aerodinamica%20 general%201[1]

AERODINAMICA GENERAL

MTP

2

EJE VERTICAL

EJE HORIZONTAL

EJE LONGITUDINAL

LOS TRES EJES

3

LOS TRES EJES

• El control de guiñada o rumbo se hace con los pedales y es alrededor del eje vertical.

• El control de balanceo o viraje se hace con el cíclico y es alrededor del eje longitudinal.

• El control de actitud o cabeceo se hace con el cíclico y es al rededor del eje lateral u horizontal.

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LEYES DE NEWTON

• PRIMERA• Un objeto en reposo o en movimiento uniforme

continuara en ese estado hasta que intervenga una fuerza externa.

• SEGUNDA• Fuerza es proporcional a masa x aceleración.

• TERCERA• Para cada acción existe una reacción igual y

en dirección opuesta.

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LAS CUATRO FUERZAS

CUATRO FUERZAS

SUSTENTACION PESO EMPUJE RESISTENCIA

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SUSTENTACION

RESISTENCIA

PESO

EMPUJE

7

LAS CUATRO FUERZAS

• Sustentación = fuerza hacia arriba creada por el efecto del flujo de aire cuando pasa alrededor de un perfil aerodinámico.

• Peso = opuesto a la sustentación y es causada por la fuerza de la gravedad.

• Empuje = fuerza que impulsa el helicóptero a través del aire.• requerida para vencer la resistencia del fuselaje y

otros componentes del helicóptero

• Resistencia = fuerza retrazadora creada por el movimiento de un objeto a través del aire.

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PERFILES AERODINAMICOS

• Cualquier superficie que provee fuerza aerodinámica cuando interactúa con un flujo de aire.

• A pesar de que existen diferentes tipos de perfiles aerodinámicos para palas, en la mayoría de las condiciones de vuelo del helicóptero, todos los perfiles aerodinámicos se desempeñan de la misma manera.

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PERFIL AERODINAMICO Términos aerodinámicos

• BORDE DE ATAQUE = primera parte del perfil aerodinámico en encontrarse con el aire que viene.

• BORDE DE SALIDA = parte trasera donde el flujo de aire sobre la superficie superior se une con el flujo de aire sobre la superficie inferior.

• CUERDA = línea recta imaginaria entre el borde de ataque y el borde de salida de un perfil aerodinámico.

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• CENTRO DE PRESION = el punto donde la resultante de todas las fuerzas aerodinámicas actuando en un perfil aerodinámico interceptan la cuerda.

• CENTRO DE GRAVEDAD = el punto teórico donde el peso entero del helicóptero se dice estar concentrado.

PERFIL AERODINAMICO Términos aerodinámicos

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AIRFOILS

CombaSuperior

CombaInferior

Borde de

Salida

Borde de

Ataque

CuerdaAngulo

de Ataque

Viento Relativo

Trayectoria de

vuelo

11

12

SIMETRICO

• La distancia entre la cuerda y la superficie del perfil aerodinámico es la misma a cada lado de la cuerda en cualquier punto.

• El centro de presión casi no se mueve.

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Simétrico

Asimétrico

PERFILES AERODINAMICOS DOS TIPOS

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SIMETRICO

EL CENTRO DE PRESION SE MUEVE MUY POCOA TRAVES DE LA CUERDA

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ASIMETRICO

• El diseño asimétrico crea una mayor diferencia de presión por encima y por debajo del perfil aerodinámico y produce más sustentación.

• El centro de presión se mueve a través de la cuerda cuando cambia el ángulo de ataque.

• Requiere un diseño superior el cual sustente el centro de presión moviéndose hacia adelante y hacia atrás.

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ASIMETRICO

EL CENTRO DE PRESION PUEDEMOVERSE A LO LARGO DE LA CUERDA

17ANGULO DE ATAQUEPUNTO DE SUSTENTACION CERO

COM

BAD

O

SIMETRIC

O

CS

CS

17

18

VIENTO RELATIVO

• El flujo de aire relativo a un perfil aerodinámico.• El flujo de aire con respecto a las palas.

• Paralelo y en dirección opuesta a la dirección de vuelo de un perfil aerodinámico.

• El viento relativo es una combinación de la rotación de las palas y la velocidad hacia adelante del helicóptero.

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VIENTO RELATIVO

Relación entre trayectoria de vuelo y viento relativo.

ASCENSO DESCENSOVUELO NIVELADO

Viento Relativo

Viento Relativo

Viento Relativo

Trayectoria de Vuelo

Trayectoriade Vuelo

Trayecto

ria

de Vuelo

20

LA RESISTENCIA ACTUA PARALELA Y EN LA MISMA DIRECCION QUE EL VIENTO RELATIVO

SUSTENTACION

VIENTO RELATIVO

CENTRO DE

PRESION

RESISTENCIA

ANGULO DE

ATAQUE

CUERDA

RESU

LTA

NTE

FU

ER

ZA

20

21

TERMINOLOGIA AERODINAMICA

• Angulo de ataque = el ángulo entre el viento relativo y la cuerda.

• Angulo de incidencia = ángulo entre el plano de rotación y la cuerda.

• Plano de rotación = plano circular imaginario delineado por las puntas de las palas cuando hacen un ciclo de rotación.

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TERMINOLOGIA AERODINAMICA

• Flujo inducido = la masa de aire empujada hacia abajo por la acción del rotor; la mayoría del flujo inducido pasa a través del disco de rotor.

• Angulo de flujo descendente = el ángulo formado entre la dirección del movimiento del aire cuando se acerca a un perfil aerodinámico y la dirección cuando se aleja.

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VIENTO RELATIVO(FLUJO DE AIRE RELATIVO)

PLANO DE ROTACIONP.D.R.

FLUJO INDUCIDOF.I.

ANGULO DE ATAQUE

A.D.A.

ANGULO DE INCIDENCIA

TERMINOLOGIA AERODINAMICA

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TERMINOLOGIA AERODINAMICA

Eje de Rotación

Angulo de Ataque

Angulo de Incidencia

Plano de Referencia

Cuerda

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AIRE ESTATICO

FLUJO INDUCIDO (FLUJO DESCENDENTE)

COLUMNA DE AIRE DESCENDENTE

PUNTO A PALA 1 EN PUNTO

“A”

PALA 2 EN PUNTO

“A”

PALA 3 EN PUNTO

“A”

PALA 4 EN PUNTO

“A”

25

26

AIRE INDUCIDO (flujo descendente)

• El aire inducido (flujo descendente) predomina bajo condiciones de viento estable en vuelo estacionario.

• Debido a la circulación de aire descendente por la acción del rotor, el viento relativo rotacional se ve modificado por el flujo inducido.

• El flujo de aire causado por la rotación y modificado por el flujo inducido produce el Viento Relativo Resultante.

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COMPONENTES DEL VIENTO RELATIVO

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD DE PALA HACIA ADELANTE

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL - VELOCIDAD DE PALA HACIA ATRAS

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + FLUJO INDUCIDO (FLUJO DESCENDENTE)

CUERDA ANGULO DE ATAQUE

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL VELOCIDAD

VELOCIDADVIENTO RELATIVO ROTACIONAL

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL

VIENTO RELATIVO RESULTANTE

FLUJO INDUCIDO

27

28

COMPONENTES DEL VIENTO RELATIVO

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL

VIENTO RELATIVO RESULTANTE

VIENTO RELATIVO RESULTANTE

VIENTO RELATIVO RESULTANTE

VIENTO RELATIVO RESULTANTE

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD + ALETEO ASCENDENTE DE PALA HACIA ADELANTE ALETEO

ASCENDENTE

ALETEO DESCENDENT

E

VELOCIDAD

VELOCIDAD

RAFAGA DESCENDENT

E

RAFAGA ASCENDENTE

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD + ALETEO DESCENDENTE DE PALA HACIA ADELANTE

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD + RAFAGA ASCENDENTE

VIENTO RELATIVO ROTACIONAL + VELOCIDAD + RAFAGA DESCENDENTE

VELOCIDAD

VELOCIDAD

28

29

PLANO DE PUNTAS DE PALAS

TERMINOLOGIA AERODINAMICA

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EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

• Teorema de Bernouilli

El efecto de Bernoulli es simplemente el resultado de la conservación de la energía:• En un flujo aerodinámico de fluido, el flujo de todas

las energías es constante.• El trabajo realizado en un fluido, la presión por el

volumen, es igual al cambio en energía cinética del fluido.

31

• Cuando la energía total de una columna de un fluido en movimiento permanece constante, cualquier incremento en la energía cinética del fluido (su velocidad) produce un descenso correspondiente en su energía potencial (su presión).

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

32

• Cuando un flujo de aire fluye a través de un conducto convergente• la presión baja• la velocidad sube

• Cuando un flujo de aire fluye a través de un conducto divergente• la presión sube• la velocidad baja

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

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V 100P 100T 10

V 150P 50T 10

V 100P 100T 10

FLUJO DE AIRE

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

34

• El aire que fluye por la superficie superior de la pala se acelera.• La pala esta sujeta al Principio de Bernoulli o

efecto Venturi.• A la vez que la velocidad incrementa a medida

que el aire pasa por la zona angosta de un tubo Venturi, su presión decrece.

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

35

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

Incremento de la VelocidadDescenso de la Presión

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SUSTENTACION

MENORPRESION

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

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• La combinación de la menor presión en la superficie superior y la mayor presión en la superficie inferior da como resultado un fuerza ascendente.• SUSTENTACION

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

38

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

SustentaciónBaja presión

Alta presión

Viento relativo

Angulo del flujo descendente

Angulo del flujo descendente

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• A medida que aumentamos el ángulo de ataque, aumenta la producción de sustentación.• Se crea más flujo ascendente a medida que el

punto de estancamiento del borde de ataque se desplaza por debajo del borde de ataque, y se crea más flujo descendiente por detrás del borde de salida.

EL PRINCIPIO DE BERNOULLI

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TERCERA LEY DE NEWTON

• El aire que golpea la parte inferior de la pala proporciona sustentación adicional al ser desviada hacia abajo.

• De acuerdo con la tercera ley de Newton (para cada acción existe una reacción igual y en dirección opuesta), el aire que es desviado hacia abajo produce una reacción hacia arriba (sustentación).

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FORMULA DE LA SUSTENTACION

FACTORES QUE AFECTAN LA SUSTENTACIÓN

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SUSTENTACION = CL 1/2 S V²

• CL = COEFICIENTE DE SUSTENTACION

• = DENSIDAD DEL AIRE• S = SUPERFICIE ALAR• V² = VELOCIDAD DE LA PALA AL

“CUADRADO”

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SIMPLIFICADO

• CL = Forma del perfil aerodinámico• La habilidad de torcer el aire.

• /2 = cantidad de partículas de aire• mas densidad, mas sustentación

• S = Área de la superficie del ala.• La superficie total de las palas.

• V² = La velocidad de la pala al “cuadrado”• La velocidad de la pala + el viento relativo.

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RESISTENCIA

• La fuerza que se opone al movimiento de un helicóptero a través del aire cuando éste está produciendo sustentación.

• La resistencia siempre actúa paralela al viento relativo.

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El diseño aerodinámico reduce la resistencia parásita al disminuir la separación del flujo de aire.

RESISTENCIA

46

RESISTENCIA

Ejemplo de resistencia parasita. Ejemplo de resistencia de fricción.

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• RESISTENCIA DE PERFIL• Generada por la resistencia de las palas a la fricción a su

paso por el aire.• RESISTENCIA INDUCIDA

• Generada por el flujo de aire circulando alrededor de las palas mientras éstas producen sustentación.

• RESISTENCIA PARASITA• Presente siempre que el helicóptero se esté moviendo a

través del aire.• Aumenta con la velocidad (contribuida por los componentes

del helicóptero que no producen sustentación: cabina, mástil del rotor, cola, tren de aterrizaje, etc.).

TRES TIPOS DE RESISTENCIA

48

TRES TIPOS DE RESISTENCIA

Resis

ten

cia

Velocidad

Resistencia Total

Resistencia Mínima o L/Dmax

Resistencia

Parásita

Resistencia de Perfil

Resistencia

Inducida

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CURVA DE POTENCIA

RESISTENCIA TOTAL

RESISTENCIA PARASITA

RESISTENCIA DE PERFIL

RESISTENCIA INDUCIDA

VELOCIDAD HACIA ADELANTE

RES

ISTEN

CI

A

49

50

Dibujamos una línea desde el origen y tangente a la curva de resistencia total.El punto de tangencia F identifica el rango de velocidades para obtener la distancia máxima de planeo y la máxima distancia en una autorotación.

RESISTENCIA TOTAL

RESISTENCIA PARASITA

RESISTENCIA DE PERFIL

RESISTENCIA INDUCIDA

VELOCIDAD HACIA ADELANTE

RES

ISTEN

CIA

51

PO

TE

NC

IA

VELOCIDAD

52

VELOCIDAD DE DESCENSO

VELOCIDAD MINIMA DE DESCENSO

MEJOR ANGULO DE PLANEO

VELOCIDAD RECOMENDADA DE AUTO ROTACION

VELOCIDAD

53

PERDIDA DE LA PALA

• Cuando el ángulo de ataque aumenta hasta aproximadamente 15º, el flujo de aire no puede seguir la curvatura superior de la pala debido al cambio de dirección excesivo.

• A medida que nos aproximamos al ángulo de ataque crítico, el flujo de aire empieza a separarse de la parte trasera de la superficie superior de la pala.

54

• Si seguimos aumentando el ángulo de ataque, la separación se mueve hacia delante a la zona de la comba alta causando un remolino mientras el aire intenta seguir la superficie superior de la pala.

• Esto da como resultado una perdida considerable de sustentación y la entrada en perdida de la pala.

PERDIDA DE LA PALA

55

PERDIDA DE LA PALA

SUSTENTACION

PERDIDA

56

Flujo de aire alrededor de un perfil aerodinámico a distintos ángulos de ataque.

PERDIDA DE LA PALA

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TORQUE

• A la vez que el rotor principal de un helicóptero gira en una dirección, el fuselaje tiende a girar en la dirección opuesta.

• La cantidad de torque es directamente proporcional a la cantidad de potencia utilizada del motor para girar el rotor principal.• A MEDIDA QUE LA POTENCIA CAMBIA, CAMBIA EL

TORQUE

58

TORQUE

• La mayoría de los helicópteros disponen de un sistema anti-torque o rotor de cola para contrarrestar el torque.• El rotor de cola está diseñado para producir

empuje en la dirección opuesta al torque.

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TORQUE

DIRECCION DE ROTACION

ROTACION DEL FUSELAJE

EMPUJE

60

Rotor anti-torque

Aletas en estela del rotor

Torque diferencial entre dos rotoresInclinación diferencial de

empujes de rotor

61

ROTOR DE COLA

SISTEMAS ANTITORQUE

62

TAIL ROTOR

FENESTRON

SISTEMAS ANTITORQUE

63

SISTEMAS ANTITORQUE

TAIL ROTOR

FENETRON

NOTAR

Entrada de Aire

Estela Rotor

Principal

Tobera Giratoria

Su

sten

taci

ón

Flujo Descendente

Air

e a

Pre

sió

n

64

SISTEMAS DE ROTOR

• RIGIDO

• SEMIRRIGIDO

• TOTALMENTE ARTICULADO

65

TOTALMENTE ARTICULADO(SCHWEIZER)

120° 120°

120°

3 A 8 PALAS

66

CARACTERISTICAS:• Permite aleteo.• Permite cambio de paso.• Permite avance y retraso.

=> Aleteo, avance y retraso y cambio de paso ocurren independientemente.

TOTALMENTE ARTICULADO (SCHWEIZER)

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TOTALMENTE ARTICULADO(SCHWEIZER)

VENTAJAS• Más manejable

• Más confortable (amortiguadores)

• Sin golpeteo de mástil debido a fuerza G negativa

DESVENTAJAS• Mucho mantenimiento

(Más piezas)

• Resonancia terrestre

• Requiere mas espacio para almacenamiento

68

TOTALMENTE ARTICULADO(SCHWEIZER)

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SISTEMA DE 2 PALAS

SEMIRRIGIDO(R-22)

70

CARACTERISTICAS :

• Permite aleteo.• Permite cambio de paso.

=> Aleteo y cambio de paso como una sola unidad.

SEMIRRIGIDO(R-22)

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VENTAJAS

• Bajos costos

• Menos piezas

• Ocupa menos espacio

DESVENTAJAS

• Golpeteo de mástil a causa de fuerza G negativa

• Menos confortable

SEMIRRIGIDO(R-22)

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SEMIRRIGIDO(R-22)

73

RIGIDO (BO 105) CARACTERISTICAS :

• No tiene bisagras• Las palas y el cubo están hechos de

un material fuerte.• ( El cubo hecho de titanio )

• Coneo y aleteo hecho por las palas.

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SISTEMA DE ROTORDE CUATRO PALAS

RIGIDO(BO 105)

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VENTAJAS

• Muy manejable

• Poco mantenimiento

• Sin golpeteo de mástil

DESVENTAJAS

• Incomodo (sin amortiguadores)

• Costoso

• Requiere más espacio para almacenar

RIGIDO(BO 105)

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RIGIDO(BO 105)

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VIBRACIONES

• FRECUENCIA BAJA• Las vibraciones anormales en el rango de

frecuencia baja están normalmente asociadas con el sistema de rotor principal.

• FRECUENCIA MEDIA• Una vibración de frecuencia media que ocurre de

repente durante el vuelo puede ser un indicativo de un rotor de cola defectuoso (alta en el 300cb).

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VIBRACIONES

• FRECUENCIA ALTA• Las vibraciones de alta frecuencia que ocurren en

el helicóptero pueden ser causadas por el motor o una transmisión defectuosa.