Por: Alberto Mario Olivares Ortega 

Si hablamos de ingeniería aeroespacial y sus momentos más destacados en la historia fácilmente, sale a colación los 12 segundos de vuelo de los hermanos Wrigth o la hazaña de Amelia Earhart al ser la primera piloto en atravesar el Atlántico en solitario. Después de todo, el sueño de los humanos de volar se remonta al mito de Ícaro en la Antigua Grecia, pero un momento que realmente cambió la historia de la ingeniería aeroespacial fue el primer modelo de una máquina voladora diseñada por Leonardo Da Vinci, el cuál tristemente nunca hubiese podido volar.

Figura 1: Máquina voladora de Da Vinci. Tomado de: Un repaso por los inventos de Da Vinci a 500 años de su muerte, Ámbito (2019)

La máquina voladora de Da Vinci es lo que se conoce como el helicóptero más antiguo de la historia. Su modelo tenía 2 problemas graves, siendo estos que diseñó la hélice con una orientación que no crearía una fuerza de sustentación, sino que lo empujaría hacía el suelo y no diseñó un sistema de control aéreo, siendo que lo más similar a un sistema de control de vuelo eran unas pesas a los costados que podrían ser soltadas para darle dirección. A pesar de ello, su idea dio paso al avance tecnológico que nos concierne, el rotor.

Figura 2: Rotor de helicóptero. Tomado de: Wikipedia.org

¿Qué es un rotor?

El rotor hace referencia al elemento móvil de una máquina giratoria, cuyo movimiento puede ser en torno a su eje propio, como es el caso de motores eléctricos, o bien, puede ser un movimiento compuesto de rotación y de revolución en torno al eje, como en el caso de los sistemas de pistón en los motores en V.

La Fuerza de sustentación

Se denomina de esta manera a la reacción que tiene un fluido debido a una diferencia de presión. Para la aeronáutica esa diferencia de presión se debe al efecto Bernoulli, el cual relaciona la presión de un punto del flujo (en nuestro caso aire) con la velocidad a la que este fluye manteniendo la relación entre estás 2 variables constante, que para efectos de los rotores se ve cuando las paletas de las hélices giran a alta velocidad haciendo que arriba de estas el aire no ejerza tanta presión como en la parte inferior.

Figura 3: Fuerza de sustentación. Tomado de: mecanicadefluidos10b.blogspot.com

¿Por qué no solo uno?

Llegados a este punto esta pregunta debe de estar circulando en su mente.  Bueno, la respuesta viene de mano de uno de los físicos más influyentes de la historia: Sir Isaac Newton. Entre sus postulados más conocidos están las leyes del movimiento, específicamente la tercera ley, las cuales nos hablan de cómo se rigen las interacciones entre cuerpos.

Para este caso nos enfocaremos en la acción y la reacción, siendo esta la antes mencionada tercera ley, cuando el rotor hace girar las hélices en sentido antihorario estás generan un torque en dicha dirección, pero a su vez genera una reacción por parte del fuselaje que termina por girar al lado opuesto en la misma medida. El movimiento resultante de esta situación sería de rotación alrededor de su eje, para evita esta situación y permitir así que los helicópteros puedan suspenderse en el aire, se introduce un rotor cuyo efecto sea opuesto al principal. Algunas de las soluciones más comunes son las siguientes:

Rotor de cola: esta es la configuración más reconocible de todas, consta de agregar un rotor a la altura del fuselaje, este rotor se sitúa en una prolongación de este mismo que se extiende a una mayor distancia de las hélices principales, su efecto es un empuje perpendicular a la dirección de giro de este contrarrestando así la reacción del fuselaje.

Figura 4: Rotor de cola. Tomado de: ciencia.estudiaeneuropa.eu

Rotor encapsulado: las mayores diferencias de esta configuración respecto a la anterior radican en la protección que reciben las paletas, las cuales dejan de estar expuestas, y la disminución del ruido que realizan al funcionar.

Figura 5: Rotor encapsulado. Tomado de: TMAS Aviación

Sistema NOTAR: esta configuración recibe su nombre de la abreviatura en inglés para no tail rotor que significa sin rotor de cola. Este funciona con una corriente de aire a alta presión que es expulsada desde la cola por acción de un ventilador de alta potencia que es desplazado por el motor del helicóptero.

Figura 6: Sistema NOTAR. Tomado de: TMAS Aviación

Rotores gemelos en tándem: esta configuración destaca por ser usada mayoritariamente en helicópteros de carga pesada. Consta de usar dos rotores principales que giran en direcciones opuestas, esto con el fin de anular las reacciones provocadas por cada uno, estos 2 rotores se encuentran en la mayoría de los casos a la misma altura y distancia del centro del helicóptero.

Figura 7:  Rotores en tándem. Tomado de: Wikipedia.org

Rotores gemelos coaxiales: esta configuración destaca porque usa el mismo principio del caso anterior, pero usando un para de rotores en el mismo eje. Este sistema no es usado para carga pesada debido a que se usa mayormente en helicópteros de alta velocidad y maniobrabilidad como los primeros tres casos.

Figura 8: Rotores coaxiales. Tomado de: Aviaciononline defensa

Con esto vemos que la aeronáutica moderna le debe mucho al diseño de Da Vinci. A pesar de no ser un diseño funcional, logró cimentar las bases para lo que después conoceríamos como helicóptero, además la invención del rotor vino para suplir los problemas de diseño que se detectaron tiempo después de probar la funcionalidad de este diseño original. Da Vinci nunca pudo volar debido a que él no vivió en una época donde el aire era comprendido de mejor manera, sin dejar de reflejar su genialidad, debido a que se adelantó a las ideas que vendrían muchos años después.

Referencias

Bardón, I. (2019). Máquinas voladoras de Leonardo da Vinci. Aertec.

Helloauto. (s.f.). Obtenido de helloauto.com: https://helloauto.com/glosario/rotor

Olmo, M., & Nave, R. (s.f.). Ecuación de Bernoulli. Obtenido de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/pber.html

TMAS divulgación aeronáutica. (s.f.). Tipos de rotores de helicópteros. Obtenido de https://www.tmas.es/blog/helicopteros/tipos-de-rotores-de-helicopteros/

 Friswell, M., Penny, J. E. T, Garvey, Seamus D, & Lees, Arthur W. (2010). Dynamics of rotating machines (Primera edición.. ed., Colección Cambridge aerospace series (Cambridges University) ; 26). Cambridge, United Kingdom: Cambridge University.