Estoy tratando de determinar cómo cabecean y giran los helicópteros (es decir, cómo cambian de actitud). He oído dos explicaciones.
1) El cambio de cabeceo/alabeo se logra inclinando el plano de trayectoria de la punta y, por lo tanto, inclinando el vector de empuje. Al inclinar el vector de empuje, se genera un momento alrededor del centro de gravedad que cabecea/balancea el helicóptero.
2) El cabeceo/balanceo se logra impartiendo un momento al rotor, que puede verse como un giroscopio gigante, lo que hace que el helicóptero realice una precesión con un desfase de 90 grados (consulte la página 2-16 aquí ) .
En Helicopter Theory de Wayne Johnson (© 1980), sección 5-5 pg 191, escribe:
Por lo tanto, hay dos formas de ver la dinámica de las aletas del rotor. Primero, la pala del rotor puede considerarse un sistema con una frecuencia natural de 1/rev, de modo que los momentos aerodinámicos debidos al paso cíclico excitan el sistema en resonancia. La respuesta tiene un desfase de exactamente 90° (es decir, un cuarto de ciclo, que a 1/rev significa también un ángulo de acimut de 90°). Alternativamente, el rotor puede considerarse un giroscopio, con las bisagras de las aletas en el centro de rotación formando el cardán del giroscopio. Luego, un momento de control en el disco debido al paso cíclico precede el rotor con un desfase de 90° característico de un giroscopio hasta que la amortiguación de las aletas produce un momento para detener la precesión.
Entonces, ¿las dos explicaciones (1 y 2) son equivalentes o ambas características están presentes? Wayne Johnson parece sugerir lo primero, pero no dio ninguna prueba. ¡Gracias de antemano!
Esta animación lo muestra mejor que la mayoría. El plato oscilante cambia el plano del disco del rotor para cambiar el plano del vector de sustentación. Es lo mismo que un avión virando por peralte. Cuando un avión se inclina, imparte un componente de empuje lateral al componente de sustentación vertical y se mueve hacia los lados, y debido a que se mueve hacia adelante, se mueve en un arco horizontal, o un giro. El rotor de un helicóptero solo puede "inclinarse" en todas las direcciones a cualquier velocidad.
El plato oscilante hace volar directamente las palas hacia la trayectoria que pondrá el disco completo en el plano de rotación deseado. Las aspas tienen que volar a su posición utilizando el aire; si tuviera la máquina funcionando en el vacío, el cíclico no tendría efecto. Sin embargo, la precesión del giroscopio es un factor en la medida en que la entrada/resultado del efecto del plato cíclico en la trayectoria física de la pala se compensa 90 grados.
Es decir, para llevar la punta de la pala a su punto más alto en el círculo, se imparte el ángulo de pala más alto, o la fuerza de elevación más alta en el ciclo de rotación, 90 grados antes de ese punto. Para inclinar el disco del rotor hacia adelante, digamos que la pala que está en camino a su punto alto sobre el brazo de cola habrá alcanzado su ángulo de pala más alto mientras pasa a 90 grados por la izquierda.
En el rotor Bell en la animación, puedes ver esto claramente. El ángulo del disco del rotor sigue directamente el ángulo del plato oscilante: el plato oscilante se inclina hacia adelante, el rotor se inclina hacia adelante. Sin embargo, el varillaje impulsado por el plato oscilante actúa sobre el ángulo de la hoja con un desplazamiento de 90 grados (las varillas de control se elevan a cada lado del cubo) para tener en cuenta la precesión.
El sistema de balanceo de Bell es interesante porque no imparte ninguna fuerza de flexión al mástil del rotor. El cuerpo de la máquina está suspendido debajo del cubo del rotor como si fuera una pelota de tenis en una cuerda. Cuando mueves la palanca, estás haciendo que el disco del rotor vuele por sí solo al inclinarse de un lado a otro y la máquina suspendida debajo lo sigue. De hecho, si se aplicó un momento de flexión al mástil, al hacer que los topes oscilantes entren en contacto con el mástil mientras gira, se deshace y usted se convierte en un objeto que cae (esto es un "golpe de mástil" que causa la muerte de varios pilotos de Huey en los 60 y los pilotos de Robinson en los 90).
Los sistemas de rotor rígido y articulado imparten algunos momentos de balanceo y cabeceo en la estructura de aire y la cabeza del rotor, el mástil y el sistema de suspensión para la transmisión están diseñados para transferir estas cargas.
Una buena analogía de ala fija entre un rotor articulado y oscilante es comparar aviones normales con alas delta y triciclos. Un rotor articulado/semi rígido es un poco como un avión regular donde las alas actúan directamente sobre el cuerpo, aunque con una conexión flexible entre las alas y el fuselaje. El sistema Bell es más como un ala delta o un triciclo donde el ala y el cuerpo están en una conexión totalmente flexible y básicamente vuelas el ala y el cuerpo debajo te sigue sin alcanzar el límite físico de la conexión. No es una analogía perfecta pero suficiente para la visualización.
El desfase de 90º de un rotor no tiene nada que ver con giroscopios o precesión, y solo se debe a la resonancia. Puede encontrar una buena explicación de James Bennett, ingeniero jefe de Cierva Autogiro Co. y un experto de primera clase en el campo aquí: https://archive.org/details/journal00britgoog/page/n136
La explicación 2) no es una opción a la explicación 1). La página en el manual de la FAA solo señala que el rotor tiene un desfase de 90° cuando se aplican fuerzas para la desviación. No tiene consecuencias para el paso cíclico del rotor, inclinar el rotor hacia adelante aún acelera el helicóptero. Solo tiene consecuencias sobre dónde colocar los actuadores de fuerza de paso cíclico.
eball
eball
juan k