Helicopters - Helicópteros [1]

I'm very sorry for the big delay, I have been very far away from home. But now I'm back!

Siento el gran retraso, he estado muy lejos de casa. ¡Pero ahora he vuelto!

What's an helicopter? We should know that thanks to the last entry: an helicopter is a heavier-than-air (aerodyne) and powered aircraft. It happens that this category is divided in two: rotorcraft and fixed wing aircrafts. Helicopters are rotorcrafts, they get their lift (L force) making "a wing" rotate. Today we will have an overview of helicopters: the origins, how they fly and some other curious data. Please get comfortable and enjoy.

¿Qué es un helicóptero? Deberíamos saber eso gracias a la anterior entrada: un helicóptero es una aeronave más pesada que el aire (aerodino) y con motor. Esta categoría se divide en dos: aeronaves de ala fija y de ala giratoria. Los helicópteros son aeronaves de ala giratoria, obtienen su sustentación (fuerza L) haciendo que "un ala" gire. Hoy tendremos una visión general de los helicópteros: sus orígenes, cómo vuelan y algunos datos curiosos. Por favor pónganse cómodos y disfruten.

Bell 206 used by Los Angeles Police Department.

Bell 206 usado por el Departamento de Policía de Los Ángeles.

So, where do helicopters come from? We must go to China, Italy, Argentina and Spain. In China, around 400 B.C. they developed a toy that could fly if you made it spin fast. Later (1500 A.C.) Leonardo da Vinci drawed the Aerial Screw, the predecessor of today's helicopters. Of course it was imposible to get lift without an engine.

Entonces, ¿de dónde vienen los helicópteros? Tenemos que ir China, Italia, Argentina y España. En China, sobre el 400 A.C. desarrollaron un juguete que podía volar si lo hacías girar rápido. Posteriormente (1500 D.C.) Leonardo da Vinci dibujó el Tornillo Aéreo, el predecesor de los helicópteros de hoy en día. Por supuesto era imposible conseguir sustentación sin un motor.

The Aerial Screw, by Leonardo da Vinci.

El Tornillo Aéreo, por Leonardo da Vinci.

And then in 1920, a Spanish engineer called Juan de la Cierva invented the Autogyro. This is basically an airplane without wings and with a rotor on top. It gets its speed as a standard airplane, with an engine and a propeller but its lift comes from the rotation of its rotor. This rotation is a consequence of the relative speed against the air, making the rotor (which has an aerodynamic shape) rotate and generating lift just as an airplane wing would do. The main rotor is not connected to the engine (it can be just to make the take-off distance much shorter) and its duty is to produce lift, while the engine is the one who gives the autogyro the necessary thrust to have enough relative airspeed.

Y entonces, en 1920, un ingeniero español llamado Juan de la Cierva inventó el Autogiro. Esto es básicamente un avión sin alas y con un rotor encima. Obtiene velocidad como un avión estándar, con un motor y una hélice pero su sustentación viene de la rotación de su rotor. Esta rotación es una consecuencia de la velocidad relativa respecto del aire, haciendo el rotor (que tiene una forma aerodinámica) rotar y generar sustentación tal y como lo haría el ala de un avión. El rotor principal no está conectado al motor (puede estarlo para reducir la distanciade despegue) y su tarea es producir sustentación, mientras el motor es el encargado de proporcionar al autogiro el empuje necesario para tener la velocidad aerodinámica suficiente.

Autogyro, notice the engine, the propeller and the lifting rotor.

Autogiro, nótese el motor, la hélice propulsora y el rotor sustentador.

As you can see, this is quite similar to a helicopter! So, if we get rid of the propeller and connect the engine to the main rotor... Ta da! We have a helicopter! Well, almost, in order to be able to fly you also need a small rotor in the tail of the aircraft to compensate the torque produced by the main rotor. Don't worry if you didn't understand this or why is that so, next week we will see what forces we have in a helicopter, along with how they influence the aircraft's flight. I hope you enjoyed this and once again I beg you pardon for being a couple of weeks late!

Como se puede observar, ¡esto ya se parece a un helicóptero! Así que, si quitamos la hélice propulsora y conectamos el motor al rotor principal... ¡Tachán! ¡Tenemos un helicóptero! Bueno, casi, para poder volar también se necesita un pequeño rotor en la cola de la aeronave para compensar el par producido por el rotor principal. No os preocupéis si no habéis entendido esto último o por qué pasa esto, la semana que viene veremos qué fuerzas actúan en un helicóptero junto con cómo influyen en el vuelo de la aeronave. Espero que hayáis disfrutado con esto y una vez más ¡perdón por llegar un par de semanas tarde!

Kinds of aircraft - Tipos de aeronaves

Not every aircraft is an airplane, but every airplane is an aircraft! This week we will go through some of the different kinds of aircraft that you might see (or even fly!).

No todas las aeronaves son aviones, ¡pero todos los aviones son aeronaves! Esta semana veremos alguno de los distintos tipos de aeronave que podríais ver (¡o incluso volar!).

Is it an airplane? Is it an helicopter? No! It's an autogyro!

¿Es un avión? ¿Es un helicóptero? ¡No! ¡Es un autogiro!

We explained how airplanes fly and it was right, but that's not the only way of having Lift (or "L" force) in our aircraft. Think about a boat. How does a boat float? That's right, by being lighter than water. What happens if instead of water we have another fluid, let's say air? Well, the same principle can be applied! It can be said that there are 2 main kinds of aircraft: those heavier than air and those lighter than air. Airplanes are heavier than air but, in the other hand, balloons are lighter. Balloons use exactly the same principle than boats to "float" in the air.

Hemos explicado cómo vuelan los aviones y eso era cierto, pero no es la única forma de tener Sustentación (o fuerza "L") en nuestra aeronave. Pensad en un barco. ¿Cómo flota un barco? Exacto, siendo más ligero que el agua. ¿Qué pasa si en lugar del agua tenemos otro fluido, digamos el aire? Bueno, ¡se puede aplicar el mismo principio! Se puede decir que hay 2 tipos principales de aeronaves: esas que son más pesadas que el aire y aquellas otras más ligeras que el aire. Los aviones son más pesados que el aire pero, por otra parte, los globos son más ligeros. Los globos usan exactamente el mismo principio que los barcos para flotar en el aire.

Just like a boat, calmly floating in the air.

Igual que un barco, tranquilamente flotando en el aire.

So we have:

• Lighter than air. Technically called aerostats.
• Heavier than air. Technically called aerodynes.

And each of them can be both, powered and unpowered, resulting in:

• Lighter than air.
• Powered.
• Unpowered.
• Heavier than air.
• Powered.
• Unpowered.

Así que tenemos:

• Más ligeros que el aire. Técnicamente conocidos como aerostatos.
• Más pesados que el aire. Técnicamente conocidos como aerodinos.

Y cada uno de ellos puede ser tanto motorizado como no, quedando de la forma:

• Más ligeros que el aire.
• Motorizados.
• No motorizados.
• Más pesados que el aire.
• Motorizados.
• No motorizados.

The above mentioned balloon balloon is lighter than air and unpowered, just to illustrate let's see a couple of examples:

El globo del que hablábamos antes es más ligero que el aire y no motorizado, simplemente para ilustrar veamos un par de ejemplos:

A helicopter: Heavier than air and powered.

Un helicóptero: Más pesado que el aire y motorizado.

A zeppelin: Lighter than air and powered.

Un zeppelin: Más ligero que el aire y motorizado

A glider: Heavier than air and unpowered.

Un planeador: Más pesado que el aire y no motorizado.

What? A helicopter? Yes, within the powered and heavier than air category you can find fixed wing aircrafts and rotorcrafts. But don't worry, we will see rotorcrafts and how do they fly next week. I know there wasn't much text this time but I hope that at least you enjoyed the pictures. See you next week with rotorcrafts!

¿Qué? ¿Un helicóptero? Sí, dentro de la categoría de más pesados que el aire y motorizados se encuentran aeronaves de ala fija y de ala giratoria. Pero no os preocupéis, veremos las aeronaves de ala giratoria y cómo vuelan la semana que viene. Sé que no ha habido mucho texto esta vez pero espero que al menos hayáis disfrutado las imágenes. ¡Nos vemos la semana que viene con las aeronaves de ala giratoria!

Engines - Motores

Last week, when we spoke about how do airplanes stay in the air, we said that in order to fly at a constant speed and altitude the airplane needs to be in equilibrium (please remember what Newton said). This means that, to maintain the altitude, there must be a vertical force pointing upwards and, to keep a constant speed, the aircraft needs a horizontal force pointing forwards.

La semana pasada, cuando hablamos sobre cómo los aviones se mantienen en el aire, dijimos que para volar a altitud y velocidad constante el avión necesita estar en equilibrio (recordad lo que dijo Newton). Esto significa que, para mantener la altitud, debe haber una fuerza vertical apuntando hacia arriba y, para mantener la velocidad constante, la aeronave necesita una fuerza horizontal apuntando hacia delante.

Remember the picture we borrowed from NASA.

Recordad la imágen que cogimos prestada de la NASA.

In the last episode we discussed how that vertical force is made, we called it "L". Now it is time to see what makes the airplane go forward: Engines.

En el episodio anterior discutimos cómo se genera esa fuerza vertical, la llamamos "L". Ahora es el momento de ver qué hace que el avión vaya hacia delante: Los motores.

Engines work with the same principle that we explained in the last episode, and swimmers will understand this very well: in order to go forward, you must throw something backwards. If you are a swimmer what you throw is water, if you are an airplane, then you use your engines to throw air. How do they do this? Well, that depends on the kind of engine that your airplane has. Let's have a look at the next picture, in which you can see the scheme of a turbojet engine.

Los motores funcionan con el mismo principio que explicamos en el episodio anterior, y los nadadores entenderán esto muy bien: para ir hacia delante, se debe lanzar algo hacia atrás. Si eres un nadador lo que tiras es agua, si tú eres un avión, entonces usas tus motores para tirar aire. ¿Cómo lo hacen? Bueno, depende en el tipo de motor que tu avión tenga. Echemos un vistazo a la siguiente imagen, en la que se puede ver el esquema de un motor turbojet.

Airflow in the engine. Thanks wikipedia.

Flujo de aire en el motor. Gracias wikipedia.

So, how does it work?

 1. The air goes into the compressor and it raises its pressure.

 2. Fuel is injected in the combustion chamber, where fuel and high pressure air are mixed.

 3. There is a combustion, raising the energetic state of the fluid.

 4. That fluid with a lot of energy goes through the turbine.

 5. The turbine moves the compressor thanks to a shaft and the circle continues.

 6. The fluid, after the turbine, goes out through a nozzle at a very high speed.

 7. We are throwing air backwards -> We have the force "T".

Así que, ¿cómo funciona?

 1. El aire entra en el compresor y sube su presión.

 2. Se inyecta combustible en la cámara de combustión, donde se mezcla con el aire a alta presión.

 3. Se produce la combustión, subiendo el estado energético del fluido.

 4. Ese fluido, que tiene mucha energía, pasa por la turbina.

 5. La turbina mueve el compresor gracias a un eje y el ciclo continua.

 6. El fluido, después de la turbina, sale a través de una tobera a muy alta velocidad.

 7. Estamos tirando aire para atrás -> Tenemos la fuerza "T".

F14 taking off.

F14 despegando.

Easy, right? Well, not every airplane has the same kind of engine, some of them have turbo-propellers, other have engines very similar to the ones you can find in a car, there are rockets... But all of them use the same principle: throwing something backwards to go forward. I have tried to explain a simple scheme of a very common kind of engine, very similar to the engines that you can find in the airplanes that you are used to see. In later episodes, when we are done with these first basic lessons, we will go through every kind of engine and propulsion system that an aircraft or spacecraft can have, in a much more detailed way.

Fácil, ¿verdad? Bueno, no todos los aviones tienen el mismo tipo de motor, algunos tienen turbo-hélices, otros tienen motores muy similares a los que puedes encontrar en un coche, hay cohetes... Pero todos ellos usan el mismo principio: tirar algo para atrás para ir hacia delante. He intentado explicar un esquema muy simple de un tipo muy común de motor, muy similar a los motores que se pueden encontrar en los aviones que estáis acostumbrados a ver. En episodios posteriores, cuando hayamos terminado con las primeras nociones básicas, veremos cada tipo de motor y sistema de propulsión que una aeronave o vehículo espacial puede tener, de forma mucho más detallada.

I really hope that you have enjoyed reading this as much as me writing it. See you next week!

Espero que hayáis disfrutado leyendo tanto como yo escribiendo. ¡Nos vemos la semana que viene!

Ps. Let me know if you find this way of solving the languages issue better than the one used last week. To me it's more comfortable to write like this.

Pd: Hacedme saber si preferís esta forma de resolver el asunto de los idiomas a como lo hice la semana pasada. Para mí es más cómodo de escribir como ahora.

Why do airplanes fly? - ¿Por qué vuelan los aviones?

In English:

Welcome, in this first entry I would like to present myself and bring you the answer of a question frequently asked: "Why do airplanes fly?"

About me: I am an aerospace engineer who thanks to the internet has learned a lot of interesting facts about aviation and space. Is that why I feel that I own something to people who might read this blog. I am writing both in English and Spanish to make it easier for everyone. Spanish is my mothertongue and I have a good English level but I beg you pardon for my mistakes (in both languages). In the future I hope a couple of friends of mine to help me writing the blog, but in the meanwhile you will have to deal with me.

So, how does a plane fly? What makes them stay up there? Some people would tell you a lot of things about the airflow around the wings, high pressure under and low pressure above, etc. Let's let that for more advanced chapters and let's stick with the basics: Forces and an old friend of us called Newton.

Newton. Yes, he is the one who got hit by an apple.

Newton said: "When one body exerts a force on a second body, the second body simultaneously exerts a force equal in magnitude and opposite in direction to that of the first body." This means that if you want to go forward, you need to push something backwards (which is exactly what happens when you swim) and of course, if you want to go up, you have to push something down.

What does this have to do with airplanes? Well, everything! Look at the forces that an airplane is exposed to:

Dear NASA, I'm borrowing this picture from you.

There are 4 forces:
 - T (thrust), produced by the engines, it makes the airplane go forward.
 - D (drag), due to the aerodynamic resistance, it's bad.
 - W (weight), our enemy if we want to fly, it brings the airplane down to the grownd.
 - L (lift), what makes the airplane fly, we like it.

Ok but, how do airplanes fly? We can't avoid either W or D, the first one is always there, due to the gravitational attraction between the Earth and the airplane. The second one just happens when something moves within a fluid and it's a pain in the ass. We will talk much more about that in the future.

Newton also said: "When viewed in an inertial reference frame, an object either is at rest or moves at a constant velocity, unless acted upon by an external force." This means that for our airplane to fly at a constant speed and altitude, T must be equal to D and L must be equal to W:

T=D

L=W

We said that T is produced by the engines, in order to go forward, the engines push air backwards, exactly the same than when we swim. What about L? There are no engines facing the sky to push air down. That's the wing duty (an airplane has only a wing, what you use to call "wing" is actually half of it, we will talk about that later).

Thanks to the airspeed the wing makes the airflow bend down, which means "throwing" something down and, consequently, having a force upwards. This force has a strong dependency with the airspeed, the angle of the wing, its surface and the air density. What matters is that, when this force equals the aircraft weight (L=W) the airplane can stay in the air. If L>W then the airplane goes up and if L<W the airplane goes down (more or less, this also has a much longer explanation).

And yes, it is the same thing that happens when you go in a car and put a hand out, now you know why.

As I said, these are the very basics, in later episodes we will go much further, but I decided to start this way in order to go step by step so everyone can follow the blog with just a bit of knowledge about physics and maths.

I really hope you enjoyed it, let me know if you didn't understand something or if there are things that you'd like to know about.

En español:

Bienvenidos, en esta primera entrada me gustaría presentarme y traeros la respuesta a una pregunta que me hacen frecuentemente: "¿Por qué vuelan los aviones?"

Sobre mí: Soy un ingeniero aeronáutico que gracias a internet ha aprendido bastantes curiosidades y hechos sobre la aviación y el espacio. Por eso siento que debo algo a la gente que pudiese leer este blog. Voy a escribir tanto en inglés como en español para hacerlo más fácil a todo el mundo. El español es mi lengua materna y tengo un buen nivel de inglés, pero os pido disculpas por los errores que pueda cometer (en ambos idiomas). En un futuro espero contar con la colaboración de un par de amigos para la redacción del blog, pero mientras tanto tendréis que aguantarme a mí.

Así que, ¿cómo vuela un avión? ¿qué les hace mantenerse ahí arriba? Algunos te dirán muchas cosas sobre el flujo de aire alrededor de las alas, alta presión por debajo y baja presión por encima, etc. Dejemos eso para capítulos más avanzados y quedémonos con lo básico: Fuerzas y un viejo amigo nuestro llamado Newton.

Newton. Sí, es al que le cayó una manzana.

Newton dijo: "Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro cuerpo, el segundo cuerpo simultáneamente ejerce una fuerza igual en magnitud y opuesta en sentido a esa del primer cuerpo." Esto significa que si se quiere ir hacia delante, hay que empujar algo hacia atrás (exactamente igual que cuando nadamos) y por supuesto, si se quiere ir hacia arriba, hay que empujar algo hacia abajo.

¿Qué tiene esto que ver con los aviones? Bueno, ¡todo! Mirad las fuerzas a las que está expuesto un avión:

Querida NASA, tomo prestada esta imagen.

Hay 4 fuerzas:

 - T (empuje), producida por los motores, hace que el avión avance.

 - D (resistencia), resistencia aerodinámica, es mala.

 - W (peso), nuestro enemigo si queremos volar, hace que el avión vaya al suelo.

 - L (sustentación), la que hace que el avión vuele, nos gusta.

Vale pero, ¿cómo vuelan los aviones? No se pueden evitar ni W ni D, la primera está siempre ahí, debido a la atracción gravitatoria entre la Tierra y el avión. La segunta simplemente ocurre siempre que algo se mueve dentro de un fluido y es como un grano en el culo. Hablaremos largo y tendido sobre eso en el futuro.

Newton también dijo: "Desde un sistema de referencia inercial, un objeto está en reposo o se mueve a velocidad constante a no ser que se perturbe con una fuerza externa." Esto significa que para que nuestro avión vuele a altitud y velocidad constantes, T debe ser igual a D y L debe ser igual a W:

T=D

L=W

Se ha dicho que T es producida por los motores, con objeto de ir hacia delante, los motores empujan aire hacia atrás, exactamente igual que cuando nadamos.¿Qué pasa con L? No hay motores mirando al cielo para empujar aire hacia abajo. Esa es la tarea del ala (un avión tiene sólo un ala, lo que se suele llamar "ala" es en realidad la mitad, pero lo discutiremos posteriormente).

Gracias a la velocidad relativa al aire, el ala hace que el flujo de aire se doble hacia abajo, lo que significa "tirar" algo hacia abajo y, consecuentemente, tener una fuerza de reacción hacia arriba. Esta fuerza tiene una alta dependencia con la velocidad del avión respecto del aire, el ángulo que forma el ala, su superficie y la densidad del aire. Lo que importa es que, cuando esta fuerza iguala al peso de la aeronave (L=W) el avión puede permanecer en el aire. Si L>W entonces el avión sube y si L<W el avión baja (más o menos, tiene una explicación mucho más larga).

Y sí, es lo mismo que pasa cuando vas en el coche y sacas una mano por la ventanilla, ahora sabes por qué.

Como he dicho, esto es lo más básico, en posteriores entradas iremos mucho más allá, pero he decidido empezar de este modo para poder ir paso a paso y que todo el mundo pueda ser capaz de seguir el blog con conocimientos básicos de física y matemáticas.

Espero que hayáis disfrutado, comentad si no se ha entendido algo o si hay cualquier cosa sobre la que queráis saber más.