de más largo alcance: el misil Poseidón, que puede transportar hasta diez cabezas nucleares. Véase también Cohete.

A finales de la década de 1970, Estados Unidos aceleró el desarrollo del sistema Trident I, sucesor de los Polaris y los Poseidón. El Trident I incluye un nuevo tipo de submarino nuclear de la clase Ohio equipado con 24 cañones de lanzamiento; cada cañón contiene un ICBM con un alcance de 7.400 kilómetros. En 1981 fue botado y puesto en servicio activo el primer submarino de este tipo, el USS Ohio.

En 1988, Estados Unidos tenía 132 submarinos en activo, casi todos propulsados por reactores nucleares. Estos reactores permiten realizar travesías de 640.000 km sin repostar. Se estima que la Unión Soviética poseía unos 120 submarinos nucleares, 48 de los cuales tenían misiles de crucero; el resto disponía de misiles teledirigidos.