PUESTA A PUNTO DE ROTORES     -DE AUTOGIRO-

Por Edgardo Maffía (maffia@ieee.org)

Ya sea que compramos un juego de palas comerciales o elaboramos nuestras propias palas, hay que armar el rotor e instalarlo en el autogiro para ponerlo a punto.

Algunos fabricantes, se toman el trabajo de hacer este trabajo y volar las palas en una máquina propia antes de remitirlas a sus clientes, pero son los menos.

Antes de proceder al armado del rotor, conviene pesar en forma comparativa ambas palas, usando una balanza de comparación hecha con una maderita y unos alambres. Salvo raras excepciones, una de las palas suele pesar un poco más, de manera que la cargaremos con unas municiones de plomo adheridas momentáneamente con un poco de cinta adhesiva.

En esta foto, se aprecia una balanza de comparación hecha para equilibrar las palas de un rotor de autogiro. Los tres puntos de anclaje coinciden alineados, por lo que el momento equilibrante es pequeño y la sensibilidad de la balanza muy elevada.

Luego procedemos a determinar mediante una doble rodada cruzada 90° sobre un lápiz, el CG (Centro de gravedad) de cada pala. Este punto, debe ser lo más equidistante posible en ambas palas y debería estar ubicado sobre el CP (Centro de Presión Aerodinámico), que en nuestro perfil NACA 8H12 cae sobre la línea que recorre longitudinalmente la pala por el ¼ delantero de su cuerda.

Por el CP debe pasar el equilibrio de la pala. Es decir que el ¼ delantero de la pala debe pesar lo mismo que la cola. Por esa línea irán amarradas luego las palas a la barra de unión.

De no ser así, tomamos la pala más liviana (Que lleva adheridas las municiones) y las redistribuimos de manera tal que pongamos en coincidencia los CG de ambas palas. Entonces procedemos a fijar mediante agujeritos y tapones de resina las municiones.

En el raro caso que ambas palas pesen exactamente lo mismo, añadimos igual número de municiones a ambos lados del CG sobre la línea del CA de la otra pala.

Aquí vemos dos palas cuyos GG son equidistantes. Además vemos que en ambas palas el CG está ubicado apenas por delante de la línea blanca que marca el ¼ delantero de la cuerda.

Cuando el peso y el CG de ambas palas coinciden, tenemos un juego de palas con el mismo MOMENTO.

Además, tenemos palas en EQUILIBRIO CORDAL, a ¼ del borde de ataque, que es el lugar donde se produce (Más o menos, según el ángulo de ataque) la presión aerodinámica.

Cuando ambas palas se encuentran perfectamente equilibradas, llegó la hora de fijarlas a la barra de unión. Para ello, debemos marcar el centro longitudinal de la barra de unión y alinearlo con la línea de equilibrio de ambas palas. No podemos proceder a agujerear la barra de unión ni la raíz proximal de las palas, sin haber asegurado esta alineación, mediante una tanza de nylon que atraviese el punto de ¼ de la cuerda de ambas palas y pase por el centro del bloque de elevación.

Recién después de haber encontrado y presentado todo, procederemos a hacer las marcas y luego a agujerear con un taladro de banco, la barra de unión del balancín y las raíces de ambas palas. Este paso es preciso, pero no debemos exagerar, ya que las tolerancias y huelgos entre los tornillos y agujeros, hacen que el desplazamiento tangencial de ambas palas sea de varios centímetros en los extremos, de manera que después vamos a poder alienearlas mediante una cuerda tensa o mediante “Slinging” que consiste en volar bajito por un centenar de metros con los bulones apenas apretados y luego aterrizar con cuidado, dejar detener el rotor y darle el torque definitivo a todo el montaje.

Aquí vemos un rotor de aluminio, al ser alineado mediante una tanza que pasa por los puntos de ¼ de la cuerda de ambas palas y cruza el centro del bloque de elevación. Unos soportes de madera mantiene las palas elevadas, para que los extremos queden a la altura de dicho bloque.

El rotor armado, ya es un armatoste que golpea contra todo lo que lo rodea. Luego que alineamos el rotor usando una tanza tirante, podemos proceder al balanceo del conjunto, que es otro paso tedioso pero importante.

Para hacer este ajuste, debemos ubicarlo sobre un banquito nivelado y apoyarlo encima de una varilla metálica recta de unos 6 mm de diámetro, que se apoye en el centro exacto de la barra de unión del balancín en forma perpendicular.

Aunque hayamos hecho todo bien y las palas estén perfectamente balanceadas, es muy raro que el rotor se sitúe perfectamente horizontal.

Si en lugar de apoyarlo sobre una varilla lo colgáramos de su eje, la sensibilidad sería mucho menor, ya que el momento basculante pasa muy alto y enmascara el desequilibrio. No obstante esto, en todos los textos se recomienda el balanceo sobre el eje articulante (Teeter Bolt) en lugar de apoyarlo sobre una varilla.

Todos dicen -tomando el dato de los viejos manuales de Bensen- que al apoyar una arandela AN 960-10L sobre el extremo de una de las palas, se debe notar de inmediato el desequilibrio. No se cuanto pesa esa arandela.

Apenas detectada la pala más liviana, dejamos caer unas municiones de plomo en el extremo, hasta que se logra el equilibrio. Como la gran área de las palas amortigua su balanceo, las mediciones tienen cierta demora en hacerse visibles.

No temo ser demasiado insistente en que una corriente de aire desequilibra todo de inmediato, así que hay que trabajar a puertas cerradas dentro de un galpón.

Logrado el equilibrio, se ponen las pocas municiones que se necesiten dentro de unas improntas agujereadas y taponadas luego con resina epoxi.

Ahora el rotor está alineado y balanceado sobre la cuerda, de manera que ya estamos listos para colocarlo sobre el cabezal y ajustar bien todo; porque las siguientes pruebas son dinámicas, es decir con el rotor en movimiento.

Esto quiere decir que con el rotor bien podemos romperle la cabeza a alguno y debemos ser muy cuidadosos para evitar un accidente. No olvidemos que los autogiros son muy convocadores y todos se amontonan al verlos, de manera que hay que tratar de hacer estas pruebas en días de semana o bien temprano, para que no haya gente en los alrededores de nuestro aparato. Se bien porque lo digo!!

Estando el rotor balanceado en equilibrio total respecto a su punto de giro y en el momento individual de sus palas, podemos ajustar el seguimiento o tracking, que es la condición necesaria para que ambas palas sigan el mismo camino durante su rotación.

Para ajustar el tracking debemos estar en condiciones de identificar una de las palas respecto a la otra. Una manera, es pegar por debajo -intradós- un trozo de cinta adhesiva de color contrastante, en el tercio interno del diámetro de la pala.

Esto permite ver simultáneamente con la visión lateral la sombra de las puntas de ambas palas e identificar una de ellas.

Se pone la máquina en un lugar despejado y a cubierto de ráfagas de viento. Se efectúa una vigorosa prerrotación con la palanca de comando hacia adelante y se apaga el motor. Bastan unas 120 RPM pero si se logran más es mejor.

Mirando unos 45° hacia un costado, de preferencia contra el cielo de fondo, se observa el seguimiento de los extremos de ambas palas. No es raro que pasen separadas más de 10 centímetros!!

El tracking se ajusta en los balancines de tipo Bensen mediante una junta que tiene un pequeño grado de libertad angular (Tilt Blocks). Si el balancín es sólido sin articulación de ajuste, mediante la inclinación lateral del bloque de elevación por medio de unos suplementos (Lata de cerveza) por debajo.

Si la pala tiene trim tabs (Unas aletas en el borde de fuga del tercio externo de la pala) se retocan luego, con las palas en vuelo.

Apenas logrado un tracking que nos asegure que ambas palas pasan dentro de un camino de unos 2 o 3 cm, ya podemos salir a volar para efectuar un ajuste fino.

Salvo que dispongamos de instrumentos de ajuste (Acelerómetro) la puesta a punto del rotor se efectúa con nuestros sentidos, usando la sensación del vuelo en el culo y las vibraciones en el bastón de comando.

Para ello, estas son los efectos y las causas de las diferentes actitudes que podemos encontrar en nuestro rotor:

·       Vibración 1 por vuelta: Desbalancéo del peso entre ambas palas o falta de alineamiento de las mismas.

·       Vibración 2 por vuelta: Altura del bloque de elevación (Undersling) incorrecta. Si al virar ceñido aumenta, falta altura y lo contrario si disminuye.

·       Saltos en el asiento: Falta de ajuste del tracking.

Estos efectos pueden ser simultáneos, motivados por más de una causa. Mi experiencia me indica que hay que descartar primero el desbalancéo, que se puede corregir mediante un ajuste de contrapesos riguroso. Luego procuro un buen alineamiento, mediante una tanza. Por último ajusto el tracking bajo una prerrotación fuerte, hasta que se hace tolerable.

Apenas tengo oportunidad de poner las palas en vuelo, aflojo los bulones un poco para que las palas busquen su alineamiento natural a pleno giro, en vuelo corto y a baja altura. Luego ajusto bien el torque y salgo a volar nuevamente. Esto descarta el alineamiento por el momento, ya que es un poco interactivo con otros ajustes.

Ya en vuelo, verifico con atención las sensaciones del bastón y del asiento.

En general, encuentro que falta ajuste de tracking, quizás porque es un poco interactivo con el Slinging. Retoco el ajuste mediante las aletas y vuelvo a volar.

Si hay vibraciones 2 por vuelta, hago virajes cerrados y atiendo a la vibración: Si aumenta es porque el bloque de elevación es bajo.

Cuando fabrico el balancín hago dos o tres bloques de diferente altura o le practico más de un agujero al mismo bloque para poder hacer luego algún ajuste.

Quiero hacer mención al detalle del ajuste del tracking; que si es realizado desde el bloque de ajuste, en los balancines tipo Bensen o mediante el suplementado de un lado del bloque de elevación, en los barrales sólidos; es efectivo para todo el rango de RPM del rotor.

En cambio, el ajuste de las aletitas Trim Tabs, aumenta a medida que suben las RPM del rotor y por ende su autoridad aerodinámica.

Estas aletitas se pueden ajustar colectivamente, para subir o bajar las RPM del rotor o diferencialmente, para corregir el tracking sin alterar las RPM.

Las aletitas actúan al revés que los alerones de un avión. Esto es debido a las torsiones transversales que sufren las palas; que no tienen rigidez torsional como las alas de los aviones.
Dobladas hacia arriba, su carga aerodinámica baja el borde de fuga de la pala aumentando su incidencia y bajando las RPM. Lo contrario produce el efecto opuesto.

La junta universal del barral del balancín de Bensen, permite ajustes gruesos del paso (Izquierda). Las aletitas Trim Tab son más adecuadas para fijar ajustes finos (Derecha)

Las RPM del rotor son dependientes de varios factores, como la incidencia, la cuerda, la carga del rotor y el diámetro del disco.

A bajos ángulos de ataque, las RPM aumentan y son más elevadas en rotores de poco diámetro y cuerda. En los autogiros chicos y livianos que usan rotores de poco diámetro y unos 17 cm de cuerda, no son raras 450 RPM, pero apenas se pone un rotor de mayor diámetro y/o cuerda, las RPM bajan a 350.

Las máquinas biplaza de rotores grandes (9 Metros y 25 cm. de cuerda), vuelan a unas 240 RPM, pero con rotores de 8 Mts y 20 cm. de cuerda lo hacen a unas 330 RPM.

Los rotores con poca incidencia, además de girar rápido vuelan más rápido, pero también requieren mayores velocidades para despegar.

La incidencia del rotor, también afecta su capacidad de entrar en autorrotación.

Un rotor fijado a 0° se puede arrancar a mano (50/60 RPM) y toma velocidad. Si se lo ajusta a 1,5° es mas sustentador, despega a menor velocidad y permite el vuelo más lento, pero a costa de necesitar una prerotación muy importante, que requiere el uso de un adminículo mecánico bien diseñado.

El rotor debe tener una carga sobre su disco del orden de los 5,5 Kg/M² de área para máquinas de baja potencia y unos 7,5 Kg/ M² de área para las máquinas de mayor potencia.

Hay una fórmula llamada “Solidéz del rotor” que determina la cuerda y consiste en el cociente entre el área de las palas -equivalente al área de las alas de los aviones- y el área del disco rotor.

Por ejemplo, un rotor de unos 8 metros de diámetro y 20 cm de cuerda; tiene una solidéz de .032 que es pequeña frente a la tendencia a utilizar una cuerda que permita cifras del orden de .035 a .040, consideradas óptimas por algunos diseñadores, como Martin Hollmann.

Si se calcula un rotor de 9 metros de diámetro, apto para una máquina biplaza pesada; ha de tener más de 30 cm de cuerda para caer en las cifras enunciadas. Sin embargo, esta cuerda vuelve a los rotores de dos palas muy propensos a sufrir vibraciones debido al fenómeno del desplazamiento del CP a cada vuelta; por lo que los rotores de las máquinas más pesadas se limitan a unos 25 cm. de cuerda y se procura hacerlos caer dentro de las fórmulas de la solidez mediante el artilugio de distribuir la carga de rotor en tres o cuatro palas.

Los rotores de dos palas, aprovechan el efecto de la junta giratoria del Dr. Arthur Young de la Bell Aircraft Co; que fue adoptada por Bensen para su autogiro B7 y se constituyó en la elección de facto de casi todos los autogiros del mundo.

Al usar rotores de tres palas debemos utilizar articulaciones de avance/retroceso y flapéo, que complican el cabezal y obligan a veces a emplear un plato oscilante (Swash Plate) y amortiguadores para el comando cíclico, con lo que se pierde el encanto de lo simple.

A la izquierda, el cabezal del autogiro de 3 palas “Gyrhino” del estadounidense Dick De Graw, con paso colectivo. A la derecha el cabezal de 4 palas de V. Magni de Italia.

Otros aficionados, entre ellos E. Boyette y V. Magni, estan experimentando el uso de rotores de cuatro palas, mediante el artilugio de cruzar dos rotores de dos palas a 90°. Es necesario interponer una junta elástica entre ambos cabezales con un pequeño grado de libertad de defasaje, para evitar un efecto que ellos llaman “Cizalla”. Estos rotores proporcionan una marcha muy suave y una baja carga de palas en máquinas biplaza, con rotores de solo 7 Mts de diámetro y cuerdas del orden de los 20 cm. a costa de la simplicidad, el precio y un mayor espacio de hangaraje requerido.