Descripción

Problemática

Resumen

Descripción

Problemática

Resumen

El Helicóptero Denición: aeronave de alas giratorias (rotor) que proporciona sustentación, propulsión, control,

1. Introducción 1.2 Introducción a los helicópteros

y que permiten a la aeronave mantenerse en vuelo a punto jo sin necesidad de una velocidad de vuelo que genere estas fuerzas. Ventajas: elevada capacidad de maniobra, alta ecacia en la realización del vuelo vertical, vuelo a punto jo,vuelo vertical ascendente y descendente (despegue y aterrizaje).

Limitaciones baja velocidad de crucero.

9

AAD (HE) Descripción

Introducción Problemática

Intr. Helicópteros

1 / 29 Resumen

Introducción

1

Introducción Problemática

Intr. Helicópteros

3 / 29 Resumen

Aplicaciones del helicóptero

La característica más valorada de las actuaciones de un helicóptero es su capacidad de maniobra:

Descripción de helicóptero. Sistemas. Parámetros característicos.

2

AAD (HE) Descripción

agilidad, operación cerca del suelo, vuelo a punto jo, vuelo a velocidades lentas, posibilidad de aterrizar y despegar verticalmente o en espacios muy reducidos y de difícil acceso.

Problemática particular del helicóptero.

Militares:

Aerodinámica. Conguración del rotor principal. Control del vuelo. Autorrotación.

combate aéreo, apoyo táctico, observación.

Civiles: transporte comercial, búsqueda y salvamento, trabajos aéreos.

AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

2 / 29

AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

4 / 29

Problemática

Resumen

Conguración básica de un helicóptero convencional

Problemática

Resumen

Parámetros característicos II

Rotores. Controles de vuelo. Sistemas auxiliares: hidráulico, eléctrico, instrumentación, aceite, combustible.

3

10

1

10

R [m]

Tren aterrizaje. Estructura. Cabina. Sistema motor. Transmisión.

Descripción

DL [N/m2]

Descripción

2

3

10

4

10

10

3

4

10

M [kg]

10 M [kg]

0

10

7 6

b [−]

c [m]

5 4 3 2 −1

10

3

UH-60A

Intr. Helicópteros

5 / 29 Resumen

Parámetros característicos I Diámetro del rotor principal Cuerda media del rotor principal Número de palas rotor principal Velocidad de punta de pala Carga discal (peso por unidad de área) Diámetro de rotor antipar Velocidad de avance

3

4

10

10 M [kg]

AAD (HE)

Introducción Problemática

Descripción

Intr. Helicópteros

7 / 29 Resumen

Parámetros característicos III

D c b Vtip DL Dt V∞

[m] [m] [-]

[m/s] [Pa] [m]

[km/h]

7 - 24 0.2 - 0.9 2-6 170 - 250 125 - 700 1-6 150 - 330

1

10

250 240 230

Rtr [m]

10

Descripción

UH-1 Introducción Problemática

10 M [kg]

Vtip [m/s]

AAD (HE)

1

4

10

0

10

220 210 200 190 180

3

4

10

170

10

3

4

10

M [kg]

10 M [kg]

Mil Mi-26 vs Robinson R22 AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

6 / 29

AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

8 / 29

Descripción

Problemática

Resumen

Retos tecnológicos iniciales

Descripción

Problemática

Resumen

Aerodinámica: asimetría en avance I V1

Ã=180

Desconocimiento de la aerodinámica del vuelo vertical: ¾potencia necesaria? Relación potencia/peso del motor: motores de combustión interna. Peso de la estructura: materiales ligeros. Compensación del par rotor: sistemas sencillos. Estabilidad y control de la aeronave: articulación de batimiento y control cíclico. Vibraciones: integridad estructural. Supervivencia frente a fallo: autorrotación.

Ã=180

M1

M1

1

M1

Ã=270 Ã=270

Ã=90 M

­

M1

Ã=90

11

AAD (HE)

Introducción Problemática

Intr. Helicópteros

M1

M1 Zona de flujo invertido

Ã=0

9 / 29 Resumen

Aerodinámica: potencia inducida

Ã=0

Introducción

AAD (HE)

Introducción Problemática

Descripción

Lado de avance 0 < Ã < ¼

Intr. Helicópteros

11 / 29 Resumen

Aerodinámica: asimetría en avance II

La conservación de cantidad de movimiento implica que el rotor debe acelerar y mover hacia abajo una corriente uida. Esto se consigue mediante el movimiento de las palas. Potencia inducida: aumento de energía cinética por unidad de tiempo. Precio a pagar para mantener una aeronave en vuelo. Se demostrará 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 eciencia.

AAD (HE)

­

1

Lado de retroceso ¼ < Ã < 2¼

Descripción

M

Intr. Helicópteros

10 / 29

Vuelo axial: Axilsimétrico:

d = 0. dψ

Vuelo de avance: Dependencia con el ángulo de azimut de las magnitudes f (ψ). Desequilibrio de fuerzas: tendencia a producir momento de alabeo. Velocidades elevadas en la zona de avance: ψ ≈ π/2. Velocidades pequeñas en la zona de retroceso: ψ ≈ 2π/3 y zona de inversión de ujo.

AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

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Descripción

Problemática

Resumen

Aerodinámica: entorno complejo I

Descripción

Problemática

Resumen

Aerodinámica: entorno complejo III

Creación de torbellinos de punta de pala. Interacciones aerodinámicas: interacción pala con vórtices de punta de pala, interacción de la estela del rotor con la estructura, interacción de la vórtices de punta de pala del rotor con el rotor antipar, interacción de la vórtices de punta de pala con el estabilizador horizontal, interacción de la estela del buje con la estela del rotor.

AAD (HE)

12

Descripción

Introducción Problemática

Intr. Helicópteros

13 / 29 Resumen

Aerodinámica: entorno complejo II

AAD (HE)

Introducción Problemática

Descripción

Intr. Helicópteros

15 / 29 Resumen

Aerodinámica: entorno complejo IV

Vuelo de avance: torbellinos de punta pala permanecen cercanos al plano del rotor creando ujos 3D uctuantes.

Estela del buje EstructuraEstela del rotor

Lado de avance (efectos):

de pala (lado retroceso) T

T antipar

régimen transónico, zonas de compresibilidad y posibles ondas de choque, mayor potencia requerida, mayor ruido, limita la velocidad de vuelo de avance.

punta de pala

Lado de retroceso (efectos): entrada en pérdida dinámica, pérdida de sustentación, propulsión, fuente de ruido, cargas uctuantes, limita la velocidad de vuelo de avance.

Ã= 90

Ã= 180

punta de pala

Rotor principal V1 en punta de pala (lado de avance) AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

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AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

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Descripción

Problemática

Resumen

Conguración rotor principal

Descripción

Rotor articulado

longitud grande para conseguir bajas cargas discales, relación de aspecto elevada para conseguir elevadas ecacias aerodinámicas.

permite batir las palas libremente. Asegura una transferencia de sustentación al eje pero no de momentos. Articulación arrastre: la rotación de la pala junto con el batimiento hace que aparezcan fuerzas de coriolis 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 se proporciona a las palas. Articulación de batimiento:

Esto implica que las palas presentan elevada exibilidad. 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.

13

AAD (HE)

Resumen

Conguración rotor principal: solución tradicional

Las palas se caracterizan por:

Introducción Problemática

Descripción

Problemática

Intr. Helicópteros

17 / 29 Resumen

Conguración rotor principal: movimiento de las palas

AAD (HE) Descripción

Introducción Problemática

Intr. Helicópteros

19 / 29 Resumen

Conguración rotor principal: tipos de rotor

­ Eje batimiento Articulado

Arrastre Eje paso

Batimiento

AAD (HE)

Introducción

Flexible (bearingless)

Articulado: articulaciones en los tres movimientos principales

Paso Eje arrastre

Rígido (hingeless)

Intr. Helicópteros

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(batimiento, arrastre y paso). Ventaja: menos esfuerzos transmitidos. Rígido: los movimientos de arrastre y batimiento se consiguen mediante la exibilidad 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 exibilidad de los materiales empleados en la unión al buje. Ventaja: buje aerodinámicamente más limpio y menor mantenimiento. AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

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Descripción

Problemática

Resumen

Control de vuelo

Descripción

Problemática

Resumen

Control de vuelo: control colectivo

El rotor es el responsable nal del control de vuelo. EL piloto debe ser capaz de controlar el vector tracción en módulo y dirección. T1

Proporciona control en el vuelo axial del helicóptero. Control de la sustentación (módulo) del rotor principal. Cambia el ángulo de ataque de todas las palas simultáneamente.

T0

Para ello, el piloto actúa sobre los mandos y éstos modican el ángulo de paso de las palas. AAD (HE)

14

Introducción Problemática

Descripción

Intr. Helicópteros

21 / 29 Resumen

Control de vuelo: mandos

Introducción Problemática

Intr. Helicópteros

23 / 29 Resumen

Control de vuelo: control cíclico

Mandos: responsables de controlar la posición, velocidad y orientación de la aeronave Control Control Control Control

AAD (HE) Descripción

vuelo axial longitudinal lateral direccional

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 colectivo: impone un paso independiente de la posición

azimutal θ (ψ) = θ0 . Control cíclico: impone un paso dependiente de la posición azimutal θ (ψ) = a1 cos ψ + b1 sin ψ + . . . . Pedales: imponen un paso independiente de la posición azimutal en el rotor antipar θa (ψ) = θa,0 .

AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

22 / 29

AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

24 / 29

Descripción

Problemática

Resumen

Control de vuelo: pedales

Descripción

Problemática

Resumen

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:

Proporciona guiñada o control direccional. Modica el empuje de rotor de cola mediante el cambio de paso colectivo del rotor antipar. El pedal se pisa en la dirección requerida.

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 jo es un caso particular.

15

AAD (HE)

Introducción Problemática

Descripción

Intr. Helicópteros

25 / 29 Resumen

Autorrotación

AAD (HE) Descripción

Introducción Problemática

Intr. Helicópteros

27 / 29 Resumen

Resumen II

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 rotación del rotor. Balance energético: pérdida 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 pérdida de motor, transmisión. El rotor en autorrotación puede ser tan efectivo como un paracaídas del mismo diámetro que el del rotor.

El vuelo de avance se caracteriza por la falta de simetría azimutal del campo de velocidades relativas. Las dicultades a las que se debe enfrentar el helicóptero son: posibilidad de entrada en pérdida en el lado de retroceso a velocidades de vuelo elevadas, regímenes transónicos en el lado de avance a velocidades de vuelo elevadas.

Se tiene un entorno aerodinámico muy complejo. El rotor principal está sometido a grandes esfuerzos y deformaciones. El movimiento básico de la pala consta de: movimiento de batimiento, movimiento de arrastre, movimiento de paso.

Autorotacion

AAD (HE)

Avance

Introducción

Intr. Helicópteros

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AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

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Descripción

Problemática

Resumen

Resumen III Las distintas estrategias en la forma de acomodar estos movimientos determina distintas conguraciones de cabezas de rotores. Control de las fuerzas que aparecen en el rotor determinan el 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.

Autorrotación posibilidad del helicóptero para permitir la recuperación de la aeronave ante fallo del motor.

AAD (HE)

Introducción

Intr. Helicópteros

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