¿Cómo giran los helicópteros usando el rotor?

Los aviones no usan su timón para girar; lo hacen ladeándose en la dirección del giro deseado, luego las alas "levantan" el avión en esa dirección.El timón solo se usa para mantener el ajuste lateral, de modo que el flujo de aire no incida en el costado del fuselaje y se minimice la resistencia. Para iniciar un giro, el piloto usa la palanca o el yugo para accionar los alerones en las puntas de las alas, haciendo que el ala en el radio interior del giro baje y el ala en el radio exterior del giro suba. Una ligera contrapresión de la palanca o yugo levanta el morro, provocando que se inicie un "ascenso", pero como el avión está inclinado hacia el centro de un círculo, el "ascenso" no provoca un cambio de altitud, sino hace que el avión vuele en una trayectoria circular. Se necesitan cambios pequeños y simultáneos en la potencia del motor y la desviación del timón para mantener un ajuste adecuado y una altitud constante en lo que se denomina "viraje coordinado".

Los helicópteros giran de manera análoga a la de un avión. En vuelo hacia adelante, la palanca cíclica (entre las piernas del piloto) se empuja ligeramente en la dirección del giro deseado, lo que hace que el disco del rotor se incline, tal como se inclinan las alas de un avión en un giro peraltado. La palanca colectiva y el acelerador (en el lado izquierdo del piloto) se ajustan según sea necesario para mantener la altitud y los pedales del timón se ajustan para mantener un giro coordinado. Dado que el fuselaje de un helicóptero está suspendido del cubo del rotor como un péndulo, cuando el helicóptero entra en la curva, el fuselaje tiende a ser lanzado hacia afuera, por lo que se inclina, al igual que el fuselaje del avión que está rígidamente conectado a sus alas. (En un vuelo estacionario, sin velocidad aerodinámica de avance, un helicóptero puede girar en cualquier dirección solo con los pedales del timón, algo que un avión no puede hacer.

Para cambiar de altitud, es necesario añadir potencia para ascender o reducir potencia para descender. Esto es cierto para cualquier aeronave más pesada que el aire, ya que, para una velocidad constante, aumentar la altitud implica aumentar la energía potencial y disminuir la altitud implica reducir la energía potencial. En los helicópteros en vuelo hacia adelante, se logra un ascenso tirando ligeramente hacia atrás de la palanca cíclica para levantar el morro y establecer una actitud de ascenso, luego levantando la palanca colectiva y girando el puño del acelerador en la palanca colectiva para mantener constante la velocidad del rotor. A medida que se eleva el colectivo, aumenta el paso de las palas del rotor principal, dándoles más "mordida" en el aire y, por lo tanto, más sustentación. Un piloto de helicóptero experto realizará estas acciones de manera coordinada, de modo que todo parezca suceder simultáneamente. En el caso especial de un vuelo estacionario, un helicóptero puede ascender y descender con el disco del rotor en una actitud horizontal constante. Como se describió anteriormente, la palanca colectiva se eleva y la potencia aumenta con el acelerador para poner más energía en el sistema, elevando la aeronave; para descender se baja la palanca del colectivo y se disminuye la potencia con el acelerador. El control direccional en un vuelo estacionario se mantiene completamente con los pedales; si el helicóptero es el tipo más común con un rotor de cola antitorsión, mover los pedales del timón requiere que se aumente o disminuya ligeramente el acelerador para compensar la potencia variable consumida por el rotor de cola y para mantener una altitud constante. se levanta la palanca colectiva y se aumenta la potencia con el acelerador para poner más energía en el sistema, elevando la aeronave; para descender se baja la palanca del colectivo y se disminuye la potencia con el acelerador. El control direccional en un vuelo estacionario se mantiene completamente con los pedales; si el helicóptero es el tipo más común con un rotor de cola antitorsión, mover los pedales del timón requiere que se aumente o disminuya ligeramente el acelerador para compensar la potencia variable consumida por el rotor de cola y para mantener una altitud constante. se levanta la palanca colectiva y se aumenta la potencia con el acelerador para poner más energía en el sistema, elevando la aeronave; para descender se baja la palanca del colectivo y se disminuye la potencia con el acelerador. El control direccional en un vuelo estacionario se mantiene completamente con los pedales; si el helicóptero es el tipo más común con un rotor de cola antitorsión, mover los pedales del timón requiere que se aumente o disminuya ligeramente el acelerador para compensar la potencia variable consumida por el rotor de cola y para mantener una altitud constante.

(Si esto le suena complicado, tiene razón. El vuelo de ala rotatoria es considerablemente más difícil que el vuelo de ala fija, y se necesitaron décadas más para perfeccionar los helicópteros después de que los aviones de ala fija despegaran).

Un helicóptero tiene 3 regímenes de vuelo separados: vuelo normal, autorrotación y vuelo estacionario.

En vuelo normal y en autorrotación, el piloto de un helicóptero inicia un viraje aplicando presión hacia la derecha o hacia la izquierda en el cíclico , la palanca de control entre las piernas del piloto. A través de una serie de barras de control o actuadores, el cíclico hace que el plato oscilante cambie el paso de las palas del rotor, dependiendo de la posición de las palas en su ciclo.

Para girar el helicóptero, se necesita más sustentación en el exterior del giro que en el interior. Teniendo en cuenta la precesión giroscópica , el plato cíclico ajusta las palas para que el paso de las palas sea más alto en el exterior del giro y más bajo en el interior del giro, lo que hace que el disco del rotor como sistema se incline para iniciar el giro. En un sistema de rotor semirrígido, todo el disco en realidad se inclina sobre la bisagra oscilante

En un sistema de rotor totalmente articulado (a través de la bisagra batiente) o en un sistema de rotor rígido (palas flexibles), solo se mueven las palas individuales, aunque todas se mueven en conjunto para generar el efecto de la inclinación del disco completo.

Una vez que el disco comience a inclinarse horizontalmente en la dirección del cíclico, el fuselaje lo seguirá y el helicóptero girará en el giro. Una vez que se establece el ángulo de alabeo deseado, el cíclico se puede neutralizar y el aumento del flujo de aire sobre el ala giratoria en el exterior del giro mantendrá la aeronave en el giro.

Dado que todos los controles de un helicóptero están fuertemente acoplados, el piloto deberá ajustar el cabeceo, la guiñada y la potencia para controlar la altitud del helicóptero, el rumbo del fuselaje y la velocidad del aire, y para corregir las condiciones ambientales, como el viento y la turbulencia. .

En el vuelo estacionario, el piloto del helicóptero gira el helicóptero mediante el uso de los pedales antitorsión, que controlan el eje de guiñada de la aeronave. Y de hecho, se puede "girar" un helicóptero durante un vuelo sin iniciarlo con el movimiento horizontal del cíclico. Para hacer esto, reduzca la velocidad de la aeronave hasta que quede suspendida, guiñe la aeronave hacia el rumbo deseado y reinicie el movimiento hacia adelante. ¡No intentes esto en tu avión!

Hay tres controles en un helicóptero:

• Palo cíclico (esto cambia cíclicamente el paso de las palas, creando diferentes cantidades de elevación en diferentes puntos del ciclo)
• Palanca colectiva (esto determina la fuerza generada por el rotor)
• Los pedales anti-torque (controlan el rotor de cola)

Esta imagen muestra el resultado de mover el cíclico. Como puede ver, todo el rotor gira, lo que hace que el helicóptero se mueva en una dirección determinada, como se muestra en esta imagen de AVstop.

El colectivo determina la cantidad de fuerza generada por el rotor principal.

El rotor antitorsión se utiliza para girar el helicóptero, como se muestra aquí, obtenido de Gunschip Academy :

El rotor principal inducirá un par en la cabina, haciéndola girar. Se necesita una fuerza para evitar este giro. El rotor de cola proporciona esta fuerza, manteniendo recta la cabina del helicóptero. Sin embargo, si queremos que la cabina gire, podemos ajustar el paso de las palas del rotor de cola. Esto cambiará la fuerza entregada por el rotor de cola. El desequilibrio en momentos luego hará girar la cabina.

Cabe señalar aquí, que todos los movimientos están fuertemente acoplados. Cualquier entrada siempre tendrá efectos secundarios adicionales, que deben contrarrestarse.

Piensa en un triángulo de vectores.

Cuando el disco del rotor está exactamente nivelado, el empuje del rotor actúa verticalmente. Si inclina el rotor, ahora tiene un empuje vertical ligeramente reducido (el vector de empuje) y un componente horizontal que aplicará una fuerza al helicóptero en la dirección de ese componente horizontal.

Como indica ROIMaison, el control cíclico inclina el disco del rotor según sea necesario.

Por favor, disculpe mis pésimas habilidades de dibujo.

Nivel de disco

disco titulado

Debido a que ahora se reduce el componente vertical (el empuje total es la suma del componente vertical y horizontal), el helicóptero descenderá ligeramente ya que el empuje vertical ya no equilibra el peso. Por lo tanto, se requiere un pequeño aumento en la potencia que se logra aumentando el paso colectivo. Luego, el motor crea más par que debe equilibrarse con el par opuesto del rotor de cola, lo que se logra moviendo el pedal opuesto hacia adelante.

Como en todos los cambios de aeronave, hay un efecto primario (inclinación del disco en la dirección de desplazamiento) y efectos secundarios de mayor potencia y mayor par. Esta es la razón por la que volar un helicóptero requiere el ajuste de los tres controles a la vez.

Para escalar, se adopta una actitud de escalada, tirando hacia atrás del cíclico, lo que hace que el morro se eleve. Debido a que el componente horizontal del empuje total del rotor ahora se reduce (ya que el disco ahora se inclina menos hacia adelante), su velocidad se reducirá a menos que aumente la potencia aumentando el paso colectivo, lo que aumenta el componente horizontal. Esto necesitará una entrada en los pedales para equilibrar el par correcto.

Para descender, reduce la potencia, lo que reduce el empuje total del rotor. Como la componente vertical ya no se opone al peso, el helicóptero descenderá. Dado que se reduce la potencia, se reduce la componente horizontal del empuje y el helicóptero disminuirá la velocidad. Empuja hacia adelante el cíclico para aumentar el empuje horizontal y mantener la velocidad. Por supuesto, se requiere una entrada de pedal para contrarrestar el par reducido del motor.

Control de giro

Para efectuar un giro se necesita una aceleración lateral (horizontalmente hacia la izquierda o hacia la derecha en relación con la dirección del movimiento del vehículo). Considere una bicicleta inclinada hacia el centro de un giro. En un avión suceden principalmente dos cosas.

• Los alerones se utilizan para inclinar la aeronave hacia el centro del viraje para inclinar el vector de sustentación.

• Particularmente en aviones lentos, el timón se usa para adaptar la rotación del avión alrededor del eje vertical a la dirección cambiante. Esto asegura que no se produzca deslizamiento lateral, es decir, que la aeronave siempre apunte exactamente en la dirección de vuelo (en referencia al aire).

Una vez que un helicóptero tiene una velocidad de avance significativa, se aplican los mismos principios. A través de la palanca, el control de rotor cíclico se usa para inclinar el helicóptero (ligeramente) hacia el centro de giro. Los pedales de torsión se utilizan luego para coordinar el giro (sincronizar el cambio de dirección con la velocidad de giro del helicóptero).

Control de altitud

Para cambiar la altitud, es necesario aumentar o disminuir la trayectoria de vuelo. También es necesario que sucedan dos cosas.

• La trayectoria de vuelo debe cambiarse mediante una breve aceleración vertical (para doblarla).

• Luego, la aeronave debe estabilizarse/recortarse para mantener esta ruta.

Para los aviones de ala fija, en realidad existen diferentes técnicas para hacer esto. La más intuitiva es cambiar el cabeceo de la aeronave a través del elevador. Al descender o ascender, es necesario adaptar el empuje (ajuste del motor). (Un planeador adaptará su velocidad en consecuencia). Otra técnica con aviones clásicos de ala fija es reducir (hundir) o aumentar (subir) el nivel de potencia/empuje del motor.

Los helicópteros hacen uso de su control directo del ascensor a través del control colectivo. (Posteriormente, esto da como resultado un cambio en el par del rotor que debe compensarse a través de los pedales y la configuración del motor).

Lo que he experimentado hasta ahora, el helicóptero coaxial gira en vuelo hacia adelante o en un giro de 360 ​​grados, ambos se pueden hacer reduciendo el ángulo de inclinación del rotor opuesto (rotor en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj) de la dirección de giro que actuará como efecto de par como un helicóptero de un solo rotor sin rotor de cola.

1. ¿Alguien puede aclarar la relación entre la velocidad de la aeronave, el par, la longitud de la hélice y el paso y cómo se aplica esto a un helicóptero?

Todos los términos mencionados están interrelacionados. Velocidad: depende del par (potencia del motor), longitud de la pala/hélice, la capacidad de elevación del helicóptero depende del área de la pala/carga del disco, subsiguientemente, par de torsión, paso para aumentar. La sustentación y el empuje también dependen de la potencia del motor (par), y todos estos son aplicados por el gobernador cíclico, colectivo y correlador y coordinados por la unidad de control del mezclador. para hacer que alguien entienda, podría tomar una larga conferencia que podría tomar varias horas.

2. Además, quiero saber si la cantidad de sustentación que genera un helicóptero cambia dependiendo del cabeceo, ¿cuánto cambia el cabeceo?

Determinar los cambios reales del ángulo de cabeceo para una cierta cantidad de sustentación es un cálculo matemático, si va a encontrar esto en una cifra definitiva, debe conocer la aerodinámica del helicóptero con términos matemáticos. En pocas palabras, puede decir: cuanto más sustentación se requiere, mayor debe ser el ángulo de cabeceo y mayor debe ser la potencia del motor. Gracias