Un cyclocopter es un extraño tipo de avión que utiliza perfiles de rotación alrededor de un eje horizontal para generar elevación y empuje.
El profesor Moble Benedicto y los estudiantes graduados Carl Runco y David Coleman en vuelo Vertical avanzado de laboratorio de Texas A & M han estado probando el cyclocopter más pequeño jamás desarrollado: es de sólo 29 gramos en masa y podría ser un pequeño paso hacia la sustitución de helicópteros y multirotores con algo mejor.
Fuente: Moble Benedict/Texas A&M
El concepto fue desarrollado hace un siglo, pero estas cosas son difíciles de construir y volar, por lo que no es, sacado tanto como los helicópteros. De hecho, hay sólo un pequeño puñado de grupos de investigación trabajando en cyclocopteros y por el momento, está centrado en pequeñas escalas. El profesor Moble Benedicto y los estudiantes graduados Carl Runco y David Coleman en vuelo Vertical avanzado de laboratorio de Texas A & M han estado probando el cyclocopter más pequeño jamás desarrollado: es de sólo 29 gramos en masa y podría ser un pequeño paso hacia la sustitución de helicópteros y multirotores con algo mejor.
No voy a tratar de describir esta cosa, solo vea el video:
Si todavía no está claro cómo realmente vuela y hace las maniobras, este diagrama puede ayudar:
Fuente: Moble Benedicto, Texas A & M
El rotor cycloidal (izquierda) con componentes clave identificados. Cinemática de la hoja (derecha) y las fuerzas en un rotor cycloidal en vuelo estacionario.
Un solo rotor cycloidal, o cyclorotor, consiste en varios perfiles, Unidos a un marco que da vuelta alrededor en un círculo muy rápido. Los planos aerodinámicos producen elevación y empuje como se mueven a través del aire, y porque cada hoja puede pivotear, que puede orientarse en cualquier dirección perpendicular al cyclorotor.
O como explica Benedicto, "con las hojas cíclicamente lanzadas de tal forma que cada hoja tiene un ángulo de ataque positivo de geométrica en la parte superior y parte inferior de la trayectoria circular, un empuje neto se produce." El empuje vectorial es instantáneo, haciendo del cyclocopter muy maniobrable y (entre otras ventajas) el vehículo puede tener transición de, decir, estable rondando a alta velocidad en un vuelo delantero sin necesidad de echarse sobre sí mismo como un avión helicóptero o multirotor. El pequeño rotor en la parte posterior estabiliza el terreno de juego.
O como explica Benedicto, "con las hojas cíclicamente lanzadas de tal forma que cada hoja tiene un ángulo de ataque positivo de geométrica en la parte superior y parte inferior de la trayectoria circular, un empuje neto se produce." El empuje vectorial es instantáneo, haciendo del cyclocopter muy maniobrable y (entre otras ventajas) el vehículo puede tener transición de, decir, estable rondando a alta velocidad en un vuelo delantero sin necesidad de echarse sobre sí mismo como un avión helicóptero o multirotor. El pequeño rotor en la parte posterior estabiliza el terreno de juego.
Benedicto ha estado trabajando en cyclocopters por años; hace un tiempo se escribió sobre un quad cyclocopter que desarrolló la Universidad de Maryland. Que fue, de hecho, la primera prueba de vuelo acertado de un rotor cycloidal basado en aviones y junto con el Dr. Benedict, involucrados en ese esfuerzo estuvieron Elena Shrestha, el Dr. Vikram Hrishikeshavan y Dr. Inderjit Chopra.
De 800 gramos, no era lo que ustedes llaman grandes, pero cyclocopters son particularmente interesantes en muy pequeña escala debido a su combinación de maniobrabilidad muy alta y potencial de rendimiento excelente. También son más estables, más espacio eficiente y son teóricamente más silenciosos y capaz de una velocidad máxima mayor que la de los helicópteros.
De 800 gramos, no era lo que ustedes llaman grandes, pero cyclocopters son particularmente interesantes en muy pequeña escala debido a su combinación de maniobrabilidad muy alta y potencial de rendimiento excelente. También son más estables, más espacio eficiente y son teóricamente más silenciosos y capaz de una velocidad máxima mayor que la de los helicópteros.
¿Los cyclocopters suenan genial, verdad? Lo que llevó a preguntarle a Benedict esto:
- ¿Por qué no estamos todos volando cyclopters ahora, en vez de helicópteros y multirotors?
- Moble Benedicto: A pesar de que las personas estaban tratando de explorar cyclorotors 100 años atrás, sólo hemos empezado mirando este concepto seriamente ahora. Lo que sucedió a principios del siglo XX es que helicópteros llegaron a ser acertados antes de los cyclocopters y luego las personas naturalmente perdieron interés en este concepto.
Uno de los mayores problemas estructurales en los cyclorotors es el hecho de que las hojas eeben tener grandes cargas transversales de flexión centrífugas, y hace 100 años, no teníamos los materiales que tenían el cociente de fuerza--peso para hacerlo.
Hoy en día, con materiales compuestos y así sucesivamente, es posible, y esto es un componente clave para los presentes cyclorotors. También, todos los cyclocopters construidos con éxito hasta ahora necesitan estabilización y retroalimentación electrónica de a bordo, a diferencia de los helicópteros, que pueden ser estabilizados pasivamente. La idea del cyclocopter fue demasiado avanzada para su época cuando se introdujo.
Hoy en día, con materiales compuestos y así sucesivamente, es posible, y esto es un componente clave para los presentes cyclorotors. También, todos los cyclocopters construidos con éxito hasta ahora necesitan estabilización y retroalimentación electrónica de a bordo, a diferencia de los helicópteros, que pueden ser estabilizados pasivamente. La idea del cyclocopter fue demasiado avanzada para su época cuando se introdujo.
«Espero que en el futuro, una vez que esta tecnología está más madura, encontrará su lugar en la próxima generación de vehículos aéreos personales y coches voladores»
— Moble Benedicto, Texas A & M
- ¿Puede describir las características del cyclocopter que le da ventajas sobre los multirotors y helicópteros?
Un rotor cycloidal puede alcanzar una mayor eficiencia de libración que un rotor convencional en escalas más pequeñas, debido a las condiciones aerodinámicas uniformes a lo largo de la hoja y los fenómenos favorables aerodinámicos inestables en las hojas.
Experimentalmente hemos demostrado la mayor eficiencia aerodinámica (empuje por potencia aerodinámica) del rotor cycloidal en comparación con los rotores micro convencionales utilizados en helicópteros y multicopters.
Experimentalmente hemos demostrado la mayor eficiencia aerodinámica (empuje por potencia aerodinámica) del rotor cycloidal en comparación con los rotores micro convencionales utilizados en helicópteros y multicopters.
Además, un rotor cycloidal es capaz de la vectorización de empuje instantáneo, que potencialmente puede hacer el vehículo más maniobrable. El cyclorotor puede realizar un vuelo delantero a alta velocidad eficiente incluso más allá de una relación del avance de 1.0 por una sencilla eliminación del calendario cíclico de echada de la lámina.
A diferencia de un avión híbrido tradicional (por ejemplo, del incliner de un rotor), un cyclocopter puede hacer la transición de suspender a alta velocidad un vuelo hacia adelante sin ningún cambio de configuración debido a su capacidad de empuje vectorial. Finalmente, un cyclorotor puede utilizar eficientemente el espacio disponible en 3D y requiere por lo tanto, la huella más pequeña en comparación con un rotor convencional, dando por resultado un vehículo volador muy compacto.
A diferencia de un avión híbrido tradicional (por ejemplo, del incliner de un rotor), un cyclocopter puede hacer la transición de suspender a alta velocidad un vuelo hacia adelante sin ningún cambio de configuración debido a su capacidad de empuje vectorial. Finalmente, un cyclorotor puede utilizar eficientemente el espacio disponible en 3D y requiere por lo tanto, la huella más pequeña en comparación con un rotor convencional, dando por resultado un vehículo volador muy compacto.
- ¿Cuáles son algunos de los desafíos en la construcción de este pequeño cyclocopter, y cómo resolverlos?
El diseño y construcción de un rotor a esas escalas fue extremadamente difícil. Tuvimos que venir para arriba con técnicas de fabricación con compuestos de carbono innovadores para hacer las láminas del rotor (0,12 gramos cada uno) y enlaces (10 miligramos) de la echada y necesitaban tener precisión submilimétrica.
Habíamos construído a medida un piloto automático de 1,3 gramos (llamado ELKA, diseñado por el Dr. Vikram Hrishikeshavan en la Universidad de Maryland) con giroscopios triaxiales, acelerómetros triaxiales, procesador y comunicaciones inalámbricas.
El sistema de integración fue difícil. Cuando se trata de achicar las cosas, la dinámica se vuelve más rápida, así que tuvimos que pasar muchos meses de recorte y ajuste de los beneficios de la retroalimentación para suspender la estabilidad. El desarrollo y las pruebas de vuelo del ciclocopter de 29 gramos tomó más de 2años y fue patrocinado por MÁST-CTA programa del laboratorio de investigación del ejército.
Habíamos construído a medida un piloto automático de 1,3 gramos (llamado ELKA, diseñado por el Dr. Vikram Hrishikeshavan en la Universidad de Maryland) con giroscopios triaxiales, acelerómetros triaxiales, procesador y comunicaciones inalámbricas.
El sistema de integración fue difícil. Cuando se trata de achicar las cosas, la dinámica se vuelve más rápida, así que tuvimos que pasar muchos meses de recorte y ajuste de los beneficios de la retroalimentación para suspender la estabilidad. El desarrollo y las pruebas de vuelo del ciclocopter de 29 gramos tomó más de 2años y fue patrocinado por MÁST-CTA programa del laboratorio de investigación del ejército.
Fuente: Moble Benedicto, Texas A & M
Dibujo conceptual de un futuro cyclocopter del tamaño de la palma de una mano.
- ¿Qué es lo próximo en que van a trabajar?
- Creo que son las áreas clave que deben mejorarse:
Diseño de cuchillas ultraligeras que puedan manejar el curvado centrífugo de grande cargas a alta RPM
Reducir significativamente el peso y la complejidad de los cyclorotors
Optimización cinemática de hoja, diseño aerodinámico de aspas, geometría del rotor, etc. para maximizar la eficiencia en vuelo estacionario y vuelo de alta velocidad
Mecánicamente medios más simples de la implementación de estos mecanismos de lanzamientos óptimos ya sea pasiva o activamente
Investigar la configuración más compacta de cyclocopter y comprender la escalabilidad hacia arriba de este concepto
Hemos demostrado que este concepto tiene el potencial en escalas más pequeñas de vehículo micro del aire. El siguiente gran paso en nuestra investigación es investigar la escalabilidad hacia arriba de un rotor cycloidal para ser utilizado en grandes VTOL de UAV de 100 libras de peso y tal vez incluso en un avión tripulado. Contamos con una subvención de cinco años del ejército de Estados Unidos para investigar la escalabilidad hacia arriba de este concepto.
Mas que nada quiero que más personas alrededor del mundo puedan ser conscientes de tal concepto que podemos animarlos a trabajar en esto. Uno o dos grupos solos trabajando en esta idea pueden hacer mucho progreso. Espero que en el futuro, una vez que esta tecnología esté más madura, encontrará su lugar en la próxima generación de vehículos aéreos personales y autos voladores.
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