Aerodinámica Para Helicópteros

AERODINAMICA PARA HELICOPTEROS

LEYES DE NEWTON

PRIMERA LEY: Un cuerpo en reposo se mantendrá en reposo y un cuerpo en movimiento se mantendrá en movimiento en la misma dirección y velocidad hasta que una fuerza externa actué sobre él. La resistencia a cambiar de estado se llama inercia.

SEGUNDA LEY: La fuerza requerida para producir un cambio linear en un cuerpo es directamente proporcional al producto de la masa y aceleración. Aceleración es el cambio en la magnitud o dirección del vector velocidad respecto al tiempo.

TERCERA LEY: Para cada acción hay una reacción igual en sentido contrario.

PERFILES

Un objeto que produce reacciones aerodinámicas usables cuando se mueve a través del aire. Un perfil es el corte de una sección de un plano o superficie de control o de una pala de rotor; puede ser simétrica si tiene las dos mitades iguales o asimétrica si tiene alguna de las mitades diferente.

TERMINOLOGIA DE PERFILES

• Centro Aerodinámico: El punto sobre la cuerda sobre el cual el coeficiente de momento es constante cuando hay cambios de ángulo de ataque, también donde los cambios de sustentación realmente suceden.

• Angulo de Ataque: El ángulo entre la línea de cuerda y el viento relativo resultante.

• Angulo de Incidencia: El ángulo entre la cuerda y el disco rotor.

• Ley de Bernoulli: Dice que en un flujo de flujo incompresible, la suma de las presiones estáticas y dinámicas se mantienen constantes si la gravedad y fricción no son tenidas en cuenta.

• Flujo Laminar: Es la porción de flujo de aire que se mueve más despacio en la parte más cercana al perfil. Es tan delgada como una carta pero se puede ampliar hasta un cuarto de pulgada en el borde de fuga.

• Centro de presión: El punto a lo largo de la cuerda a través del cual todas las fuerzas aerodinámicas actúan.

• Cuerda: Una línea recta que conecta los bordes de ataque y fuga.

• Resistencia: La fuerza opuesta al movimiento de un perfil, es paralela al viento relativo.

• Velocidad de perfil: La velocidad y dirección del perfil a medida que pasa a través del aire.

• Flujo Inducido: El vector de aire perpendicular a la trayectoria de rotación producida cuando el rotor se sustenta.

• Sustentación: La fuerza perpendicular al viento relativo.

• Viento Relativo: Aire en movimiento respecto del perfil que es susceptible de cambio por el flujo inducido.

• Viento Relativo Resultante: Es el flujo de aire resultante de la rotación que es modificado por el flujo inducido.

• Viento Relativo de Rotación: Es el producido por el movimiento de las palas del rotor.

FUERZA AERODINAMICA TOTAL

A medida que el aire fluye alrededor de un perfil, las moléculas que van por arriba deben viajar más rápido que las de abajo para encontrarse al tiempo al final del perfil.

La combinación de esta fuerza de presión diferencial y la resistencia de perfil es conocida como fuerza aerodinámica total FAT. Esta actúa en el centro de presión y se divide en dos: Sustentación y Resistencia.

FUERZAS QUE ACTUAN EN UNA AERONAVE

TIPOS DE RESISTENCIA

La carta a continuación puede ser usada para mostrar los tipos y distribución de resistencia así como de potencia. Definiciones como inducida, parásita y de perfil pueden ser aplicadas a resistencia y a potencia. La carta de abajo muestra que a 0 velocidad 0 resistencia parásita, a medida que la velocidad aumenta, la resistencia parásita aumenta lo que a la postre también aumenta la potencia requerida.

RESISTENCIA INDUCIDA Resulta de la inclinación hacia atrás del vector de sustentación, debido a las velocidades hacia abajo que crea el flujo de rotor. Es grande en estacionario y disminuye con la velocidad.

RESISTENCIA PARASITA Debida a la resistencia creada por el fuselaje, tren de aterrizaje, núcleo de rotor y las partes que no crean sustentación. Es cero en estacionario pero aumenta rápidamente con la velocidad.

RESISTENCIA DE PERFIL Debida a la fricción del aire con la piel de las palas de rotor. Se mantiene relativamente constante con la velocidad hasta que ocurre la pérdida por alta velocidad o la compresibilidad de la pala.

TIPOS DE SISTEMA ROTOR

ARTICULADO El núcleo está montado rígidamente al mástil, las palas van unidas con pines tipo bisagra, que permiten el aleteo y el adelanto y retraso. Cada pala individualmente puede aletear, adelantarse, retrasarse o cambiar de ángulo de incidencia.

SEMIRIGIDO Unicamente para dos palas, el núcleo está unido al mástil con una balinera que permite el movimiento de las palas como una unidad. No tiene adelanto, ni retraso. Otra balinera se usa para los cambios de ángulo de incidencia.

RIGIDO SIN PIN BISAGRA Todos los movimientos se hacen gracias a la flexibilidad de los componentes. Solo se usa una balinera para los cambios de ángulo de incidencia.

RIGIDO SIN BALINERAS Es el más avanzado de todos, pues todos los movimientos se hacen sin balineras.

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA ROTOR

TORSION DE PALA Esto se debe a la necesidad que existe de igualar la sustentación en la punta y la raíz de la pala por diferencia de velocidades. Esto retarda la entrada en pérdida de la pala y mejora el rendimiento en estacionario.

RETARDO DE FASE Un rotor reacciona como un giróscopo, si una fuerza es aplicada esta se manifestará 90 grados después en la dirección de rotación.

MOVIMIENTOS DE LAS PALAS

ADELANTO Y RETRASO Cuando a las palas con bisagra se les permite moverse adelante y atrás en el plano de rotación sin importarle las otras. Normalmente una pala es afectada por fuerzas que cambian constantemente (resistencia), haciendo que la pala cambie de velocidad atrasándose o adelantándose. Otro efecto se traduce en el aleteo que mueve el centro de gravedad hacia el centro de rotación y hacia fuera del mismo, este movimiento causa que la pala acelere y retrase su velocidad, debido a la fuerza de coriolis. Una balinera permite el movimiento arriba y abajo sin impartir estrés en la pala, se necesita un amortiguador si se quiere cancelar la resonancia en tierra.

ENBANDERAMIENTO CICLICO Es un movimiento mecánico que cambia el ángulo de la pala, se define también entre la pala y su plano de rotación; tanto el cíclico como el colectivo tienen influencia sobre él.

ALETEO El movimiento arriba y debajo de una pala sobre la balinera para tal fin que se produce en la rotación. Está referida al plano vertical del mástil del rotor; esto permite al piloto inclinar el plano de rotación para controlar la aeronave.

CONEO Es un doblamiento hacia arriba de las palas cuando se produce sustentación.

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