aerodinamica de los helicopteros

7/29/2019 Aerodinamica de Los Helicopteros

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GRUPO AEREO N 3 SEC. HEL. AMERICANOS

Expositor : TC1. FAP. Crdenas Gonzles Felix Miguel

Bibliografa : Principios Fundamentales de Vuelo 2000


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INDICE

1.- AERODINAMICA BASICA.2.- LA AERODINAMICA Y LA MECANICA DEL VUELO:

A) Perfiles de Sustentacin.B) Fuerzas que actan sobre las aeronaves.C) Desarrollo de Fuerzas Aerodinmicas.D) Resistencia.

E) Curvas de Rendimiento.F) Fuerzas que afectan el rendimiento.

3.- ESTABILIDAD.A) Estabilidad del Ala rotatoria

4.- DISEO DEL HELICOPTERO Y CARACT. MECANIC.:A) Control del Helicptero.B) Caractersticas y requisitos mecnicos.

5.- RENDIMIENTO DEL ALA GIRATORIA:A) Equilibrio de Fuerzas.


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B) Desarrollo del Flujo de Aire en el Sistema de Rotor.C) Los distintos flujos de aire del sistema de rotor.

D) Vuelo Estacionario.E) Patrones de Flujo del aire del vuelo hacia delante.F) Efectos de la Compresibilidad.G) Situaciones de Emergencia.H) Autorrotacin.I) Curvas de Rendimiento.J) Vuelo de Maniobra.


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1.-AERODINAMICA BASICA

Trata del movimiento del aire y de otros fluidos gaseosos,

y de las fuerzas que actan sobre los objetos que se mueven por elaire (gases).Leyes de Newton sobre el movimiento:

A) Inercia.- Todo cuerpo en reposo permanecer en reposo y todocuerpo en movimiento permanecer en movimiento, a la mismavelocidad y en la misma direccin y sentido, hasta que se vea a-fectado por una fuerza externa.

B) Aceleracin.- La fuerza necesaria para alterar el movimiento deun cuerpo, es directamente proporcional a la masa de dicho

cuerpo y al cambio registrado en su velocidad.C) Accin y Reaccin.- A cada accin corresponde una reaccinigual y opuesta.


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FLUJO DE FLUIDO Y MEDIDA DE LA VELOCID.DEL AIRE

A) El principio de Bernouilli.- (Matemtico Suizo) Todas las fuerzasque actan sobre una superficie sobre la cual se produce un flujo deaire, son resultado de la friccin o presin del revestimiento de dichasuperficie. Las fuerzas de friccin resultan de la viscosidad, y estnconfinadas a una capa muy delgada de aire prxima a la superficie.

100 knts 200 knts 150 knts

El flujo de aire es similar al flujo de agua, del aceite hidrulico, o decualquier otro fluido incomprimible. Segn se reduce la luz (el readel corte longitudinal del tubo), deber aumentar la velocidad delflujo para mantener un nivel constante de flujo de masa. Es decir

que la velocidad vara en razn inversa al rea transversal.


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LA PRESIN ESTTICA Y LA PRESION DINMICA

La presin del flujo de un fluido est integrada por dos componentes:La presin esttica y dinmica.

A) La Presin Esttica.- Se define como la fuerza que acta sobre unasuperficie por unidad de rea de la superficie. Se calcula multiplicandoel peso especfico promedio del aire por la altura de una columna de ai-re :P = W . H (Se mide con un barmetro aneroide dentro del flujo, pe-ro que no se mueve con el flujo)B) La Presin Dinmica.- Es el componente de la presin total que sederiva del movimiento del aire. Se calcula multiplicando la mitad de ladensidad del aire por el cuadrado de la velocidad del flujo del aire :Q = 1/2 D . (V)2 (Es difcil de medir directamente, pero un tubo pitot-

esttico, la mide indirectamente.

Las capas superiores Restringen el flujo


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VECTORES Y ESCALARES

En el estudio de las aeronaves debemos comprender dos tipos de

magnitudes: Vectores y Escalaresa).-Vectores: Los vectores son descritos en funcin de su magni-

tud y direccin: Ej.. La velocidad, aceleracin, peso, elevaciny la resistencia.

b).- Escalares: Son aquellas que se describen slo por el tamaotales como superficie (rea), volumen, tiempo y masa.

A B

O

A

B

C

C


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VECTORES DE FUERZA EN UN PERFIL AERODINMICO

Fuerza Aerodinmica total

Perfil Aerodinmico

Sustentacin

Resistencia

Viento relativo resultante

VientoInducido

Viento relativo de rotacin(corriente libre de aire)

Resultante


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VECTORES DE FUERZA DE UN HELICOPT. EN VUELO

SUSTENTACIN

PESO

RESISTENCIA

EMPUJE

Sustentacin Resultante

Resultante de la Resistencia yel Peso


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2.- LA AERODINAMICA Y LA MECANICA DEL VUELO

A) PERFILES DE SUSTENTACION:

1) Caractersticas y Funciones de los perfiles de Sustentacin.- Esuna estructura, pieza o cuerpo diseado para reaccionar sobre smismo en forma til al moverse por el aire.

a.- Diseo de los Perfiles de Sustentacin.- Ciertos diseos de perfil

son menos eficientes que otros, bajo determinadas condiciones,pero hacen posible una mayor velocidad area.Otras combinacio-nes de diseo de superficie superior y superficie inferior puedengenerar mayor fuerza de sustentacin pero tal vez a costa de un

desplazamiento mayor de su centro de presin.b.- Secciones del Perfil de Sustentacin.- Son de dos tipos bsicos:- Perfiles Simtricos.- Que tienen diseos idnticos en la superficie

superior y en la inferior.- Perfiles Asimtricos.- Pueden variar mucho en su diseo.


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1) PERFILES DE SUSTENTACIN SIMTRICOS

Son ms adecuados para las aplicaciones de ala rotativa por que apenasse les mueve el centro de presin, el que se desplaza de manera relati-lamente constante bajo variados ngulos de ataque. Estos producen me-nos fuerza de sustentacin que los asimtricos a un ngulo de ataque da-do y tienen malas caractersticas de prdida.Tiene que adaptarse a unaamplia variedad de velocidades areas y de ngulos de ataque durante

cada una de las revoluciones del rotor an as es capaz de funcionar enforma aceptable. Son ms fciles y econmicos de fabricar.

Comba MediaCuerda


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2.- PERFILES DE SUSTENTACIN ASIMTRICOS

Poseen mayor relacin de fuerza de sustentacin a la resistencia, ade-

ms de otras caractersticas deseables. Hasta hace poco, se utilizabanen aeronaves de ala fija. No se usaban en los helicpteros porque elcentro de Presin se desplazaba demasiado al variar el ngulo de ata-que y ejerca gran torsin sobre el perfil de sustentacin. Pero los pro-cesos modernos de diseo y los nuevos materiales que se emplean en

su manufactura, han resuelto en parte estos problemas. Actualmenteya se usan en la mayora de los helicpteros.

Comba Media Cuerda


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TERMINOLOGA DE LOS PERFILES DE SUSTENTACIN

A) Lnea de Cuerda.- Es la lnea que atraviesa el perfil de sustentacin

desde el borde de ataque hasta el borde de salida.B) Cuerda.- Es la dimensin longitudinal caracterstica de la seccin

del perfil de sustentacin.C) Comba Media.- Es la lnea que determina las caractersticas aero-

dinmicas de una seccin de perfil de sustentacin.D) Viento Relativo.- Es el aire en movimiento igual y opuesto a la ve-

locidad area de trayectoria de vuelo del perfil de sustentacin.E) Angulo de Ataque.- Es el ngulo existente entre el viento relativo

resultante y la cuerda.

F) Angulo de Incidencia.- Es el que existe entre la lnea de cuerda deun aspa de rotor principal o de cola, y el plano de rotacin.

G) Centro de Presin.- Punto situado sobre la lnea de cuerda de unperfil de sustentacin en el que se considera que actan todas las

fuerzas aerodinmicas.


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B) FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE LAS AERONAVES:

a) Sustentacin.- Son de dos tipos, la que acta sobre un perfil de sus-tentacin y la otra acta sobre toda la aeronave.- La primera es la componente de la fuerza aerodinmica total queacta a un ngulo recto del viento relativo resultante. Acta a tra-vs del centro de presin del perfil de sustentacin. La magnitudde esta fuerza vara en proporcin al cuadrado de la velocidad del

flujo de aire a travs del perfil de sustentacin, a la densidad delaire, a la configuracin y el tamao del perfil de sustentacin y alngulo de ataque.

Fuerza Aerodinmica TotalSustentacin

FlujoInducido


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- La Segunda, que acta sobre toda la aeronave, es denominada compo-nente vertical de la fuerza de sustentacin, es la suma de todas las fuer-zas de sustentacin producidas por todas las superficies de la aeronave

que son capaces de producir fuerzas de sustentacin. Incluyen las alas,los rotores, los elevadores y los estabilizadores horizontales. Esta fuerzaacta a travs del centro de la fuerza de sustentacin, que es el promediode todos los centros de presin de todas las superficies de producenfuerza de sustentacin.

Sustentacin

Peso

Empuje

PropulsinResistenciaParasitaria


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b) El Peso.- Esta fuerza se produce debido a la fuerza de gravedad. Elpeso acta a travs del centro de gravedad; se orienta directamentehacia el centro de la tierra. La magnitud de esta fuerza slo vara

con los cambios de peso bruto.c) Empuje.- Impulsa a la aeronave hacia delante a travs del aire. Pro-viene de una hlice en rotacin, del sistema de rotores de un helicp-tero, de un motor de propulsin a chorro o de algn otro dispositivo.

d) Resistencia Aerodinmica.- Esta fuerza siempre es paralela al vien-to relativo. Es la resistencia que le impone el aire a cualquier obje-to que lo atraviese.

e) Fuerza Centrfuga.- Acta sobre un cuerpo que se mueva en unatrayectoria curva, dirigida hacia fuera del centro de curvatura o ejede rotacin. Surge cuando un cuerpo trata de mantenerse en movi-miento lineal (uniforme).

f) Fuerza Centrpeta.- Acta sobre un cuerpo en movimiento en unatrayectoria curva. Se dirige al centro de curvatura o eje de rotacin.

Cambia la direccin de la velocidad lineal de un cuerpo en movi-


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miento y le proporciona una aceleracin.

Fuerza Centrfuga

Fuerza Centrpeta

Fuerzas Centrfuga y Centrpeta en un viraje normal


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FLUJO DE AIRE SOBRE UN PERFIL AERODINAMICO

Distancia rectilnea

Mayor velocidad y menor Presin

Mayor distancia800 pies / seg.

900 pies / seg.

Menos Velocidad y mayor presin

Menor distancia

850 pies / seg.

Viento Relativo

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