El sonido de las palas giratorias del helicóptero.

¿Por qué las palas de los helicópteros emiten este sonido pulsante, oscilante y de bofetadas?

Dado que su movimiento es suave, ¿no debería el sonido ser un silbido constante y similar, tal vez aumentando o disminuyendo en frecuencia a medida que cambia la velocidad de las cuchillas?

actualización: ¿el sonido que se escucha no depende de la ubicación del oyente? ¿Quizás una persona parada debajo (o arriba) del helicóptero escucharía una onda de sonido más constante y uniforme, mientras que un oyente parado a un lado escucharía el sonido pulsante mencionado?

en realidad, se supone que la velocidad de la pala es bastante constante durante el vuelo: cambiar el paso de la pala en varias partes de la rotación es suficiente para cambiar las características de sustentación y acelerar el helicóptero según sea necesario.
¿Por qué cambia el sonido de un tren cuando pasa por ti?
@Michael: La velocidad de la hoja es bastante constante en relación con el helicóptero . Pero cuando el helicóptero vuela hacia adelante, la velocidad de la pala en relación con el aire es significativamente mayor en el lado de avance.
@JanHudec Sí, tiene razón, para aclarar me refiero a la velocidad angular de la pala, que es relativa al helicóptero, no al aire.

Respuestas (6)

En el arranque y el vuelo estacionario, cada pala produce un sonido más o menos constante. Pero el sonido se atenúa con la distancia y puede no ser el mismo en todas las direcciones. Por lo tanto, lo escuchará de manera diferente dependiendo de la posición de la cuchilla en relación con usted. Entonces, a medida que las aspas giran, el sonido que escuchas pulsa porque las aspas se colocan alternativamente en posiciones en las que las escuchas con más o menos fuerza. En este video que muestra el arranque del helicóptero desde la cabina, puede escuchar claramente el silbido de cada pala cuando pasa por encima de la cabeza con el aumento de la frecuencia del pulso a medida que el rotor gira.

Las puntas de las palas también se mueven bastante rápido, a menudo a más de la mitad de la velocidad del sonido, por lo que el efecto Doppler agrega más variación al sonido si está parado a un lado.

Además, en vuelo de crucero, la pala que avanza se mueve más rápido en relación con el aire que la que retrocede, por lo que incluso el sonido generado cambia a medida que gira el rotor.

Este efecto aumenta a medida que el helicóptero acelera. Si se acelera demasiado, las puntas de las palas en el lado de avance pueden (dependiendo del tipo de helicóptero) acercarse a la velocidad del sonido y las ondas de choque comienzan a formarse en ese lado que agregan un sonido aún más pulsante.

En algunos casos (giros a alta velocidad, descenso), las palas también pueden estar golpeando el vórtice de estela producido por la pala anterior, lo que resulta en un fuerte aumento del sonido pulsante llamado "choque de pala". La razón es que las palas solo golpean el vórtice cuando pasa por un lugar particular en el disco del rotor, generalmente en el lado de avance. Aparentemente es bastante complejo; Encontré que hay un documento al respecto (no lo leí; está detrás del muro de pago).

He pensado un poco más en el tema. Creo que el sonido variará mucho dependiendo de dónde esté parado el oyente. Por encima o por debajo del helicóptero, debe escucharse una onda de sonido bastante uniforme. Sin embargo, hacia un lado, el sonido cambiará considerablemente, ya que el efecto doppler (?) hará que las cuchillas se muevan hacia mí, alejándose de mí y "paralelas" a mí, produzcan un sonido diferente.
@Dariusz: Sí, el sonido definitivamente variará según la posición del oyente y sí, el efecto Doppler juega un papel; las puntas de las palas se mueven a una fracción significativa de la velocidad del sonido.

Primero, supongamos un helicóptero esférico...

Un helicóptero no es una esfera, ni siquiera cerca de una. En consecuencia, se obtienen efectos acústicos complicados en los que las ondas de presión de las palas se reflejan en otras partes del helicóptero, como el brazo de cola. También obtiene un reflejo intermitente del sonido del rotor de cola en las palas del rotor principal, un reflejo intermitente del ruido del motor en las palas del rotor principal y ondas de todas estas fuentes que interfieren entre sí. También puede tener fuentes de sonido secundarias, como el brazo de cola que vibra en respuesta a los cambios periódicos de presión de las palas del rotor principal que pasan sobre él.

Un helicóptero esférico produce un campo de sonido uniforme e inalterable. Un helicóptero del mundo real es un entorno sónico muy complejo.

En realidad, escuchas un silbido constante (aunque a menudo ahogado por el ruido del motor) cuando estás directamente debajo del helicóptero.

Las puntas de las aspas hacen que una onda se propague hacia afuera a la velocidad del sonido. Esta onda no tiene la misma fuerza en todas las direcciones. Si estás a una distancia lateralmente, entonces escuchas estas ondas en sucesión producidas por la sucesión de cuchillas que pasaron en tu dirección. Desde abajo, recibes las ondas por igual, independientemente de dónde se hayan emitido en la rotación de cada aspa. Como resultado, no se oye el típico whap-whap-whap-whap del helicóptero. Solo escuchas una especie de ruido constante.

Generalmente es causado por una mala técnica de pilotaje. Blade-slap ocurre cuando se permite que el helicóptero se desplace lentamente hacia abajo mientras el piloto todavía está aplicando una potencia significativa. Cuando se produce un golpe de pala, el piloto debe detener el descenso o bajar el colectivo para entrar en un descenso más positivo.

Esta sería una buena respuesta en Aviation SE, pero no hace nada para explicar la física de la situación, que es lo que se solicita aquí.

El movimiento del aire alrededor de las palas del rotor produce un "ruido blanco" debido a la turbulencia. Sin embargo, el "ruido blanco" es en realidad "coloreado" y predomina una determinada banda de frecuencias.

A medida que la hoja se acerca a usted, hay un cambio Doppler hacia una frecuencia más alta, y cuando gira y se aleja de usted, el cambio Doppler se invierte. Es este cambio de frecuencia lo que escuchas como una especie de "swish/swash/swish/swash"

El sonido son diferentes velocidades del aire que llega a su oído, lo que resulta en una presión de aire diferente. Cuando una hoja se acerca a usted, genera una presión de aire más alta que cuando se aleja de usted. Por lo tanto, el sonido de aleteo.

Imagínese si pudiera estar exactamente encima o debajo del rotor. Luego, las diferentes presiones de aire se igualarán entre sí y escuchará un sonido suave. Mismo concepto que en un campo magnético de motores eléctricos trifásicos.

El sonido es una oscilación de la presión del aire, pero no tiene nada que ver con la velocidad. Y mientras que la presión es más alta en el borde de ataque de la superficie aerodinámica, es más baja por encima y la onda de sonido se propaga en todas las direcciones de todos modos. Además, dado que las rpm del rotor son del orden de cientos, si solo hubiera una onda de sonido por revolución, sería solo un par de Hz, por debajo del extremo inferior del rango audible (~20 Hz). No, esto está demasiado simplificado hasta el punto de que está completamente fuera de lugar. -1.