¿Los helicópteros son aerodinámicamente estables?

En una aeronave de ala fija, si la actitud de la aeronave se ve interrumpida por un pequeño ángulo y se sueltan los controles, lentamente se enderezará y se nivelará, debido a la estabilidad aerodinámica incorporada (en la mayoría de las aeronaves).

Si un helicóptero está inclinado o inclinado en un ángulo pequeño, ¿se enderezará con el horizonte si se sueltan los controles?

Respuestas (2)

Es complicado ;)

Hay dos tipos de estabilidad; dinámico y estático.

Si una aeronave es perturbada por, digamos, una ráfaga de viento, se desviará de su actitud pero luego, inmediatamente y sin entradas de control, volverá a su actitud original. Esta es la estabilidad estática positiva. Si permanece en la actitud perturbada a menos que se corrija, tiene una estabilidad estática neutra. Si continúa desviándose, tiene estabilidad estática negativa.

Si la aeronave vuelve a su actitud original, se pasa un poco, luego corrige, se pasa un poco menos y así sucesivamente, y finalmente vuelve a su actitud original, entonces tiene una estabilidad dinámica positiva. Si estas oscilaciones continúan y no se "amortiguan" hasta que se recupera la actitud original, entonces tiene una estabilidad dinámica neutra. Si las oscilaciones crecen cada vez más, entonces tiene una estabilidad dinámica negativa.

Para los helicópteros, ignoraré aquellos con pilotos automáticos, controles hidráulicos y sistemas de aumento de estabilidad.

Imagina flotar. Una ráfaga de viento golpea el helicóptero. El disco se alejará de la ráfaga y el helicóptero se moverá con la ráfaga. Cuando la ráfaga se detiene, el disco ahora experimenta un flujo de aire desde la dirección opuesta, ya que ahora se mueve hacia los lados. El disco aleteará hacia el otro lado, volviendo a la posición neutral, pero el fuselaje actúa como un péndulo que cuelga debajo del disco y su impulso hará que se balancee más hacia afuera, inclinando más el disco y haciendo que el helicóptero se mueva más rápido en la dirección opuesta a la ráfaga que se requiere para volver a la actitud original. Eventualmente, el flujo de aire ahora proviene de la dirección en la que se mueve el helicóptero, por lo que el disco se aleja, el fuselaje se balancea demasiado y... A menos que se corrija, continuará balanceándose hacia adelante y hacia atrás, rodando, guiñando y cabeceando.

En vuelo hacia adelante (y a menos que quiera saberlo, omitiré los detalles que incluyen de qué dirección proviene la ráfaga, la tendencia del fuselaje a la veleta y al "retroceso", ya que los detalles son todos sobre de qué manera aletea el disco y de qué manera ¡las veletas del fuselaje y son muchas palabras!), un helicóptero es estáticamente estable y dinámicamente estable en guiñada y es estáticamente estable y dinámicamente inestable en cabeceo y balanceo.

Puede quitar los pies de los pedales y la aeronave permanecerá estable en guiñada. Puede quitar la mano del colectivo (aunque nunca debe hacer esto; si el motor se apaga, necesita que la palanca baje rápidamente) y se quedará donde está, ignorando quizás la vibración que eventualmente lo mueve hacia arriba o hacia abajo.

No puede quitar la mano del cíclico ya que este es el control que determina el cabeceo y el alabeo y corrige la inestabilidad dinámica de manera constante.

En un helicóptero ligero, perdería el control en uno o dos segundos. En un pesado, tal vez tres o cuatro segundos.

En resumen, un helicóptero es estáticamente estable y dinámicamente inestable en los tres ejes en vuelo estacionario y hacia adelante excepto en la guiñada en vuelo hacia adelante donde es dinámicamente estable.

Kamov de Rusia afirma que sus helicópteros son los únicos estables. He volado uno solo una vez (y brevemente, desde el lado derecho, y sí, puedes quitar la mano de la palanca durante bastante tiempo sin que pase nada malo), pero tengo muy poco conocimiento de helicópteros para explicarlo. ¿Quizás puedas agregarles una línea?
@PeterKämpf Wow, me encantaría volar un Kamov. Pero lamentablemente, no tengo ni idea de cómo lo hacen. ¿Quiere decir que la aeronave es dinámicamente estable o que quitarle las manos del cíclico no hace nada? Si es lo último, sospecho que tal vez sea un aumento hidráulico. Voy a ver si puedo encontrar algo. Me pregunto qué hacen los discos que giran en sentido contrario.
Creo que los dos discos cancelan las fuerzas laterales del otro, por lo que no se produce el balanceo del péndulo. No solté el colectivo, solo el palo y esperé si la embarcación empezaba a rodar pero se mantuvo en rumbo y recto. Era un Kamov 26, el que tenía motores radiales en ambos lados.
No pude encontrar nada autorizado. Creo que tienes razón. Una ráfaga provocará un aumento del ángulo de ataque en un disco y una disminución en el otro estabilizando los discos y también resistiendo la guiñada ya que el par aumenta en el disco con mayor ángulo de ataque y se reduce en el otro.
Perdón por volver a preguntar: ¿una ráfaga lateral no provoca un movimiento de cabeceo del disco del rotor y viceversa? Por lo tanto, cualquier ráfaga iniciaría una reacción cruzada tanto en el cabeceo como en el balanceo (ya que la inclinación en el cabeceo provoca un movimiento longitudinal que a su vez provoca un momento de balanceo, y así sucesivamente). ¿O están separados los movimientos en cada eje?
@PeterKämpf La reacción del tono depende de la dirección del viento. La sustentación de la pala que avanza hacia la ráfaga aumentará y se elevará 90 grados más tarde. Una ráfaga lateral provoca un balanceo alejándose de la ráfaga y un cabeceo hacia arriba. No estoy seguro de lo que quieres decir con "los movimientos están separados". Sin entrada de control, un cambio en cualquier eje provocará un cambio en los otros dos, ya sea a través de efectos aerodinámicos o cambios de potencia.
Los Kamov tienen pilotos automáticos que aumentan la estabilidad. Lo tienen para Pitch, Roll, Yaw y Altitude (colectivo), aportan el 20% del valor de entrada y el otro 80% es del piloto. Esto es suficiente para corregir pequeñas desviaciones que, de otro modo, se agravarían con el tiempo. Están divididos en canales y puedes encenderlos/apagarlos. Incluso si se ajusta correctamente, no podrá mantenerse en línea recta durante mucho tiempo cuando todos los pilotos automáticos estén apagados. De lo contrario, puede quitar la mano por completo y se mantendrá estable en la actitud que tenía antes. Si desea desplazarse, hay un piloto automático adicional de desplazamiento automático.
@PeterKämpf, ¿tiene alguna lectura adicional para la estabilidad de kamov?
@ManuH: No. Lo escuché hace mucho tiempo y no recuerdo dónde. Tendría que googlear esto yo mismo.

La estabilidad aerodinámica se define como:

  • estáticamente estable cuando ante una perturbación de un equilibrio, aparece un par aerodinámico que hará que la aeronave quiera volver al equilibrio.
  • dinámicamente estable si hay un movimiento que regresa a la posición de equilibrio, con suficiente amortiguamiento para asentarse en la nueva posición de equilibrio.

Entonces, la estabilidad estática considera las fuerzas, la estabilidad dinámica considera las respuestas de movimiento a lo largo del tiempo debido a las fuerzas. La estabilidad estática es una condición necesaria para la estabilidad dinámica.

Los helicópteros son aerodinámicamente inestables en cabeceo y balanceo en vuelo estacionario, como se ilustra en esta respuesta . En guiñada, será una veleta en el vuelo estacionario.

Estabilidad en vuelo hacia adelante:

  • Paso: estáticamente inestable, a menos que se monte un estabilizador horizontal que proporcione estabilidad estática y dinámica que aumente con la velocidad de avance.
  • Rollo: estáticamente inestable. Sin embargo, hay estabilización de balanceo/deslizamiento lateral desde el ángulo de conicidad del rotor, análoga al diedro para aviones de ala fija.
  • Yaw: estática y dinámicamente estable. Claro para imaginar si se monta una cola vertical; si no, el rotor de cola proporciona exactamente las mismas tendencias estabilizadoras que una cola vertical.
¿Los helicópteros son aerodinámicamente estables?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 3v