¿Cómo afecta el peso bruto a la rotación automática del helicóptero?

Los factores que afectan la aerodinámica de autorrotación del helicóptero incluyen la velocidad aerodinámica, el peso bruto, las RPM del rotor y la altitud de densidad. Los efectos de estos factores se pueden examinar durante algunas fases de la autorrotación, incluida la entrada, el descenso en estado estable, el enderezamiento y el aterrizaje. Los efectos del peso bruto me parecen muy poco intuitivos, por lo que me gustaría que me aclararan cómo el peso bruto afecta el descenso en estado estacionario y la llamarada, en particular.

Descenso de estado estacionario

Mi libro de aerodinámica de helicópteros dice lo siguiente:

El peso bruto determina las RPM en un paso colectivo dado. Con un peso bruto alto, se requiere más paso de pala para mantener las RPM deseadas, por lo que un peso bruto más alto da como resultado una velocidad de descenso más lenta, suponiendo que todas las demás variables permanezcan iguales.

Por lo tanto, un peso bruto alto disminuye la velocidad de descenso. Eso no es intuitivo para mí, así que estoy tratando de construir un camino lógico. Sé por experiencia que hacer giros cerrados durante un auto hace que aumenten las RPM. Los giros cerrados aumentan las G positivas en la aeronave, lo que equivale a aumentar el peso. Por lo tanto, un peso bruto más alto tenderá a aumentar las RPM, lo que requerirá que el piloto eleve el colectivo (paso de las palas) para mantener las RPM. Hay una pregunta 1: ¿ por qué el aumento de peso (o carga G) tiende a aumentar las RPM del rotor?

El segundo paso lógico es cómo este aumento requerido en el paso de las palas disminuirá la velocidad de descenso. Entiendo que el aumento del paso de las palas aumenta el AOA, lo que aumenta la sustentación producida por los rotores. Sin embargo, este aumento de sustentación se opone al aumento de peso que inició toda esta discusión. Aquí está la pregunta 2: para un aumento de peso dado, ¿es mayor el aumento resultante en la sustentación? Esta parece ser la única forma de lograr una tasa de descenso más baja.

Flare y Touchdown

El manual de vuelo de mi helicóptero incluye el siguiente diagrama, titulado " Altura mínima para un aterrizaje seguro después de una falla del motor "

Tabla de autorrotación de helicópteros

Este cuadro indica que a una altitud de densidad dada, no es seguro ser demasiado pesado durante un auto. Supongo que el peligro está relacionado con el flare y el touchdown, ya que durante el descenso parece más seguro tener un régimen de descenso más bajo. Mi intuición me dice algo acerca de cómo los rotores almacenan energía en forma de RPM durante el descenso, y el enderezamiento y el aterrizaje disipan esa energía para reducir la velocidad vertical y de avance del helicóptero. Parece intuitivo que un helicóptero más pesado requerirá más energía para reducir la velocidad, lo que significa que en y por encima de cierto umbral de peso, el helicóptero no podrá ensancharse lo suficiente como para aterrizar suavemente. Pero, ¿existe una explicación más rigurosa para que un peso bruto alto sea peligroso en la "parte inferior" de la autorrotación, es decir, cómo se almacena y disipa la energía en los rotores?

Respuestas (2)

Con un mayor peso, la velocidad de descenso aumentará con la misma entrada colectiva (el mismo ángulo de paso de las palas del rotor principal). La velocidad del rotor aumentará al igual que aumenta el flujo ascendente a través del rotor. Creo que tu intuición es buena con esto, ¿verdad?

Ahora, supongamos que desea reducir la velocidad del rotor a la que tenía con el peso más bajo. Deberá aumentar el colectivo, lo que reduce la velocidad de descenso (y las RPM) al aumentar la sustentación en las palas del rotor principal. Una vez que mantiene la velocidad original del rotor, ¿cómo sabe que la velocidad de descenso será menor que la velocidad de descenso original? Esto es un poco más complicado de ver, pero una forma de verlo es dibujar un diagrama de un perfil aerodinámico en una sección transversal del rotor principal tanto en la condición original (peso ligero) como en la nueva (peso más pesado, mismas RPM).

(Intentaré agregar una imagen aquí más tarde).

Sabe que el flujo de aire en el plano del rotor es el mismo (la misma velocidad del rotor) y el par neto es el mismo (aún sin potencia del motor). La magnitud de la resistencia también es casi la misma para un perfil aerodinámico razonable. Lo que es diferente es el vector de sustentación más largo y el flujo de aire hacia arriba a través del rotor. La única forma de que este vector de elevación más largo no acelere el rotor (a RPM más altas) es que se "incline hacia arriba" ligeramente. Dado que este vector de elevación es perpendicular al nuevo flujo (y las RPM son las mismas), se inclina hacia arriba al disminuir la velocidad de descenso.

Si observa la situación en términos de potencia, un aumento de peso (o cualquier aumento de carga) requiere más potencia. Como no tienes esta potencia, el helicóptero descenderá más rápido, pasará más aire por el rotor y aumentarán las RPM. Con suerte, este aumento en RPM proporcionará suficiente sustentación para estabilizar la velocidad vertical. Aumentar el paso para mantener las RPM dentro de los límites proporciona sustentación de una manera un poco más eficiente, por lo que la velocidad vertical se reducirá ligeramente (en comparación con la situación de descenso con el colectivo completamente abajo y las RPM gritando por encima del límite)

Dicho esto, encuentro la afirmación en su libro muy confusa. Tal vez me estoy perdiendo algo, pero un helicóptero más pesado descenderá más rápido que uno más liviano en las mismas condiciones. Necesita más potencia para volar y la única forma de conseguirla es descendiendo más rápido. Eso hace que el aterrizaje sea más peligroso, porque tienes más velocidad vertical para compensar durante el enderezamiento y más peso para amortiguar antes del aterrizaje. Si el aumento de peso y el aumento de la carga del rotor proporcionaran una velocidad de descenso más baja, supongo que todos girarían automáticamente en un helicóptero completamente cargado y harían giros cerrados hasta el suelo :)

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