en los párrafos siguientes, las razones de esto se discutirán en detalle. Para facilitar la explicación, todas las descripciones se basarán en un simple sistema de rotor de dos palas, que gira en sentido contrario a las agujas del reloj cuando se ve desde arriba. Esto hace que la hoja de avance en el lado derecho de la aeronave se balancee hacia la parte delantera del helicóptero.
Las explicaciones se mantendrán deliberadamente bastante básicas., Para los más avanzados por ahí, por favor no envíe un correo electrónico diciendo que hay más de lo que se ha declarado. Sin embargo, comente si considera que cualquiera de las explicaciones son fundamentalmente erróneas.
hay una serie de factores que rigen la velocidad máxima de un helicóptero :
arrastre en aerodinámica, arrastre es la fuerza de empuje opuesto. El arrastre está presente en los helicópteros en dos tipos principales:
a. arrastre parásito arrastre parásito es la fuerza de arrastre creada por los componentes que sobresalen en el flujo de aire alrededor del helicóptero., Debido a que este arrastre es empuje opuesto, está reduciendo la cantidad de empuje disponible para hacer que el helicóptero vuele más rápido. El arrastre parásito incluye el tren de aterrizaje, antenas,cubiertas, puertas, etc. La forma del fuselaje también producirá arrastre parásito. En helicópteros posteriores donde el fabricante ha intentado aumentar la velocidad del helicóptero, el tren de aterrizaje es retráctil para reducir la cantidad de arrastre parásito producido., Generalmente, para una estructura dada, la cantidad de arrastre del parásito es proporcional a la velocidad a la que la estructura pasa a través del aire y, por lo tanto, el arrastre del parásito es un factor limitante de la velocidad del aire.
b. perfil dragProfile drag es el arrastre producido por la acción de las palas del rotor siendo forzado en el flujo de aire que se aproxima. Si una cuchilla del rotor se cortó por la mitad desde la parte delantera de la cuchilla (borde de ataque) hasta la parte trasera de la cuchilla (borde de fuga), la forma resultante cuando se mira la sección transversal se considera que es el «perfil»de la cuchilla., Para que una pala del rotor produzca elevación, debe tener una cantidad de espesor desde la piel superior hasta la piel inferior, lo que se denomina «camber» de la cuchilla. En términos generales, cuanto mayor sea la curvatura, mayor será el arrastre del perfil. Esto se debe a que el flujo de aire que se aproxima tiene que separarse más para pasar por encima de las superficies de la pala del rotor. El perfil de la hoja para un helicóptero dado ha sido diseñado como un compromiso entre producir suficiente elevación para que el helicóptero cumpla con todas sus funciones y minimizar la resistencia del perfil., Para alterar la cantidad de elevación producida por el sistema del rotor, el ángulo de ataque debe ser alterado. A medida que aumenta el ángulo de ataque, también aumenta el arrastre de perfil. Esto se conoce generalmente como» arrastre inducido», ya que el arrastre se induce al aumentar el ángulo de ataque.
¿alguna vez has pegado la mano por la ventana mientras viajas en un coche? Si es así, ¿se dio cuenta de que si se mantiene la mano plana con el pulgar a la cabeza, entonces usted podría mantener la mano en esa posición con bastante facilidad con un poco de esfuerzo. ¿Qué sucede si giras la mano para que la palma de tu mano esté orientada hacia el viento?, No es tan fácil ahora mantener la mano quieta y requiere mucho mayor esfuerzo para mantenerla allí. Esto puede estar relacionado con el arrastre de perfil y el arrastre inducido.
retreating Blade Stall para entender el retreating blade stall es primero necesario entender una condición conocida como»Disymetry of Lift». Considere un helicóptero flotando en el aire quieto y a velocidad cero. El piloto mantiene un ángulo de inclinación de la hoja constante con la palanca de control de inclinación colectiva y el avión está a una altura constante desde el suelo., La velocidad del flujo de aire sobre la cuchilla que avanza y la cuchilla que retrocede es igual.
si la punta de la cuchilla de avance está viajando a 300 MPH, entonces la punta de la cuchilla de retirada también debe viajar a 300 MPH. La velocidad del flujo de aire sobre la cuchilla se reduce progresivamente a medida que miramos más cerca hacia el extremo de la raíz de la cuchilla (hacia el cubo del rotor) a medida que se reduce la distancia que el punto observado tiene que viajar alrededor del círculo.,
en esta condición, la cantidad de elevación generada por cada hoja es la misma porque la cantidad de elevación producida es una función de la velocidad y el ángulo de ataque. Sin embargo, si el helicóptero comenzara a moverse hacia adelante, la velocidad de flujo de aire sobre la hoja de avance se incrementaría en la cantidad de la velocidad de avance, ya que la hoja se está moviendo en la dirección opuesta al vuelo.,el flujo de aire en la punta de la cuchilla que avanza sería:
| velocidad inducida por el giro de las cuchillas: | 300 MPH |
| más la velocidad del vuelo hacia adelante: | 100mph |
| velocidad efectiva total en la punta: | 400mph |
en la hoja de retroceso, la velocidad se reduce por la cantidad de velocidad hacia adelante, ya que la hoja viaja en la misma dirección que el flujo de aire creado por el vuelo hacia adelante., Por lo tanto, la punta ahora viaja efectivamente a 200 mph, o la mitad de la velocidad de la cuchilla de avance. De la fórmula para la elevación, se sabe que la cantidad de elevación producida varía como el cuadrado de velocidad. Del ejemplo anterior, esto significa que la hoja que avanza producirá cuatro veces más elevación que la hoja que se retira. Si esta situación no se corrige, el helicóptero no podía volar hacia adelante en una línea recta cuando vuelo hacia adelante se intentó. (En realidad sería lanzar la nariz hacia arriba, pero esa es otra historia!,)
para corregir esto, se permite que el sistema del rotor «flap», por lo que una punta de la cuchilla puede elevarse sobre la otra con referencia al plano de rotación del rotor. El efecto que esto tiene es reducir la elevación en la cuchilla que avanza y aumentar la elevación en la cuchilla que se retira. La elevación a través de ambas cuchillas se iguala entonces.
Ahora que entendemos «Disymetry of Lift», podemos mirar el retreating blade stall.Recordarán que la hoja que retrocede tiene una velocidad de flujo de aire más baja que la hoja que avanza en vuelo hacia adelante., Si aceleráramos nuestro helicóptero del ejemplo anterior a 300 MPH, entonces la hoja que avanza tendría una velocidad de flujo de aire de 600 mph, y la hoja que retrocede sería cero. Para que la cuchilla produzca elevación debe tener un poco de flujo de aire sobre ella, por lo que en este caso la cuchilla se «estancaría». Stall es una condición en la que hay una ruptura del flujo de aire laminar suave sobre las superficies de un perfil aerodinámico (pala del rotor).
con cada hoja entrando en una condición de parada mientras pasaba por el lado izquierdo del helicóptero, el vuelo hacia adelante no se podía mantener a esta velocidad., Antes de que la cuchilla se estancara produciría una serie de vibraciones duras conocidas como «golpes». Cuando un fabricante produce un helicóptero nuevo, la velocidad a la que se producirá este choque se establece durante las pruebas de vuelo y posteriormente se publica una cifra más baja que comúnmente se conoce como VNE o velocidad – nunca exceder .Esto establece un margen de seguridad por debajo de la velocidad en la que puede producirse el bloqueo de la hoja de retraimiento.
inversión del flujo de aire la inversión del flujo de aire normalmente ocurrirá antes de retirar el bloqueo de la cuchilla., Recordarás que la velocidad del flujo de aire se reduce progresivamente a lo largo de una cuchilla de ser más alta en la punta, a más baja en el extremo de la raíz.
si la velocidad es de 300 mph en la punta, es factible que la velocidad sea tan baja como 100 mph en la raíz. Por lo tanto, cuando las velocidades de avance tan bajas como 100 mph (aprox. 87 Kts), el extremo de la raíz de la hoja está efectivamente estancado. Cuando se intentan velocidades más altas, el flujo de aire a través del extremo de la raíz de la cuchilla puede revertirse y viajar desde el borde de salida hasta el borde de ataque., Esto se debe a que la velocidad de flujo de aire producida por la velocidad de avance es mayor que la producida por el giro de las palas del rotor. La inversión del flujo de aire es contraproducente para producir empuje de elevación y rotor.
para reducir los efectos de las variaciones de elevación desde la raíz hasta la punta de una cuchilla, el fabricante girará la cuchilla a lo largo de su longitud o aplicará una forma cónica a la cuchilla.Twist es la reducción del ángulo de ataque desde la raíz hasta la punta. Recuerde que levante aumenta con la velocidad y el ángulo de ataque?, Debido a que la punta viaja más rápido que la raíz, el ángulo de ataque debe reducirse hacia la punta para mantener la misma cantidad de elevación en la punta y los extremos de la raíz. La forma cónica es la reducción gradual del ancho de una cuchilla desde el borde de ataque hasta el borde de salida. Una línea recta trazada desde el centro del borde de ataque hasta el centro del borde de fuga se llama «Línea de acorde». Al reducir la línea de cuerda desde la raíz hasta la punta, hay menos área de superficie disponible para que el flujo de aire actúe para producir elevación.,
En helicópteros de mayor velocidad (Westland Lynx), el extremo de la raíz de la hoja es un mástil de la hoja y el área de fijación solamente. La forma del perfil aerodinámico no comienza hasta varios pies fuera del centro del sistema del rotor. Esto se hace para reducir los efectos de la inversión del flujo de aire colocando la superficie productora de elevación más lejos donde la velocidad de rotación es mayor.compresibilidad del aire el aire es un gas y por lo tanto se ajusta a las propiedades de un gas, a saber, la capacidad de ser comprimido., Sin embargo, al estudiar la aerodinámica, también se debe considerar que el aire tiene algunas de las propiedades de un fluido. Un fluido tiene mucha menos compresibilidad que un gas. cuando el flujo de aire sobre una cuchilla del rotor golpea el borde de ataque, se divide en dos corrientes, que luego pasan por encima y por debajo de la cuchilla. A velocidades más bajas, esta acción de división ocurre con relativa facilidad y requiere poca energía. A medida que aumenta la velocidad, el aire que golpea el borde de ataque tiende a comprimirse antes de separarse en dos corrientes. Piensa en esto como golpear tu mano sobre la superficie del agua., Si se corta la mano en el agua, como un corte de karate, se puede separar el agua con bastante facilidad. Sin embargo, si pones tu mano abierta en el agua, se necesita mucha más fuerza para sumergir tu mano. El flujo de aire en el borde de ataque es muy similar. A medida que el aire en el borde de ataque se comprime progresivamente, se requiere considerablemente más empuje del rotor para que la cuchilla separe el flujo de aire en dos corrientes.los diseñadores de helicópteros Cyclic Control Stick design siempre están tratando de instalar más equipos en la cabina de un helicóptero para satisfacer las demandas del mercado., Al mismo tiempo, están tratando de minimizar el peso de la aeronave para que pueda transportar y levantar más. Al diseñar las estaciones de trabajo piloto y copilotos, los diseñadores intentan colocar los controles en una posición donde la tripulación pueda operar fácil y cómodamente todos los controles sin alcanzar o estirar excesivamente. Esto limita la cantidad de movimiento disponible en la palanca de control cíclico.,
Los diseñadores podían organizar los controles de tal manera que se requerían cantidades muy pequeñas de movimiento de la palanca para el vuelo normal, pero esto haría que el control en el hover fuera muy difícil, ya que los controles serían súper sensibles a las entradas pequeñas. Por esta razón, los controles están dispuestos de manera que un movimiento de control razonable está disponible, generalmente 6-8 pulgadas de movimiento del palo dependiendo del modelo de avión en particular.potencia del motor disponible el sistema de motor en un helicóptero es necesario para proporcionar potencia para una gama de demandas, no solo el sistema de rotor., En el sistema de rotor, se requiere empuje para superar la resistencia. A medida que aumenta la velocidad, también lo hace el arrastre. Si hay más potencia disponible para superar la resistencia, el helicóptero puede volar más rápido.
resumen se puede ver que de estos factores que es muy difícil para los diseñadores de helicópteros para aumentar la velocidad máxima de un helicóptero como muchos factores están fuera de su control. Mucha investigación y desarrollo se ha producido en áreas tales como la reducción de la resistencia, mejores diseños de palas del rotor y el aumento de la potencia del motor disponible.