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El EMPENAJE, diseño aeronáutico.

Introducción El rotor
El balancín
El Prelanzador
El empenaje
El fuselaje
La estructura
El equipamiento
El precio Certificación La estadística

Empezar a tratar este tema en un breve comentario es difícil, ya que son muchas las variables y condicionantes que influyen en el vuelo del autogiro para que sea estable, pero lo intentaremos.

Cuando vemos un Magni, no nos damos cuenta del enorme cálculo aerodinámico que ha sido necesario para conseguir que sea la máquina más segura que vuela.

Imaginemos un autogiro en el aire. Todos sus movimientos se realizan en torno a su centro de gravedad. Pero tenemos varias fuerzas que están actuando. En la parte superior aparece una fuerza que lo frena que es la resistencia del rotor. En la parte inferior encontramos el rozamiento del fuselaje. En el centro tenemos el empuje del motor, de sentido contrario a esas fuerzas de rozamiento. La suma de todas ellas ha de ser cero para que el autogiro mantenga una velocidad constante y el sistema esté en equilibrio.

Pero, esas fuerzas varían constantemente. Si aplicamos potencia, el empuje será mayor que la resistencia. Si la resultante no pasa por el centro de gravedad, se genera un momento que hace pivotar al autogiro alrededor de centro de gravedad.

En otro eje, el fuselaje del autogiro es como un ala pero colocada de forma vertical, como una veleta, por lo que cualquier variación laterales del viento relativo hace que oscile en el eje vertical. Esto se agrava con los autogiros cerrados en tándem, aunque eso es tema de otro comentario.

¿Qué necesitamos entonces? Algo que contrarreste esos momentos. “Darme una palanca lo suficientemente grande y moveré el mundo”. Para eso está el estabilizador horizontal y vertical del empenaje, “la cola” del autogiro. Ya desde el principio, Juan de la Cierva en sus diseños incorporó y definió las necesidades de un estabilizador en la cola del autogiro, orientando sobre su posición y dimensiones. No es difícil pensar que cuanto más grande y más lejos del centro de gravedad esté, mejor actuará. Aunque tampoco hay que pasarse. La cola ha de compensar los efectos del rotor/motor en un eje y del fuselaje en el otro, por lo que requiere un cuidadoso cálculo y diseño.

Los primeros autogiros tipo Bensen (con el motor detrás del piloto, impulsores) carecían prácticamente de estabilizador horizontal. Magni gyro, hace ya más de 40 años, fue el primer fabricante que incorporó un gran estabilizador horizontal en sus modelos. Todos los fabricantes posteriores han incorporado ese diseño que los hace parecidos, pero no iguales, porque no solo es cuestión de colocar un gran empenaje, si no que su diseño, flexibilidad, efectividad y proceso de fabricación son los que confieren a Magni sus cualidades de vuelo suaves y seguras.

Diseño: su forma con tres estabilizadores verticales, uno central y dos laterales ha sido el modelo a seguir por los otros fabricantes hasta ahora, que comienzan a desarrollar otros diseños invertidos, pero que en el fondo son lo mismo. Los estabilizadores laterales amortiguan las variaciones de efectividad del estabilizador vertical central que está muy influenciado por el flujo de la hélice.

Flexibilidad: Muchos preguntan por qué Magni no incorpora la fibra de carbono en el estabilizador y lo sigue construyendo con fibra de vidrio y epoxi. Es una verdad a medias. En los puntos más críticos, Magni los refuerza con fibra de carbono, pero el material principal es la fibra de vidrio con epoxi, que le da la flexibilidad necesaria para que el empenaje sea efectivo. No olvidemos que se trata de un amortiguador, por lo que una característica principal ha de ser la flexibilidad (como los alerones de los formula 1). Pero no por ello ha de ser poco resistente.

Efectividad: El empenaje Magni está estudiado aerodinámicamente. El estabilizador horizontal se monta con un ligero calado negativo, imprescindible para actuar de forma diferente dependiendo de la velocidad, ya que al tratarse de una superficie aerodinámica, no tiene el mismo rendimiento en el todo el rango de velocidades del autogiro, por otra parte muy amplio.
El delgado perfil aerodinámico y su adecuado alineamiento eliminan las resistencias incluso a altas velocidades, facilita la penetración y por tanto disminuye las turbulencias. No se trata de superficies sustentadoras que necesiten grandes grosores stol, sino de elementos aerodinámicos que actúen cuando se produce la oscilación.

Fabricación: Solo la calidad de los composites utilizados y el proceso de fabricación de Magni permiten garantizar la resistencia adecuada a perfiles tan livianos.

Sistemas aeronáuticos: Magni incorpora en cada uno de sus elementos sistemas aeronáuticos. El rotor, cerca de la punta de las palas, presenta una zona de corriente de aire descendente que al final de la pala torna a ser ascendente. La intensidad de estas corrientes se va alterando dependiendo de varios factores. Es parte del proceso de autorotación, que es más complicado y que no es motivo de este pequeño estudio.
Esas variaciones afectan al timón, por lo que es muy importante el disponer de un estabilizador vertical apropiado y un sistema antiflutter del timón que compense esos pequeños “azotes” que recibe. Ni que decir tiene que, cuanto más alejado esté el rotor del timón será menos necesario, por lo que en vuelo rápido el efecto es menor.
Magni incorpora en el timón lo que en inglés se llama “horn balance” o cuerno estabilizador. Se trata de una pequeña superficie aerodinámica situada al otro lado del eje de movimiento y que tiene una pequeña masa de plomo, de forma que tiende a facilitar los movimientos del timón y evitar el flutter.
Este sistema hace también que el timón adquiera una posición neutra, por lo que el compensador del timón está normalmente muy poco deflectado.

Todo esto hace que el sistema funcione en equilibrio, de forma suave y con alto rendimiento. Incluso volando cerca de la VNE, la cola ni vibra ni se modifica la trayectoria del autogiro. Normalmente, cuando volamos un Magni, no es necesario aplicar pies, salvo en giros pronunciados o cuando cambiamos la potencia para contrarrestar el par motor. Esto hace que el vuelo de travesía sea muy descansado, pudiendo hacer largas etapas sin cansancio alguno.

 

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