porque vuela un helicoptero

ESCUELA DE AVION NAVAL

INTRODUCCION

Un helicóptero se eleva por el mismo principio por el que un avión despega: El movimiento de un plano aerodinámico o superficie de sustentación a través del aire. El ala de un avión es un plano aerodinámico que se desplaza a través del aire con un movimiento hacia delante. Las palas de rotor de un helicóptero también son planos aerodinámicos que se mueven a través del aire con un movimiento circular, sin necesitar algún movimiento o desplazamiento de la aeronave. Debido a que el aire pasa a través un plano aerodinámico, se produce una presión diferencial. La presión que existe en la superficie superior es menor que la presión ejercida en la parte inferior. Esto da como resultado la fuerza de sustentación. Cuando la sustentación es mayor que el peso del helicóptero, este comienza a volar. El rotor principal de un helicóptero es controlado por el bastón "cíclico" que normalmente se ubica entre las piernas del piloto. Al usar el cíclico, el piloto puede inclinar el rotor en los 360 grados, vale decir en la dirección que desee que vuele el helicóptero. Inclinando el rotor principal, parte de la fuerza de sustentación del disco de este rotor se convierte en fuerza de avance (tracción), lo que permite que el helicóptero se mueva en la dirección deseada.

TRABAJO DE INVESTIGACION

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Historia

Existe una historia que dice que en el año 500 A. C., técnicos chinos ya diseñaron un "trompo volador", juguete que consistía en un palo con una hélice acoplada a un extremo que, al girar entre las manos, se elevaba a la vez que giraba rápidamente; sería el primer antecedente del fundamento del helicóptero.

Hacia el año 1490, Leonardo da Vinci fue la primera persona que diseñó y dibujó en unos bocetos un artefacto volador con un rotor helicoidal, pero hasta la invención del avión motorizado en el Siglo XX no se iniciaron los esfuerzos dirigidos a lograr una aeronave de este tipo. Personas como Jan Bahyl, Enrico Forlanini, Oszkár Asbóth, Etienne Oehmichen, Louis Breguet, Paul Cornu, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic, Federico Cantero, Stepanovic e Igor Sikorsky desarrollaron este tipo de aparato, a partir del autogiro de Juan de la Cierva, inventado en 1923.

El primer vuelo de un helicóptero medianamente controlable fue realizado por el argentino Raúl Pateras de Pescara en 1916 en Buenos Aires, Argentina. En 1931 los ingenieros aeronáuticos soviéticos Boris Yuriev y Alexei Cheremukhin comenzaron sus experimentos con el helicóptero TsAGI 1-EA, el primer aparato conocido con un rotor simple, el cual alcanzó una altitud de 605 metros el 14 de agosto de 1932, con Cheremukhin en los controles.


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Los principios del vuelo en helicóptero Los helicópteros son un tipo de aeronave que utiliza hélices horizontales (llamadas rotores) para volar por el aire. Los principios de vuelo del helicóptero se basan en las mismas leyes de la física que permiten a las aeronaves de ala fija volar. El diseño de los rotores es lo que permite que los helicópteros se eleven verticalmente, se mantengan en su lugar y se muevan hacia atrás. Sin embargo, este mismo diseño es también lo que limita la velocidad de un helicóptero . Esto es lo primero que debemos saber ; un helicóptero no se parece en nada a cualquier elemento que exista en la naturaleza , por lo que para entender como funcionan , partiremos de lo que la naturaleza ha dotado con capacidad para volar , las aves, a las que el hombre siempre a tratado de emular, dando como resultado los actuales aviones.

Sabemos que un avión está compuesto fundamentalmente por tres partes principales: fuselaje, alas y timones de dirección. Para que el avión vuele, éste ha de estar en movimiento dentro de una masa de aire y que ese movimiento proporciona la sustentación del mismo a través de las alas. Atención a esto que acabo de decir: lo que produce sustentación es el ala moviéndose dentro del aire. ¿Ocurriría lo mismo si mantuviésemos el avión estático en un túnel de viento y sometido a una fuerte corriente de aire? : ¡Sí! , el avión se sustentaría, aunque estuviera quieto, respecto al suelo.

Lo que está claro es que no importa quién se mueva y quien esté quieto, ya que lo que importa es que uno se mueva con respecto al otro. Puestas así las cosas, imaginemos que a un avión le ponemos las alas de tal forma que estas pudiesen girar, para que se desplacen dentro del aire; también se creará la correspondiente sustentación y podremos tener el avión suspendido en el aire sin necesidad de que éste se desplace con respecto al suelo. Y ¿Qué es esto? Ni más ni menos que nuestro querido helicóptero, una aeronave que mantiene permanentemente las alas en movimiento dentro del aire, creando la sustentación necesaria para poder estar suspendido, sin necesidad de desplazarse con respecto al suelo.


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Fuerzas de un Helicóptero

FUERZA CENTRÍFUGA El sistema de rotor de un helicóptero depende principalmente de su rotación para generar la sustentación necesaria para el vuelo. Debido a su rotación y peso, el rotor está sujeto a fuerzas y momentos característicos de todas las masas en rotación. Una de las fuerzas producidas es la Fuerza Centrífuga. Esta, es definida como la fuerza que tiende a que todos los cuerpos en rotación traten de alejarse de su eje. Otra de la fuerza que se generan es la Fuerza Centrípeta. Esta es la fuerza opuesta a la centrífuga, que hace que los componentes de un sistema en rotación traten de acercarse a su eje. La rotación de las palas de un helicóptero producen una muy alta fuerza centrífuga, cargando la misma sobre el rotor y el conjunto de las palas. Imaginen que la carga sobre la raíz de la pala puede estar en el orden de las 6 a las 12 toneladas, en un helicóptero de 2 a 4 pasajeros. Helicópteros más grandes pueden experimentar, en cada pala, unas 40 toneladas sobre la raíz. La fuerza Centrífuga es una de las fuerzas dominantes en el estudio de las alas rotativas. Cuando las palas del rotor de un helicóptero no están girando, caen hacia abajo debido a su propio peso. Cuando comienza la rotación de¡ conjunto las palas comienzan a elevarse de su posición de descanso debido a la fuerza centrifuga. A velocidad operacional, debido a su ángulo de ataque, las palas se encuentran en posición "recta", todavía no están generando sustentación. Cuando el rotor comienza a generar sustentación,. Las palas abandonan su posición "recta" y comienzan a generar una posición de "cono". La medida de este cono depende de las RPM, el peso total, y las fuerzas G experimentadas en el vuelo. Si las RPM permanecen constantes, el cono aumenta si, el peso total y las fuerzas G son aumentadas. También, si las RPM disminuyen, manteniendo el peso y las G constantes, el cono va a aumentar.


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Disimetría de sustentación. La disimetría de sustentación es una situación en la que el rotor principal no genera el mismo nivel de sustentación en todo el disco del rotor. La disimetría de sustentación es más evidente durante una pérdida de pala, en la que la mitad izquierda del disco del rotor (vista desde arriba) entra en pérdida debido a la alta velocidad de avance, el elevado peso bruto, la elevada altitud de densidad y las bajas revoluciones por minuto del rotor, así como a la turbulencia, el uso brusco de los mandos o los virajes pronunciados. Este efecto se produce sólo cuando el helicóptero se encuentra volando hacia adelante o en un vuelo estacionario contra el viento. Los Diseñadores pueden compensar la disimetría de sustentación haciendo que las palas aleteen o se pongan en bandera.


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Aerodinámica Aerodinámica es la parte de la mecánica de fluidos que estudia los gases en movimiento y las fuerzas o reacciones a las que están sometidos los cuerpos que se hallan en su seno. A la importancia propia de la aerodinámica hay que añadir el valor de su aportación a la aeronáutica. De acuerdo con el número de Mach o velocidad relativa de un móvil con respecto al aire, la aerodinámica se divide en subsónica y supersónica según que dicho número sea inferior o superior a la unidad. Hay ciertas leyes de la aerodinámica, aplicables a cualquier objeto moviéndose a través del aire, que explican el vuelo de objetos más pesados que el aire. Para el estudio del vuelo, es lo mismo considerar que es el objeto el que se mueve a través del aire, como que este objeto esté inmóvil y es el aire el que se mueve (de esta última forma se prueban en los túneles de viento prototipos de aviones). Es importante que el piloto obtenga el mejor conocimiento posible de estas leyes y principios para entender, analizar y predecir el rendimiento de un aeroplano en cualesquiera condiciones de operación. Los aquí dados son suficientes para este nivel elemental, no pretendiéndose una explicación ni exhaustiva ni detallada de las complejidades de la aerodinámica. La aerodinámica hace frente a las fuerzas que actúan sobre los objetos en movimiento a través del aire y el movimiento del aire en sí. Hay cuatro fuerzas que actúan sobre una aeronave, incluidos los helicópteros. El peso es la fuerza de la gravedad. La elevación es la fuerza de aire sobre las palas del rotor del helicóptero, luchando contra la fuerza de gravedad. El empuje es la fuerza que mueve la aeronave a través del aire, creada por las palas del rotor principal. El arrastre es la fuerza de resistencia del aire contra la aeronave que se mueve a través del aire.


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Principio de Bernoulli El físico Daniel Bernoulli descubrió este principio por la forma en que la presión del agua se incrementa cuando se reduce un tubo. El aire se ve afectado por este mismo principio por medio de las superficies aerodinámicas del helicóptero. Tanto las palas del rotor principal como las del posterior son superficies de sustentación. La curva de las superficies de sustentación hace que el aire que se desplaza por encima de la hoja se mueva más rápidamente que el aire por debajo de la cuchilla. Esto crea un bolsillo de baja presión por encima del helicóptero, creando el ascenso, lo que permite que el helicóptero se eleve. La cantidad de elevación que se crea depende de cinco factores: el área de superficie, la forma, la velocidad, la densidad del aire y el ángulo de la superficie de sustentación, o el ángulo de ataque.

Esfuerzo de torsión La tercera ley de movimiento de Newton establece que por cada acción hay una reacción igual pero opuesta. Cuando el rotor principal de un helicóptero gira, se crea un contra-giro en el cuerpo del helicóptero. Esto se denomina torsión. Los helicópteros grandes usan un rotor horizontal, girando en la dirección opuesta del primer rotor. Otros helicópteros tienen un rotor de cola vertical, que utiliza el principio de Bernoulli para contrarrestar el efecto de par de torsión.

Control direccional Un helicóptero que sólo se mueve hacia arriba y abajo no sería muy útil. Los ajustes en el ángulo de las superficies aerodinámicas dan a los helicópteros control direccional. Cuando las superficies de sustentación del rotor principal se posicionan en un ángulo hacia adelante, su elevación crea el movimiento hacia adelante. Un mayor ángulo significa más velocidad hacia adelante. Cuando las superficies de sustentación se echan hacia atrás, el helicóptero se mueve a la inversa. Cuando la velocidad del rotor secundario se aumenta o disminuye, el helicóptero gira hacia la izquierda o derecha.

Compresibilidad del aire A medida que la superficie aerodinámica se mueve a través del aire, éste se divide en dos corrientes que pasan por encima y por debajo de la cuchilla. A bajas velocidades, se requiere poca energía para dividir el aire. A velocidades más rápidas, sin embargo, el aire golpeando el borde de la superficie de sustentación se vuelve comprimido y difícil de dividir. Esta compresibilidad limita las velocidades


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posibles para un helicóptero. El efecto es similar al observado con agua. Cuando poco a poco te dejas sumergir, hay poca resistencia. Flota sobre tu vientre, sin embargo, y siente los efectos de la compresibilidad del agua.

En resumen El principio de funcionamiento del helicóptero: una gran hélice desplaza tanto aire hacia abajo que consigue elevarse (SUSTENTACION).

El primer problema que se plantea es que tan pronto como se separa del suelo el fuselaje comienza a girar en sentido contrario al del rotor principal, para contrarrestar esta tendencia se coloca un pequeño rotor en la cola (antipar). Para subir y bajar basta con aumentar o disminuir la cantidad de aire desplazado por el rotor principal y para girar se hace lo propio con el antipar.


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El siguiente problema es que al desplazarse horizontalmente el aparato, la pala que avanza hacia el aire genera una mayor sustentación que la que retrocede, para ello se deja una cierta libertad a las palas en su unión al eje que permite que suban y bajen (la que se enfrenta al aire subirá creando menor sustentación y viceversa), es la llamada articulación de batimiento.

Ambos rotores funcionan en general a velocidad casi constante y están dotados de paso variable.


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El de cola se controla con los pedales.

El principal se controla por medio del mando colectivo para subir y bajar (aumenta el paso en todas las palas y también la potencia, es una palanca parecida al freno de mano de los coches), por medio del mando cíclico se inclina el aparato (aumenta el paso en la pala de un lado, es como un joystick), actúa a 90º para compensar el efecto de la precesión giroscópica.


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Como las palas suben en una parte de la circunferencia y bajan en la otra la distancia desde la punta hasta al eje cambia cíclicamente por lo que aparece el efecto Coriolis. Para minimizarlo a veces se coloca otra articulación que les permite avanzarse y retrasarse (articulación de arrastre).


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El helicóptero tiene un vuelo muy seguro incluso aunque se pare el motor, en ese caso situando el mando colectivo en paso negativo se inicia un descenso que mantiene el giro de las palas, el motor se desembraga automáticamente gracias al mecanismo de rueda libre, al acercarse al suelo se sube el colectivo y la inercia de las palas frenará el descenso.

El único caso en que el vuelo es crítico se da a baja altura y baja velocidad porque no hay posibilidad de hacer autorrotación.

Otro efecto peligroso se da con alta potencia cerca del suelo, en este caso el aire que se desplaza hacia abajo circula hacia los laterales y vuelve a ser absorbido por el rotor creando los llamados “anillos turbillonarios” que aumentan de velocidad hasta que se pierde la sustentación. La solución consiste en desplazarse y salir de la zona.

Por último comentar que sólo pueden probar el giro del rotor los pilotos calificados porque si los patines (o tren de aterrizaje) entran en resonancia comenzará un balanceo que irá en aumento hasta hacer que el aparato caiga de lado. Tiene que estar un piloto a los mandos porque la única salida es irse al aire


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ESCUELA DE AVIACION NAVAL

TRIPULANTE AERONAVAL CURSO:

AB-212

TEMA:


INTEGRANTES: OM2 ELE GUERRERO SIERRA WILLIAN OM3 ECO CAMACHO AGUIRRE ALBERT

Callao - 2014


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porque vuela un helicoptero

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