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| Categoría: | Teoría del vuelo |  |
| Fuente del contenido: | SKYbrary |  |
Control de contenidos: | Pilotos de avión |  |
¿Qué es un anillo de vórtice?
El anillo de vórtice, (una condición de vuelo también llamada a veces «asentamiento con potencia» o «asentamiento con potencia») es una condición de vuelo en la que un helicóptero que está recibiendo potencia de su(s) motor(es) pierde la sustentación del rotor principal y posteriormente experimenta una pérdida de control. Reconocer que esta condición se está desarrollando puede ser difícil y su aparición rápida. Todos los tipos de helicópteros son vulnerables a ella y puede ocurrir a cualquier altura fuera del efecto suelo. La comprensión de cómo y por qué se desarrolla es la mejor protección contra un encuentro.
Debe tenerse en cuenta que el término «Settling With Power» se utiliza a menudo como una alternativa a Vortex Ring para describir la condición. Asentarse con potencia es en realidad una condición sutilmente diferente y debería describirse con más precisión como «Asentarse con potencia insuficiente». Esta última condición puede ocurrir cuando se intenta detener un descenso a baja velocidad pero la demanda de potencia no puede ser satisfecha por los motores dentro de los límites de potencia correctos; esto no es un verdadero Vortex Ring, pero el Vortex Ring puede desarrollarse a partir de esta condición si no hay suficiente potencia para evitar que la tasa de descenso aumente. Del mismo modo, pueden producirse aterrizajes con sobreimpulso cuando una repentina y gran demanda de sustentación, provocada por una rápida elevación de la palanca colectiva, puede generar grandes fuerzas de arrastre en el rotor que reducen rápidamente las rpm del mismo; si el motor o los motores no pueden reaccionar con la suficiente rapidez para superar esto, la aeronave está operando efectivamente con una potencia insuficiente y una reducción de las rpm del rotor con la correspondiente pérdida de sustentación. En casos extremos los resultados pueden ser catastróficos, pero esta condición no es un anillo de vórtices.
Cómo ocurre
La causa del verdadero anillo de vórtices es doble. En todas las circunstancias de vuelo hay un grado de circulación del flujo de aire en las puntas de las palas donde el aire forzado hacia abajo gira aerodinámicamente alrededor de la punta del aerofoil y forma un vórtice; esto sucede con todos los aerofoils incluyendo las alas de los aviones de ala fija. El vórtice generado aumenta la resistencia y reduce la sustentación. Si un helicóptero desciende rápidamente, se produce un aumento del flujo de aire en las puntas del rotor, lo que incrementa rápidamente la fuerza y el tamaño de los vórtices. Esto reduce la sustentación y la eficiencia del perfil aerodinámico en las puntas de las palas y requiere más potencia del motor para superar la resistencia. Dado que las palas del rotor giran (en lugar de estar fijas en un avión), el vórtice se desplaza con las palas y se forma un anillo en forma de «donut» en el borde exterior del disco del rotor.
Además, a medida que aumenta la velocidad de descenso, se produce un mayor flujo ascendente de aire en las raíces de las palas. La velocidad de las secciones interiores de las palas es mucho más lenta que la de las puntas. A medida que aumenta la velocidad de descenso, es posible que el aire ascendente modifique y aumente el ángulo de ataque local en el extremo de la raíz, de manera que el extremo de la raíz de la pala entre en pérdida.
Si el cabeceo colectivo se incrementa aún más cuando la aeronave se encuentra en este estado, el ángulo de ataque a lo largo de toda la longitud de la pala se incrementa. El efecto de esto será aumentar la extensión del vórtice de punta que se extiende más adentro de la punta. En consecuencia, la pérdida de sustentación en ambos extremos de las palas aumenta y el área alrededor de la parte central de la pala, que es la que realmente genera sustentación, se reduce. La sustentación total se reduce y el helicóptero se acelera hacia abajo. Esta aceleración aumenta el flujo de aire ascendente, lo que agrava la condición de estancamiento. En el extremo, es posible que toda la longitud de las palas ya no produzca ninguna sustentación.
Los efectos de todos estos factores se incrementan cuando el helicóptero tiene una masa total elevada, porque se requiere más potencia para mantener una condición de vuelo dada, y es más insidioso cuando se opera a favor del viento, ya que la ilusión visual de velocidad cuando se está a favor del viento enmascara efectivamente la reducción de la velocidad aerodinámica hacia adelante.
Condiciones de habilitación
Las condiciones previas para que se desarrolle el anillo de vórtice son relativamente sencillas de identificar. Variarán ligeramente de un tipo a otro y con los cambios en las condiciones de funcionamiento, como la altitud de la densidad, las condiciones del viento y la masa total. Las 3 condiciones previas son:
- El avión tiene que estar en vuelo con motor. Si los motores no están produciendo energía, la aeronave está en autorrotación y el flujo de aire ascendente (en lugar de la potencia del motor) se está utilizando para impulsar el movimiento del rotor. No es posible entrar en el estado de anillo de vórtice mientras el helicóptero está en autorrotación.
- Tiene que haber una tasa de descenso relativamente alta que supere un valor real de aproximadamente 500’/minuto. (Tenga en cuenta que debido a los errores de presión a baja velocidad del aire y al retraso del VSI, se suele dar una cifra de 300 fpm como tasa de descenso máxima). Sin la tasa de descenso no hay flujo de aire ascendente y no se produce la inversión del flujo de aire en la raíz de la pala. Del mismo modo, sin el descenso, el vórtice de la punta no se amplifica y por lo tanto no es un factor significativo.
- La aeronave tiene que estar viajando a una velocidad lenta hacia adelante.Debido a las indicaciones de ASI poco fiables en la semilla de aire bajo, esto es usualmente tomado como un IAS de menos de 30kt. Si la velocidad de avance es mayor, el flujo vertical de aire se ve afectado por el movimiento de avance y los componentes verticales, que son los factores generadores, se reducen significativamente o incluso se eliminan, ya que el aire afectado queda detrás del disco del rotor.
Reconocimiento
El anillo de vórtice da síntomas similares en todos los helicópteros, pero la gravedad puede variar considerablemente de un tipo a otro. De hecho, el diseño moderno de la cabeza del rotor, especialmente cuando hay un sistema de amortiguación activa de las vibraciones, puede reducir los síntomas del anillo de vórtice incipiente. Cuando los síntomas son perceptibles, generalmente aparecen como sigue:
- Las condiciones del anillo de vórtice incipiente son típicamente:
- el aumento de la vibración y el bufido,
- la aparición de «sacudidas» de pequeña amplitud en el cabeceo y la evidencia de inestabilidad longitudinal, lateral y direccional.
- Las condiciones de anillo de vórtice establecidas se caracterizan por:
- un aumento muy rápido de la velocidad de descenso hacia y por encima de 3000fpm,
- la reducción de la eficacia de las entradas cíclicas en el alabeo o el cabeceo
- la aplicación del cabeceo colectivo que no consigue detener la velocidad de descenso y normalmente la aumenta.
Recuperación
- Etapa incipiente. Una vez reconocido, se requiere una respuesta inmediata. Mantenga la posición del colectivo sin cambios y aplique el cíclico de avance para lograr una actitud acelerativa (nariz abajo) para aumentar rápidamente la velocidad aerodinámica de avance. Tan pronto como se indique un aumento constante de la velocidad aerodinámica, y por encima de 30 KIAS, se puede aplicar más potencia si es necesario, sin esperar a que se alcance la mejor velocidad de ascenso. Si esta acción no resuelve la situación rápidamente, entonces es mejor tratar la condición como establecida y tomar las acciones siguientes.
- Condición establecida. La recuperación sólo puede efectuarse cambiando el flujo de aire alrededor del rotor e inevitablemente conducirá a una pérdida significativa de altura, lo que hace imposible la recuperación de una ocurrencia a bajo nivel. Hay dos acciones teóricamente posibles: Mover el cíclico hacia delante y bajar el colectivo. La combinación de estas acciones probablemente producirá la recuperación más rápida con la menor pérdida de altura. La aplicación del cíclico hacia delante debería aumentar la velocidad del aire, pero puede ser necesaria una gran entrada mantenida durante varios segundos antes de que se consiga una actitud de cabeceo significativa y el consiguiente cambio de velocidad, con el resultado de una actitud de morro hacia abajo significativa. Bajar el colectivo para reducir la potencia hacia la autorrotación, desinstalando así parte de la porción interior de las palas, también puede ser efectivo pero se debe ganar velocidad de aire hacia adelante antes de volver a aplicar la potencia durante la recuperación.
Advertencia: Dado que la recuperación de un anillo de vórtice puede dar lugar a una gran pérdida de altitud, la mejor forma de recuperación es evitar que se produzca el estado en primer lugar. Es esencial el cumplimiento estricto de la supervisión de las tasas de descenso a baja velocidad, especialmente si la aeronave está operando con una masa alta de todo el viento y/o a favor.
- B412, proximidad Karlsborg Suecia, 2003 describe un accidente en el que la tripulación de un helicóptero perdió el control de la aeronave como resultado de un mal manejo del piloto asociado con el desarrollo de un Estado de Anillo de Vórtice.
- Offshore Helicopter Safety Review 2014 UK CAA
- Helioffshore Automation Guidance; uso efectivo de la automatización en helicópteros de múltiples tripulaciones y aboga por SOPs basados en ella. V1.0 Publicado en diciembre de 2016.