De mi pregunta relacionada surge esta idea de paso de pala controlado eléctricamente en helicópteros.
Los enlaces de control en los rotores de los helicópteros parecen ser bastante complejos. Esto seguramente genera mucha fricción, especialmente si se da cuenta de que las palas tienen que "aletear" hacia adelante y hacia atrás a medida que giran (para compensar el bloqueo de las palas en retirada y/o la disimetría de sustentación durante el vuelo hacia adelante). Por lo tanto, el plato cíclico y los enlaces seguramente deben sufrir mucha fricción.
Entonces, ¿por qué no reemplazar todo esto con motores eléctricos que controlan el paso de las palas? Serían pequeños, dentro de la varilla que conecta la pala con el cubo. No es necesario que ningún control de paso esté conectado mecánicamente a ninguna otra hoja, por lo que no hay fricción. Una computadora controlaría cuál debe ser el paso dado a la posición de la pala durante su rotación.
Esto no significa que el rotor principal deba ser accionado eléctricamente. Los motores turboeje pueden accionar mecánicamente los rotores principales de forma normal. Pero habría un generador eléctrico para los motores de paso de las palas. Nota: estoy bastante seguro de que ya hay un generador eléctrico en estos motores, ya que las computadoras, los radares y demás tienen que obtener su energía eléctrica de alguna parte.
¿Cómo se comunicaría con (y alimentaría) estos motores?
El rotor principal gira constantemente: los cables no funcionarán, se enrollarían alrededor del eje y se triturarían. Un anillo deslizante y escobillas ( como las que se usan en algunas hélices accionadas eléctricamente ) funcionarían, pero también se desgastarían rápidamente y requerirían un mantenimiento frecuente, ya que perder el control del paso de las palas del rotor principal de un helicóptero es una situación mucho más grave que perder el control de un motor fijo. paso de la hélice del avión de ala (creo que esto captura las consecuencias bastante bien ).
Debido a que el equilibrio de la velocidad del rotor es fundamental, los motores, escobillas, etc. deberán equilibrarse alrededor del cubo del rotor (ya sea duplicando el equipo, que también proporciona redundancia, o agregando un peso ficticio); el rotor comienza a vibrar y puede desmoronarse.
El motor también tendría que estar en constante movimiento : el plato cíclico ajusta el paso de las palas a través de los 360 grados completos de rotación , cambiando suavemente el paso de cada pala del rotor a medida que giran. Duplicar esto requeriría que los motores hicieran ajustes constantes a medida que el rotor gira, moviéndose y retrocediendo muy rápidamente). El nivel de precisión requerido y las fuerzas involucradas probablemente requerirían motores paso a paso de alto torque y se necesitaría algún tipo de sistema de control computarizado para impulsarlos y hacer los ajustes de inclinación de las palas necesarios a la "velocidad del rotor".
Hasta ahora, la solución motorizada ha agregado al menos un motor, un sistema de cepillo y anillo deslizante para comunicarse con él, y una computadora fly-by-wire para leer las posiciones de control de vuelo y ajustar adecuadamente el paso de la pala a través de 360 grados de rotación (en sea cual sea la velocidad a la que opera el rotor).
Eso ya es mucha complejidad y una probabilidad sustancialmente mayor de falla en comparación con la solución mecánica (relativamente) simple de un plato oscilante, y ni siquiera me estoy esforzando por pensar en los modos de falla (los ingenieros reales que diseñan estas cosas son mucho más paranoico, y probablemente podría imaginar todo tipo de escenarios de falla que eventualmente resultarían en que un helicóptero cayera al suelo).
How would you communicate with (and power) these motors?
Ese es un gran punto en el que nunca pensé. Y oye, no traigas un gran espectáculo como Firefly a esto :-)Porque sería demasiado complicado (y propenso a fallas) en comparación con el sistema actual y no ofrecería grandes ventajas.
Primero, a pesar de toda la complejidad de los controles superiores del helicóptero, el principio es bastante simple: alinee el plano del rotor con el plato oscilante (giratorio) e inclínelo (o levántelo) según los requisitos.
Fuente: helistart.com
Este sistema se utiliza en casi todos los helicópteros y ha funcionado durante millones de horas de vuelo en una variedad de condiciones y ha demostrado su eficacia en una amplia gama de pesos de helicópteros.
Para poder sustituirlo, el sistema del motor eléctrico debe tener las siguientes características.
El rotor tendría que estar articulado en algún punto de todos modos. Entonces la pregunta es cómo transmitir el movimiento giratorio desde el lado del buje al lado de la pala. Esto se puede hacer ya sea por
En cualquier caso, el sistema debe ser capaz de flexionarse tanto en la dirección de arriba hacia abajo (debido al aleteo de la pala) o en la dirección de avance hacia atrás (debido al movimiento de avance y retroceso de la pala).
Un caso en el que los motores eléctricos se utilizan realmente para el control de paso es en el control de vibración activo, donde las palas de rotor individuales se controlan mediante actuadores piezoeléctricos para el control de vibración.
El control de paso del rotor que está describiendo requeriría fuerzas de control que son órdenes de magnitud superiores a las del sistema de control individual de palas utilizado y requeriría un sistema completamente nuevo. Incluso en este caso (donde los requisitos de energía son modestos), señala la Universidad de Southampton ,
la dependencia del control activo del suministro de energía externo puede limitar sus aplicaciones prácticas, particularmente en entornos hostiles, donde la energía es escasa o poco confiable, o donde no es práctico enrutar un suministro de energía.
Por lo tanto, el uso de motores eléctricos en realidad tendría el efecto de aumentar el costo, el peso y la complejidad de un sistema que ya funciona, lo que no es una buena idea en un sistema de avión (crítico).
Hice una pequeña búsqueda en la base de datos de la biblioteca de mi universidad y encontré un artículo de revisión. No estoy seguro si se puede acceder sin pagar.
Control de rotor activo para helicópteros: control de pala individual y diseños de rotor sin plato cíclico de Ch. Kessler. Enlace: http://dx.doi.org/10.1007/s13272-011-0001-0
Allí, extraje tres fuentes relevantes para su pregunta:
Si tiene suerte, puede encontrar una manera de acceder a estos documentos; sin embargo, mi universidad no parecía tener suscripciones a las revistas relevantes (de cualquier manera, no estaban en la base de datos).
En todos estos trabajos, la principal motivación fue reducir las vibraciones causadas por efectos aeroelásticos. Esto significa que la interacción entre la elasticidad de las aspas y el flujo de aire provoca vibraciones no deseadas que no pueden ser resueltas por un plato cíclico, ya que un plato cíclico solo puede activar frecuencias en el número de álabes multiplicado por RPM. La fricción de la configuración del plato cíclico es de menor importancia.. Un plato cíclico es generalmente sólo un conjunto de cojinetes de bolas, que tienen la buena propiedad de que las fuerzas sobre ellos están siempre en ángulo recto, es decir, una fuerza centrípeta que no provoca pérdidas de energía. La única pérdida de energía se debe a la fricción de rodadura, que es extremadamente pequeña (encontré coeficientes de fricción de 0,005 en un artículo sobre lubricaciones) para rodamientos diseñados correctamente. En definitiva, muy poco en comparación con la enorme potencia necesaria para levantar un helicóptero.
Tenga en cuenta que los actuadores electrónicos no son particularmente eficientes en todas las situaciones. (Se revisó la siguiente parte para aclarar algunas confusiones:) Imagínese levantar una caja pesada de un estante alto. Aunque estrictamente hablando, estás haciendo un trabajo negativo en la caja, todavía te sientes cansado después porque tanto para los músculos humanos como para los actuadores eléctricos (simples), cuesta energía aplicar una fuerza. En otras palabras, un motor eléctrico también tiene que proporcionar el trabajo negativo en un sistema, a menos que haya sistemas de recuperación de energía integrados. En realidad, esto se propuso en un documento para superar los problemas de sobrecalentamiento. Además, para una fuerza constante (sin trabajo), todavía se necesita un flujo de corriente constante en un actuador electrónico.
Quizás sea mejor que cite a Kessler en su conclusión (abreviada):
El control individual de las palas puede aliviar muchos de los problemas típicos de los helicópteros:
• reducir la vibración de la cabina en un 80% o incluso más,
• reducir las cargas de los componentes y la potencia necesaria, [...]
Esa es la buena noticia. Y ahora lo malo: Han pasado unos 58 años de investigación y desarrollo sobre HHC e IBC. Y ningún helicóptero está equipado con tal sistema. [...] Pero incluso para los clientes puede ser difícil ver una ventaja de IBC y una recuperación. […] Un sistema IBC seguramente aumentaría el precio de compra.[...] Por otro lado, los diseños se vuelven cada vez más complejos, los conceptos sin plato cíclico son el final de esta complejidad. Debería cuestionarse si esto sigue siendo razonable. El consejo sería, ''dar un paso tras otro; no intentes hacer dos al mismo tiempo.''
El desarrollo está en progreso, solo es cuestión de tiempo:
Fuente: Los helicópteros son más silenciosos (traducción de Google)
La mayor simplificación y ahorro de peso sería eliminar por completo todos los mecanismos mecánicos de paso y colectivo y utilizar controles activados eléctricamente para mover las aletas de control autoactivadas en el borde de salida de las palas para impulsar las alteraciones de paso de pala requeridas a la manera del Kaman K- Max intermesher: un helio muy exitoso con muchos años de servicio comprobado.
Los helicópteros certificados para IFR deben cumplir con los requisitos de 14 CFR Parte 27 Apéndice B , que especifica cierta estabilidad estática y dinámica que solo se puede lograr mediante el uso de sistemas eléctricos para controlar el sistema del rotor.
Hay una serie de diferentes tipos de sistemas que se utilizan para lograr esta certificación, y todos ellos utilizan actuadores eléctricos o electrohidráulicos para lograr la estabilidad.
Volé un avión que tenía un cambio de paso eléctrico sin frotar las partes, es decir, cambia por inducción eléctrica. Demasiado lento y demasiado complejo. Ni por asomo lo suficientemente rápido para usarlo en un helicóptero.
A veces hay un arte y una belleza especiales en los enlaces simples directos o impulsados hidráulicamente. Especialmente cuando todo tenía que enviarse a través de un acoplamiento giratorio.
usuario11357
Simón
sanchises
DrZ214
DrZ214
Simón
DrZ214
sanchises
Estera
miguel hall