El Autogiro Cap-7 Motorización

La buena motorización de un autogiro, está sujeta, a una cantidad específica de criterios que debe conocer:

• El peso total del aparato en carga.
• La resistencia al rotor, por consiguiente afinado de la máquina.
• La naturaleza de los vuelos previstos (escuela o largos recorridos).

-Por fin, su aparato debe ser capaz de volar, por lo menos, a una velocidad media de 100 Kms/h., para una potencia continua desarrollada, equivalente al 80 % de la potencia máxima.

Esta última exigencia no podía ser respetada hasta ahora, por falta de motorizaciones adecuadas propias a los autogiros biplaza, de tal manera, que algunos constructores llegaron hasta experimentar fórmulas bimotor, pronto desechadas por su falta de fiabilidad, su ruido y el consumo de carburante.

Actualmente existen en el mercado, motores adaptados, bastante potentes, del orden de 80 a 100 CV., ligeros, robustos y, capaces de responder, a las exigencias del autogiro biplaza.

CALCULO DE LA POTENCIA NECESARIA EN VUELO
Para este apartado estudiaremos tres proyectos de autogiros diferentes.

El primer aparato monoplaza, está propulsado, por un motor 4 tiempos, el segundo igualmente monoplaza, por un motor 2 tiempos y el tercero es un aparato biplaza dedicado a clases de vuelo.

EL MONOPLAZA 4 TIEMPOS
Consideremos, que se trata, de un aparato pesado, de poca potencia, equipado con un rotor, de madera o aluminio, a perfil «Clark Y», tal como lo concebía BENSEN en los años 65.

El peso total en vuelo corresponde al estimado del aparato vacío (150 Kg. ) + el piloto (75 Kg) + 20 litros de gasolina (14 Kg) o sea un total de 239 Kg.

Estimemos que el afinado del aparato es 2,5 y, por lo tanto la resistencia a superar por el motor es de: 239 Kg : 2,5 = 95,6 Kgp de empuje.

La velocidad de referencia siendo 100 km/h, o sea 28 m/s, la potencia desarrollada por la hélice, en un segundo, es igual a la fuerza X, por la velocidad, o sea: 95,6 Kgp x 28 m/s = 2.676,8 Kgm/s

Este resultado nos da la potencia desarrollada por la hélice, pero el rendimiento real es inferior.

Efectivamente, para los motores 4 tiempos la hélice está montada en directo, sobre el cigüeñal, por lo cual, se considera que su rendimiento es igual a 0,7.

La potencia teórica, necesaria al motor, es la relación entre potencia desarrollada y rendimiento, o sea: 2.676,8 Kgm/s : 0,7 = 3.824 Kgm/s

Sabiendo que un caballo vapor es igual a 75 Kgm/s. nos es, por consiguiente, muy fácil calcular la potencia en CV, o sea: 3.824 Kgm/s : 75 Kgm/s = 50,9 CV.

Ese motor para poder hacer volar el autogiro a 100 Km/h debe desarrollar por lo tanto, 50,9 CV en potencia continua, lo que corresponde a 80 %, de la potencia máxima, o sea: (50,9 CV x 100) : 80 = 63 CV de potencia total desarrollada.

Esta relación peso/potencia, corresponde en todo punto, a los autogiros propulsados por motores VW como los conocemos desde los años 70. Un autogiro de ese tipo es el aparato-base sobre el cual, un joven piloto debe efectuar sus primeros vuelos, con toda seguridad. La experiencia nos demuestra que el VW, por su peso y, salida progresiva de su potencia, limita las reacciones bruscas del aparato, para que el joven piloto pueda entonces dominarlo sin dificultad.

A pesar de parecer retrógrados, pensamos que sería interesante poseer en cada club de autogiros, uno de ellos con motor VW sobre el cual todo alumno al terminar su curso de formación sobre el biplaza, podría ejercitarse antes de ser autorizado a volar con su autogiro personal, provisto de motor más ligero y nervioso.

EL MONOPLAZA 2 TIEMPOS

Lo consideramos un aparato ligero, de alto rendimiento con un rotor compuesto de perfil 23 012, lo que, en este caso aumenta el afinado de 2,5 a 3. Las nuevas motorizaciones 2 tiempos, son más ligeras que el antiguo VW y el peso en vacío disminuye, en consecuencia, considerablemente.

Peso total en vuelo, del aparato vacío, (100 Kg) + peso del piloto (75 Kg) + 20 litros de carburante (14 Kg), lo que hace: 189 Kg.

Dado que el afinado es de 3, la resistencia a vencer es de: 189 Kg : 3 = 63 Kgp

La velocidad de referencia es siempre la de 28 m/s. La potencia desarrollada por la hélice es, esta vez de: 63 Kgp x 28m/s = 1.764 Kgm/s

Los motores 2 tiempos, cuyo régimen de rotación, es demasiado elevado, están siempre equipados de reductores cuyo rendimiento es igual a 0,9.

Es conveniente no olvidarlo, cuando se hace el cálculo de potencia necesaria del motor y por tanto tomaremos como parámetros para hacer dicho cálculo:

– Potencia necesaria a la hélice, dividida por el rendimiento de ésta, igual a potencia necesaria del motor sin reducción dividida por rendimiento del reductor, o sea: 1.764 Kgm/s : 0,7 = 2.520 Kgm/s : 0,9 = 2.800 Kgm/s.
Sabiendo que un CV es igual a 75 Kgm/s, la potencia necesaria es de: 2.800 Kgm/s : 75 Kgm/s = 37,3 CV.
Y como este resultado representa únicamente el 80 % de la potencia del motor debemos hallar el 100 %: (37,3 CV x 100) : 80 = 46,6 CV que redondeamos a 47 CV.

Este resultado corresponde enteramente, por ejemplo, al 503-2V de ROTAX cuya potencia es de 52 CV.
Podemos comprender más fácilmente porqué instalar un ROTAX 532 de una potencia de 65 CV. sobre tal aparato, hace del mismo un autogiro supermotorizado: ya que, a la velocidad de 100 Km/h., consume apenas el 57 % de su máxima potencia.

Por lo que, un piloto inexperto en cuanto a la intensidad de sus aceleraciones, puede ser repentinamente sorprendido y, provocar un accidente, de cual será, por desgracia, la principal víctima. En todo caso, esta motorización puede ser utilizada en un aparato de más peso, por haber sido carenado para mayor comodidad de su piloto.

EL BIPLAZA ESCUELA

Existen dos fórmulas para este aparato. Sea, profesor y alumno, codo con codo o en tándem. En todo caso, este autogiro estará equipado de un rotor adecuado, pero, la resistencia del aparato, será más elevada, que para un monoplaza y consideramos que el afinado no superará el 2.5.

Esto se debe principalmente, a las dimensiones más grandes del aparato y, el aumento proporcional del diámetro del rotor.

El aparato vacío, pesa 170 Kg, el piloto y, su alumno 150 Kg, y 20 litros de carburante, o sea 14 Kg, permiten una autonomía de 30 minutos de clase.

Peso al despegue = 334 Kg dividido por 2.5 (afinado) hace: 133,6 Kgp
La velocidad de referencia es siempre la misma 28 m/s por lo que la potencia desarrollada por la hélice será = 133,6 Kgp x 28 m/s = 3.740 Kgm/s.

En principio, no se pretende equipar el aparato, con un motor de aviación a pesar de su potencia , ya que es demasiado pesado. Nuestra elección se orienta más hacia los nuevos motores de ULM y AUL. Todos esos motores están equipados con reductores que tendremos que tener en cuenta, para calcular la potencia necesaria, o sea:

• – 3.740 Kgm/s : 0,7 = 5.344 Kgm/s
• – 5.344 Kgm/s : 0,9 = 5.937,7 Kgm/s
• – 5.937,7 Kgm/s : 75 Kgm/s = 79,1 CV.

Esta potencia equivale solo, al 80 % de la potencia máxima del motor, por lo tanto, la potencia nominal del motor será: (79,1 CV x 100) : 80 = 98,9 CV

Se comprende ahora, por qué un biplaza, propulsado por 65 CV no sobrepasa la velocidad de 80 Km/h y su vida, es muy reducida, por lo que el precio de una hora de instrucción sobre ese aparato resulte tan cara.
Los motores de 75 y 80 CV llegan al mercado con gran publicidad, pero su potencia real así como su fiabilidad aún no han sido lo suficientemente demostradas. No obstante, todo llega para el que tiene paciencia, y los fabricantes nos prometen motores de 100 CV y más, pero ¿a qué precios?

El método que hemos aplicado, para el cálculo de la potencia es muy rudimentario, pero permite saber aproximadamente la verdad sin demasiados errores
Lo resumimos, como sigue

• – -Pw = (Peso total : afinado máximo) x Velocidad en m/s.
• – -Resultado en m/s dividido por rendimiento hélice (0,7)
• – -En caso de reductor dividir resultado anterior por (0,9)
• – -Total general en Kgm/s dividido por valor del CV = (75 Kgm/s)
• – -Este resultado equivale al 80 % de la potencia ideal.

Para los perfeccionistas, puede conocerse el afinado exacto del rotor por su constructor.

EL MOTOR
Los autogiros actuales, están todos propulsados por motores de pistones clasificados en dos categorías distintas. Los «2 tiempos» y los «4 tiempos».

EL MOTOR 2 TIEMPOS
Es igual que el de su primer ciclomotor. La circulación de la mezcla «carburante-aire» se hace hacia el cilindro por el movimiento alternativo del pistón.

Una explosión se hace, a cada vuelta—motor y es la que rechaza violentamente el pistón, cuyo recorrido lineal, impulsa un árbol de transmisión, por medio del cigüeñal. Este motor de concepción muy simple se compone de pocas piezas en movimiento, de ahí su poco peso.

No obstante la falta de par y potencia, a bajo régimen, impone una velocidad de rotación muy elevada, lo que ocasiona, un importante consumo de combustible y un nivel acústico exagerado. Adaptar un reductor, es tal vez necesario pero no es siempre obligatorio.

Con un motor 2 tiempos, una recuperación de potencia rápida produce una aceleración inmediata, lo que es muy útil, en vuelos de demostración o para salir de un compromiso. Entre esos motores podemos citar como más conocidos:

MAC CULLOCH:
Inicialmente adaptados a la propulsión, de los aviones-blanco americanos, su potencia se sitúa entre los 72 y 90 CV. Aunque concebidos, en su origen para funcionar menos de diez horas, algunos brujos presumen, de varios cientos de horas con el mismo motor, aunque, con más de una revisión mecánica. Invencibles en cuanto a sus decibelios, ensordecen sin piedad, a sus propietarios y su rendimiento puede considerarse como muy mediocre debido a la mala adaptación de hélices. Pero, a pesar de todo, todavía están muy presentes en USA y Australia.

-ROTAX:
Son los que más abundan en el mundo de la «giromanía» aunque su llegada a él empiece a partir de 1.985. De inicios muy poco fiables, han conseguido imponerse, gracias a constantes e importantes mejoras y el modelo 503-2V (bicarburador) de 52 CV, es el preferido de los pilotos de monoplaza. El 582 de 65 CV. tiende a ser reemplazado, por el 618, el cual, con sus 75 CV prometidos, debe ser capaz de hacer volar correctamente a los aparatos biplaza.

-ARROW:
El 2 cilindros en línea, de 65 CV y el 4 cilindros en línea de 100 CV son de los más conocidos. En principio,, la rueda libre del reductor, de tren epicicloidal ganaría puntos, si se redujera su fragilidad, aunque el motor por sí mismo no parece padecer los problemas de encendido que le eran propios.

-HIRTH
De los 95 CV anunciados, sólo han llegado 80 CV a la cita, pero sin problema alguno. Este motor que está equipado, de una reducción ROTAX y de un cuatripalas ARPLAST permite, a un biplaza volar en dúo tan bien como el mismo aparato en solo, equipado con el antiguo 532 ROTAX.
Otras marcas de motores 2 tiempos existen, además de las nombradas anteriormente pero no son utilizadas, en los autogiros, sea por poca fiabilidad, por precio excesivo o, por deficiente servicio post-venta. En cualquier caso, la elección del motor es asunto de gusto personal, de medios económicos de cada cual y en general el de pasar más tiempo volando que estar haciendo el mecánico y sobre todo no empeñar la seguridad en una elección dudosa.

EL MOTOR 4 TIEMPOS

Similar al de su coche, la circulación «aire-gasolina» se hace por unas piezas en movimiento alternativo llamadas válvulas. La explosión se produce cada, dos vueltas de cigüeñal y, debido a la cantidad de piezas en movimiento, el régimen de rotación es más lento que el de un 2 tiempos. De ahí, una longevidad superior y,-un consumo menor en carburante. El par y la potencia son elevados a régimen reducido, pero no hay que olvidar, que la recuperación de la potencia es mas progresiva que en un 2 tiempos, a pesar de que se intente una aceleración rápida con los mandos.

El motor de 4 tiempos, tiene el inconveniente de ser mucho más pesado que un 2 tiempos de igual potencia. El 500 GT AKROW 2 tiempos pesa 36 Kg. para 65 CV mientras el 60/A JPX 4 tiempos pesa 74 Kg para una potencia equivalente. Por otra parte, es necesario a veces, añadir un reductor, lo que aumenta todavía más el peso.
En contrapartida tiene la ventaja de ser mucho más silencioso y su bajo consumo permite una autonomía importante. Entre los más conocidos están:

-VOLKSWAGEN:
Este motor de coche fue, durante mucho tiempo, el rey, en el mundo del autogiro. Recuperado a poco precio, en los desguaces de coches, su adaptación se efectuaba con rapidez y se podía volar, con un motor caprichoso, cuya puesta en marcha requería, algunas veces, perder parte de la tarde.
Instalados, por aficionados avisados o, por profesionales, estos motores resultaban mágicos. Desgraciadamente debido a su instalación como propulsores, que llevaba a dificultades de refrigeración, se producían problemas de recalentamiento que reducían mucho la vida de estos motores.
Numerosos motoristas continúan utilizando esta base VW, de la cual nada subsiste del motor de origen, para seguir fabricando modelos, como por ejemplo:
HAPI, HUMBERT, JPX, LIMBACH, MECATECHNIC, etc..

-ROTAX:
El 912, es un 4 cilindros en línea, refrigerado, mitad por agua y, mitad por aire. Los 80 CV, tal como se anuncian, se notan así como su fiabilidad, y su bajo consumo, normal para un 4 tiempos desconcierta a los habituados al 582, cuyo comentario es el de «¡Este cacharro no consume nada!».

-BMW:
Se han efectuado muchos ensayos con varios modelos, sobre todo y en particular con el 1.000 Cm3, bicilíndrico en línea, de 75 CV de potencia, según parece. Pero la puesta a punto del reductor se hace esperar.

-SUBARU:
Este motor de coche, del mismo nombre, vuela desde hace cierto tiempo en USA y tiene una potencia de 75 hasta 100 CV, según los modelos. Su pase a la aeronáutica es similar al VW, ya que es en los desguaces de coches de dónde se surten los aficionados. Pero, el mayor problema, es el conseguir un reductor fiable.

-NORTON:
Imagínese un motor que reúna potencia y peso de un 2 tiempos con la fiabilidad de un 4 tiempos. Esto es precisamente lo que nos propone la fábrica británica, con su motor rotativo. Su concepto, es muy diferente, al de un motor convencional, pero debemos hablar de él, en la medida en que este motor está llamado a equipar rápidamente nuestros autogiros.

El principio consiste, en hacer girar, en una cámara de forma casi elíptica, alrededor de un excéntrico, un rotor parecido a un triángulo equilátero, cuyas tres caras trabajan simultáneamente.
La potencia motriz, es recuperada, por un árbol giratorio. El funcionamiento de estos motores, está exento de vibraciones, pero su excesivo consumo es su máximo inconveniente.
Norton ha desarrollado un 90 CV que pesa solo 60 Kg y un 50 CV de 30 Kg.