CarterCopter

El concepto CarterCopter es un autogiro con un rotor inusualmente rígido y relativamente pesado, complementado con alas convencionales. A baja velocidad, el vehículo vuela como un autogiro y puede pre-girar el rotor para un despegue vertical y un vuelo estacionario muy breve (unos 5 segundos), ^{[ 9 ]} y puede aterrizar más o menos verticalmente. Varios desafíos técnicos hacen que volar con un rotor lento sea difícil, pero la estabilidad del rotor se logra mediante la combinación de la ubicación de los contrapesos de las puntas del rotor delante de la línea central de la pala ( centro de gravedad delantero ) y el centro de sustentación detrás de la línea central de la pala. ^{[ 10 ]} A alta velocidad (por encima de unos 160  km/h) la aeronave vuela principalmente usando las alas fijas, con el rotor simplemente girando por inercia. El rotor gira con una velocidad de punta inferior a la velocidad del aire, lo que significa que la pala que retrocede vuela completamente en pérdida. En un helicóptero, esto causaría una enorme asimetría de sustentación y problemas de control irresolubles, pero las alas fijas mantienen la aeronave en el aire y estable.

La baja velocidad de rotación y el plano de las palas del rotor hacen que genere poca resistencia, y la compañía afirma que la aeronave podría aprovechar las ventajas de las alas fijas y los autogiros, ofreciendo casi todas las capacidades de los helicópteros (excepto el vuelo estacionario) pero con un sistema mecánico relativamente simple. Carter Aviation también afirma que el sistema es más seguro que una aeronave típica de ala fija, y otros han comentado que el diseño es mucho más seguro, mucho menos complejo y menos costoso que un helicóptero, un rotor basculante o el Boeing X-50 Dragonfly Canard Rotor/Wing . ^{[ 11 ] [ 12 ]} El CarterCopter debería ser capaz de alcanzar velocidades aéreas más altas que ahora solo logran las aeronaves de ala fija, pero también ser capaz de aterrizar como un autogiro en cualquier área pequeña en caso de emergencia.

En el despegue, el piloto inclina el rotor superior hasta que quede plano (ángulo de ataque cero) y lo hace girar a muy alta velocidad (entre 365 y 425 rpm). ^{[ 13 ]} Luego, el rotor se desconecta del motor y el ángulo de ataque de las palas del rotor principal aumenta repentinamente para que el vehículo salte al aire. El rotor principal de la aeronave tiene suficiente impulso debido a los pesados ​​contrapesos en las puntas como para que pueda mantenerse en vuelo estacionario durante un breve tiempo de forma segura. Luego, el piloto aplica la máxima potencia a la hélice propulsora trasera y el vehículo comienza a moverse hacia adelante. Al hacerlo, el aire es forzado a pasar a través del rotor principal, haciéndolo girar más rápido y generando más sustentación. El vehículo asciende en el aire, volando como un autogiro.

Una vez que el CarterCopter alcanza una velocidad de avance de aproximadamente 90 millas por hora (140 km/h) , sus alas cortas y ligeras proporcionan la mayor parte de la sustentación. El piloto puede entonces aplanar el ángulo de ataque del rotor principal para que produzca muy poca sustentación, reduciendo drásticamente la cantidad de resistencia inducida creada por el rotor. Aunque el rotor no se utiliza a alta velocidad, se mantiene girando a unas 80 RPM, ya que la rotación mantiene el rotor estirado, evitando un aleteo excesivo. ^{[ 14 ] [ 15 ]} 

Normalmente, un helicóptero o autogiro no puede volar hacia adelante a la misma velocidad o más rápido que la velocidad de la punta de su rotor. Esto se debe a que la baja velocidad de la pala del rotor que retrocede provocaría una pérdida de sustentación , mientras que la pala del rotor que avanza viajaría al doble de la velocidad de la aeronave, lo que produciría un vuelo incontrolable debido a la asimetría de la sustentación .

Sin embargo, en el CarterCopter, las alas fijas proporcionan la sustentación necesaria para mantenerse en el aire. Dado que el rotor no soporta carga, las fuerzas aerodinámicas sobre él son mínimas. Esto significa que, en teoría, un CarterCopter puede volar mucho más rápido que la velocidad de la punta del rotor. Si bien los rotores seguirían experimentando aleteo al girar debido a la asimetría de la sustentación entre ambos lados del vehículo, Carter Aviation afirma que este efecto es controlable.

La velocidad máxima teórica declarada de una aeronave tipo CarterCopter es de alrededor de 500  mph (800  km/h), ^{[ 16 ]} lo que sería aproximadamente el doble de rápido que el récord de velocidad aérea de vuelo de helicóptero . ^{[ 17 ]}

El motor del prototipo era de aspiración natural, y por lo tanto limitado a solo 320  hp (240  kW) y la aeronave iba a unos 173  mph (270  km/h); ^{[ 18 ]} lo que sigue siendo ~40% más rápido que un autogiro convencional pero más lento que los girodinos de la década de 1950. Un autogiro personalizado puede ir a 168,29  km/h (104,6  mph), ^{[ 19 ]} y Carter dice que el Carter Personal Air Vehicle va a 200 millas por hora (170 nudos; 320 km/h) . ^{[ 20 ]}  

Con  un peso de 4000 libras, el CCTD puede ascender 750 pies por minuto. ^{[ 6 ]}

De 1999 a 2001 se registraron 4 casos de accidentes no mortales, ^{[ 4 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} mientras que Carter afirma 10 accidentes en 7 años, ^{[ 24 ]} todos no mortales. ^{[ 25 ]}

El piloto de pruebas Larry Neal afirmó que el CarterCopter es un desafío para volar porque es una combinación de helicóptero, autogiro y avión de ala fija . ^{[ 26 ]}

El CarterCopter alcanzó su mu máximo (mu es la relación entre la velocidad aerodinámica y la velocidad de la punta del rotor) ^{[ 10 ] [ 27 ]} de 1,0 por un breve instante el 17 de junio de 2005, siendo la primera vez que una aeronave de rotor alcanzaba este nivel. El piloto del CarterCopter afirmó que no hubo grandes problemas y que mu 1 se alcanzó accidentalmente debido a variaciones normales en las RPM del rotor (a 107 rpm) ^{[ 4 ]} y la velocidad aerodinámica del vehículo; el piloto lo describió como "suave" y sin vibraciones significativas. ^{[ 28 ]} Las pruebas se realizaron bajo un contrato del Ejército de los EE. UU. ^{[ 25 ]} Carter afirma que repitieron mu-1 con el PAV en 2013. ^{[ 20 ]}

Sin embargo, en el siguiente vuelo de prueba, el mismo día de 2005, el CarterCopter realizó un aterrizaje forzoso (se estrelló), ^{[ 1 ]} causando daños significativos, pero los pilotos resultaron ilesos. El accidente fue causado por la falla de los pernos de la hélice, que dañaron los cables que controlaban el rotor. La hélice fue diseñada por Carter y era una hélice de paso variable tipo cimitarra  de 8 pies que pesaba 15 libras ^{[ 6 ]} y tenía un empuje de 1850 lbf. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Inicialmente se creyó que el CarterCopter era irreparable; una inspección posterior demostró que podía repararse, pero la compañía optó por trabajar en un pequeño demostrador de autogiro abierto sin alas. ^{[ 31 ]} También más tarde en 2005 y utilizando las lecciones aprendidas del CarterCopter, comenzó el diseño de la aeronave compuesta subsiguiente, el Carter PAV , ^{[ 32 ] [ 33 ]} que voló en 2011. ^{[ 34 ]}  

La compañía afirma que las pruebas indicaron ^{[ 35 ]} que la arquitectura del vehículo podría superar a los helicópteros en todos los aspectos, excepto en el vuelo estacionario sostenido, y que su compra y mantenimiento serían mucho más económicos. La compañía también afirma que su relación sustentación/resistencia ( L/D) es prácticamente idéntica a la de los aviones de aviación general de ala fija a velocidad de crucero ^{[ 35 ]} , pero con despegues y aterrizajes casi verticales. Sin embargo, nunca se ha demostrado la capacidad de despegue con salto utilizando la energía almacenada del rotor a más de 4,9 metros (16 pies) con el ala acoplada.

La NASA ha creado modelos informáticos del rotor del CarterCopter por encima de mu=1 y hasta 400 nudos de velocidad aerodinámica. ^{[ 36 ]}