CANTIDAD DE MOVIMIENTO DE UN HELICOPTERO Y ANEXOS Jessica Alexandra Rivera Romero Universidad Nacional De Colombia

INTRODUCCION Descripción del helicóptero Sistemas Parámetros característicos Problemática particular del helicóptero Aerodinámica Configuración del rotor principal Control del vuelo Autorotación

EL HELICOPTERO Definición: aeronave de alas giratorias que proporciona: Sustentación Propulsión Control Y que permite a la aeronave mantenerse en vuelo a punto fijo sin necesidad de una velocidad de vuelo que genere estas fuerzas. Ventajas: Eleva la capacidad de maniobra Alta eficacia en realización dl vuelo vertical, vuelo a punto fijo, vuelo vertical ascendente y descendente (despegue y aterrizaje). Limitaciones: Baja velocidad de crucero

APLICACIONES DEL HELICOPTERO La característica mas valorada de las actuaciones c un helicóptero es su capacidad de maniobra Agilidad, operación cerca del suelo, vuelo a punto fijo, vuelo a velocidades lentas, posibilidad de aterrizar y despegar verticalmente o en espacios muy reducidos y de difícil acceso. Militares: combate aéreo, apoyo táctico, observación Civiles: transporte comercial, búsqueda y salvamento, trabajos aereos.

CONFIGURACION BÁSICA DE UN HELICÓPTERO CONVENCIONAL Tren de aterrizaje Estructura Cabina Sistema motor Transmisión Rotores Controles de vuelo Sistemas auxiliares: hidráulico, eléctrico, instrumentación, aceite, combustible.

PARAMETROS CARACTERISTICOS I Diámetros del rotor principal Cuerda media del rotor principal Numero de palas rotor principal Velocidad de punta de pala Carga discal (peso por unidad de área) Diámetro del rotor antipar Velocidad de avance

PARAMETROS CARACTERISTICOS II

PARAMETROS CARACTERISTICOS II

RETOS TECNOLOGICOS INICIALES Desconocimiento de la aerodinámica del vuelo vertical: ¿potencia necesaria? Relación potencia/peso del motor: motores de combustión interna. Peso de la estructura: materiales ligeros. Estabilidad y control de la aeronave: articulación de batimiento y control cíclico. Vibraciones: integridad estructural. Supervivencia frente a fallo: autorotacion.

AEORIDINAMICA:POTENCIA INDUCIDA La conservación de cantidad de movimiento implica que el rotor debe acelerar y mover hacia abajo una corriente fluida. Esto se consigue mediante el movimiento de las palas. Potencia Inducida: aumento de energía cinética por unidad de tiempo. Precio a pagar para mantener na aeronave en vuelo. Se demostrara que la potencia inducida en un helicóptero es inversamente proporcional al radio del rotor. Cargas discales pequeñas implican potencias inducidas pequeñas y por tanto alta eficiencia.

AERODINAMICA: ASIMETRIA EN AVANCE I

AERODINAMICA: ASIMETRIA EN AVANCE I Vuelo axial: Axilsimetrico: Vuelo de avance: Dependencia con el ángulo de azimut de las magnitudes Desequilibrio de fuerzas: tendencia a producir momento de alabeo. Velocidades elevadas en la zona de avance: Velocidades pequeñas en la zona de retroceso: y zona de inversión de flujo

AERODINAMICA: ENTORNO COMPLEJO I Creación de torbellinos de punta de pala.

AERODINAMICA: ENTORNO COMPLEJO II Vuelo de avance: torbellinos de punta pala permanecen cercanos al plano del rotor creando flujos 3D fluctuantes. Lado de avance (efectos): Régimen transonico, zonas de compresibilidad y posibles ondas de choque. Mayor potencia requerida, mayor ruido Limita la velocidad de vuelo de avance Lado de retroceso (efectos): Entrada en perdida dinámica. Perdida de sustentación, propulsión, fuente de ruido, cargas fluctuantes. Limita la velocidad de vuelo de avance.

AERODINAMICA: ENTORNO COMPLEJO III Interacciones aerodinámicas: Interacción pala con vórtices de punta de pala. Interacción de la estala del rotor con la estructura. Interacción de los vórtices de punta de pala del rotor con el rotor antipar. Interacción de los vórtices de punta de pala con el estabilizador horizontal. Interacción de la estela del buje con la estela del rotor.

AERODINAMICA: ENTORNO COMPLEJO IV

CONFIGURACION ROTOR PRINCIPAL Los palas se caracterizan por: Longitud grande para conseguir bajas cargas discales. Relación de aspecto elevada para conseguir elevadas eficacias aerodinámicas. Esto implica que las palas presentan elevada flexibilidad. Las palas soportan el peso del helicóptero, por lo que se ven sometidas a fuerzas aerodinámicas considerables. Estas fuerzas pueden producir: Grandes cargas estructurales sobre el encastre de las palas. Grandes desplazamientos de las palas.

CONFIGURACION ROTOR PRINCIPAL: SOLUCION TRADICIONAL Rotor articulado Articulación de batimiento: permite batir las palas libremente. Asegura una transferencia de sustentación al eje pero no de momento. Articulación arrastre: la rotación de la pala junto con el batimiento hace que aparezcan fuerzas de corilosis en el plano del rotor. La articulación de arrastre permite aliviar esfuerzos en el encastre de las palas. Cojinete de paso: se emplea para controlar el paso que proporciona a las palas.

CONFIGURACION ROTOR PRINCIPAL: TIPOS DE ROTOR Articulado: articulaciones en los tres movimientos principales (batimiento, arrastre y paso). Ventaja, menos esfuerzos transmitidos. Rígido: los movimientos de arrastre y batimiento se consiguen mediante la flexibilidad de los materiales empleados en la unión al buje. Mantiene articulación en el movimiento de paso. Flexible: no presenta articulación alguna, todos los movimientos se consiguen mediante la flexibilidad de los materiales empleados en la unión al buje. Ventaja: buje aerodinámicamente mas limpio y menos mantenimiento

CONTROL DE VUELO El rotor es el responsable final del control de vuelo. El piloto debe ser capaz de controlar el vector tracción en modulo y dirección. Para ello, el piloto actúa sobre los mandos y estos modifican el ángulo de paso de las palas.

CONTROL DE VUELO: MANDOS Mandos: responsables de controlar la posición, velocidad y orientación de la aeronave. Control vuelo axial Control longitudinal Control lateral control direccional Control colectivo: impone un paso independiente de la posición azimutal Control cíclico: impone un paso dependiente de la posición azimutal Pedales: imponen un paso independiente de la posición azimutal en el rotor antipar

CONTROL DE VUELO: CONTROL COLECTIVO Proporciona control en el vuelo axial del helicóptero Control de la sustentación (modulo) del rotor principal. Cambia el ángulo de ataque de todas las palas simultáneamente.

CONTROL DE VUELO: CONTROL CICLICO Proporciona control longitudinal y lateral Palanca se empuja en dirección en la que se desea el vuelo. Cambia el ángulo de ataque de las palas de forma independiente mediante la inclinación del rotor en determinadas posiciones de azimut.

CONTROL DE VUELO: PEDALES Proporciona guiñada o control direccional. Modifica el empuje de rotor de cola mediante el cambio de paso colectivo del rotor antipar. El pedal se pisa en la dirección requerida.

AUTOROTACION Régimen de funcionamiento en el que la rotación del rotor es mantenida sin la aplicación de un par motor. La corriente incidente es la responsable de proporcionar la energía necesaria para mantener la velocidad de rotación. Balance energético: perdida de energía potencial se convierte en la potencia necesaria para mantener la velocidad de rotación. Fundamental para recuperar la condición de vuelo seguro en situaciones de emergencia debidas a la perdida de motor. transmisión. El rotor en autorotacion puede ser tan efectivo como un paracaídas del mismo diámetro que el del rotor.

RESUMEN I El helicóptero es una aeronave única por su elevada capacidad de maniobra. El rotor principal de un helicóptero es el responsable de conseguir, sustentación, empuje y control. Para una tracción dada, cargas discales pequeñas implican potencias inducidas pequeñas. El vuelo axial consiste en el movimiento vertical de la aeronave y se caracteriza por presentar simetría azimutal. El vuelo a punto fijo es un caso particular.

RESUMEN II El vuelo de avance de caracteriza por la falta de simetría azimutal del campo de velocidades relativas. Las dificultades a las que se debe enfrentar el helicóptero son: Posibilidad de entrada en perdida en el lado de retroceso a velocidades de vuelo elevadas. Regímenes transonicos en el lado de avance a velocidades de vuelo levadas. Se tiene un entorno aerodinámico muy complejo. El rotor principal esta sometido a grandes esfuerzos y deformaciones. Movimiento de batimiento Movimiento de arrastre Movimiento de paso

RESUMEN III Las distintas estrategias en la forma de acomodar estos movimientos determina distintas configuraciones de cabezas de rotores. Control de las fuerzas que aparecen en el rotor determinan l control del vuelo de la aeronave: Paso colectivo: proporciona control del vuelo axial Paso cíclico: proporciona control del movimiento longitudinal y del alabeo. Paso colectivo del rotor antipar: proporciona control direccional de la aeronave. autorotacion posibilidad del helicóptero para permitir la recuperación de la aeronave ante fallo del motor.