¿Cómo funcionan los "aviones" de rotor Kaman K-225?

Se trata de una forma de servo flap, que se encuentra comúnmente en los diseños de Kaman, pero también en al menos uno de los primeros helicópteros (es decir, un avión de rotor coaxial construido por d'Ascanio (que se muestra a continuación):

En lugar de controlar el paso de las palas desde la base de las palas usando enlaces de paso (que son, esencialmente, varillas de empuje), como en una cabeza de rotor típica, las aletas del servo permiten que el paso sea controlado por una superficie de control en la pala (similar a cómo se controla trabajar en un avión de ala fija). El "ala" amarilla es la aleta, y el elemento negro, me imagino, contiene una bisagra y una varilla actuadora para mover la aleta hacia arriba y hacia abajo, generando una fuerza en un pequeño brazo de momento detrás de la hoja, que luego altera la hoja. tono como se desee. En lugar de usar un actuador para girar la pala, estás usando la aerodinámica para hacer mucho del trabajo por ti, similar a cómo funciona un avión de ala fija (excepto que, en lugar de cambiar el ángulo de ataque efectivo del rotor, estás girándolo en su lugar).

Por lo tanto, si observa detenidamente la primera imagen que publicó, notará que no hay plato cíclico, ni enlaces de inclinación, y realmente nada que llegue al mástil del rotor desde el helicóptero, excepto una abrazadera estructural. Este sistema elimina los enlaces de paso y sus sistemas de actuadores asociados y puede disminuir el peso total del sistema. Además, dado que los flaps son significativamente más aerodinámicos que un enlace de paso típico, también existe la posibilidad de ahorrar arrastre. Compare las siguientes dos cabezas de rotor: la primera es un rotor semirrígido de 2 palas de un Bell 230 y la última es una cabeza de rotor Kaman típica. La cabeza de Kaman es una imagen de la simplicidad cuando te das cuenta de que las únicas partes que sobresalen con el viento, además de las empuñaduras de las palas, son topes de caída.

campana 230

Kamán H-43

Sin embargo, no hay almuerzo gratis. El precio que paga por todo esto es que, en lugar de un actuador en algún lugar relativamente "fácil" (en el cuerpo del helicóptero), debe colocar un actuador (aunque uno mucho más pequeño que el que se necesitaría para impulsar los enlaces de paso tradicionales) en la pala del rotor y alimente tanto el control como la potencia. El control y la potencia no son tan malos, ya se han hecho hasta cierto punto para el equipo antihielo, pero el actuador puede ser complicado, particularmente, creo, en términos de ajuste de la dinámica de las palas. Kaman (quien construyó el K-225 y el exitoso KMAX, que también utiliza servo flaps) encontró una manera de hacer esto que funciona muy bien, pero realmente no ha causado sensación en los helicópteros de ningún otro fabricante (que yo sepa). Se rumorea que Sikorsky y Northrop prepararon una entrada para DARPA' s Programa de helicópteros armados de combate no tripulados que tenía flaps de servo, pero ese programa se eliminó en 2004 ... entonces, ¿quién sabe? Mientras tanto, los platos oscilantes han sido el método de control elegido durante más de 80 años y funcionan bien para aquellos que no tienen experiencia con flaps.

Fuentes: https://www.helis.com/howflies/servo.php y clase de dinámica del rotor.

Kaman tiene un plato cíclico y enlaces de control de paso de pala en sus helicópteros como cualquier otro. Los enlaces de control de inclinación de las palas están dentro del eje hueco del rotor; los platos cíclicos están dentro del helicóptero en la parte inferior de los ejes huecos del rotor.

Además, en lugar de controlar directamente el paso de las palas usando los enlaces de control de paso para torcer la raíz de las palas como otros helicópteros, cada enlace de control de paso de las palas se conecta a un pequeño eje de torsión dentro de cada pala que impulsa esas pequeñas aletas ubicadas cerca del extremo de las palas (servomotor). flaps) el pequeño movimiento de los flaps tuerce las palas flexibles del helicóptero para cambiar el paso de las palas.

Esta técnica de servo flap requiere menos fuerza para controlar el cabeceo que otros helicópteros. La mayoría de los demás helicópteros requieren potentes servos hidráulicos para impulsar la posición del plato oscilante; en el Kaman, los flaps del servo amplifican la fuerza de control, por lo que no necesitan mucha fuerza para controlar el plato oscilante.

Me di cuenta de que algunas personas piensan que el helicóptero Kaman de doble pala entrelazada no tiene placa oscilante ni enlaces de control con las palas del rotor. La razón por la que existe un malentendido de que no tiene placa oscilante ni enlaces de control de inclinación de las palas es porque la placa oscilante no está ubicada cerca de la parte superior del eje del rotor como los helicópteros tradicionales donde es fácil de ver y los enlaces de control de paso están ocultos dentro del eje del rotor hueco. Su comprensión de cómo funciona este helicóptero es deficiente, pero desafortunadamente se pasa por alto esta suposición incorrecta.

https://patents.google.com/patent/US3217809

La patente de Kaman a la que me vinculo muestra diagramas y describe el control del plato cíclico y muestra el eje del rotor hueco, etc. La patente muestra solo un helicóptero de un solo rotor, pero el diseño de engrane doble usa el mismo eje hueco, etc. El mecanismo de enlace de control que controla la placa o placas oscilantes se denomina mecanismo de azimut.

El diseño de Kaman es extremadamente robusto y de bajo mantenimiento, y el último diseño de entrelazado doble Kaman K-MAX es popular para la explotación forestal y la extinción de incendios, entre otras aplicaciones. El diseño de doble rotor tiene una excelente eficiencia de combustible, una excelente capacidad de carga útil y también hace menos ruido.